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气门弹簧是发动机配气机构中一个至关重要的弹性元件，通常安装在气缸盖上的气门弹簧座内，位于气门杆尾端与气门弹簧座之间，通过锁夹与气门杆固定连接。其基本功能是在凸轮轴驱动气门开启后，依靠自身弹力使气门迅速、准确地回位并紧密贴合在气门座圈上，保证气门在压缩和做功冲程中的可靠密封。在气门开启过程中，弹簧还始终与凸轮轮廓保持接触，防止挺柱、推杆或摇臂等传动件因惯性脱离凸轮表面而产生冲击。作为配气机构中的“蓄能”部件，气门弹簧的工作可靠性和动态特性直接影响发动机的功率输出、燃油经济性、运转平稳性以及排放水平。
按结构形式，气门弹簧主要分为等螺距圆柱弹簧、变螺距弹簧、双弹簧（同心内外弹簧） 以及锥形弹簧等类型。
等螺距圆柱弹簧制造工艺简单、成本低，但其固有频率固定，在某一特定转速下容易产生共振，导致弹簧振动加剧（即“弹簧颤动”），影响气门运动规律。变螺距弹簧的螺距沿轴向不等距分布，各圈的自然频率不同，因此可以显著抑制共振的发生，使弹簧在更宽的转速范围内稳定工作，是现代乘用车发动机的主流设计。双弹簧结构采用内外两根弹簧同心套装，两根弹簧的旋向相反，其固有频率也不同，既抑制了共振，又具有“冗余保险”功能——当一根弹簧断裂时，另一根仍可暂时支撑气门，防止气门掉入气缸造成严重机械事故。锥形弹簧（上端直径小、下端直径大）质量较小，同样有助于减小共振倾向。
气门弹簧的端面通常经过磨平处理，保证弹簧端圈与弹簧座平面垂直于弹簧轴线，使弹簧在工作时不发生偏斜。
气门弹簧长期承受高频交变载荷（每分钟可达数千次压缩与伸张），工作温度可达150℃至300℃（靠近排气门一侧温度更高），且接触机油环境。因此，气门弹簧材料须具备高抗疲劳强度、良好的耐热性、优异的弹性极限和耐腐蚀性。制造气门弹簧的常用材料为铬钒钢（如50CrVA）和铬硅钢（如55CrSiA），这些合金钢在高温下仍能保持较高的弹性极限和抗松弛性能。
在制造工艺中，喷丸强化是提升气门弹簧疲劳寿命的核心技术。通过高速喷射细小球丸撞击弹簧钢丝表面，使表层产生残余压应力层，可有效延缓疲劳裂纹的萌生与扩展，将弹簧的疲劳寿命提高数倍。此外，弹簧绕制成型后需进行热处理（淬火与中温回火），以获得回火托氏体组织，保证强度和韧性的良好匹配。表面处理方面，部分弹簧进行磷化处理或黑色氧化处理以提高耐腐蚀性。制造完成后，每根弹簧均需经过负荷检测、自由长度检测和端面平行度检测，确保尺寸与力学性能符合设计要求。
气门弹簧的动态特性是高速发动机设计的关键难点之一。在发动机转速升高时，气门机构的运动惯性急剧增大。当转速超过某一临界值时，弹簧的回复速度无法跟上气门的关闭速度，气门在落座过程中会短暂“悬空”而无法紧贴座圈，这一现象称为“气门漂浮”（或称“气门跳动”）。气门漂浮会导致气缸密封失效、动力骤降，严重时气门与活塞发生干涉碰撞，造成顶缸事故。变螺距弹簧和双弹簧结构正是为了推迟气门漂浮出现的转速点、提高发动机的安全转速上限而设计的。
气门弹簧最常见的故障是疲劳断裂。断裂多发生在弹簧的支承圈与有效圈之间的过渡部位——这是应力最集中的区域。疲劳断裂的诱因包括长期交变载荷下的材料疲劳、表面存在微裂纹或划痕缺陷、喷丸强化不足以及腐蚀疲劳（机油中的酸性物质对表面的侵蚀）。另一个常见故障是弹力衰减（松弛），即弹簧在使用中自由长度缩短、负荷降低，这与材料的高温抗松弛性能不足直接相关。弹力衰减到一定程度后，即使未断裂，也会导致气门关闭不严、压缩压力下降和功率降低。此外，弹簧歪斜变形（轴线弯曲）会导致气门杆偏磨和导管磨损加剧。
气门弹簧的维修以检测与成组更换为核心原则。在发动机大修或气缸盖维修时，应对所有气门弹簧进行系统检查。检测项目通常包括：自由长度（较新弹簧或原厂标准值允许缩短一定量，一般不超过3%至5%，具体以手册为准）、垂直度（弹簧两端面与轴线的垂直度偏差不超过1°至2°）以及弹簧弹力（使用弹簧测力计在压缩至规定长度时检测负荷值）。当上述任一指标超差，或目视检查发现弹簧表面存在裂纹、严重锈蚀或磨痕时，应予以更换。
气门弹簧的更换遵循 “成组更换” 原则。由于同台发动机的各气门弹簧工作历史和受力环境相近，其疲劳寿命具有趋同性。不允许只更换其中一根断裂的弹簧而保留其他旧弹簧，否则新旧弹簧弹力差异会导致各缸气门运动规律不一致，且旧弹簧可能在短期内相继断裂。正确的做法是：同一气缸的两个气门弹簧（进气和排气）应同时更换，更彻底的做法是将整台发动机的所有气门弹簧全部更换。双弹簧结构中，若外弹簧断裂，建议内外弹簧一并换新。
安装气门弹簧时，须使用专用压缩器将弹簧压缩至锁夹安装位置，并确保锁夹正确卡入气门杆尾端的锁夹槽内且两侧锁夹高度一致。变螺距弹簧安装时有方向要求——螺距较小（匝数较密）的一端应朝向气门弹簧座（即固定端），螺距较大的一端朝向气门锁夹端（即运动端），不可装反，否则会影响动态特性并增加断裂风险。截至2026年7月，主流发动机制造商和维修规范均强制要求对气门弹簧进行弹力检测并按成套方式更换，这一标准已成为确保配气机构可靠性的行业通行做法。
