
氣門(Valve),又稱配氣閥,是引擎配氣機構中的核心關閉件,安裝在汽缸蓋的進氣道與排氣道出口處。其基本功能是在引擎工作過程中,按照各缸工作循環的要求,定時地開啟和關閉進、排氣通道,從而保證新鮮可燃混合氣(汽油引擎)或空氣(柴油引擎)能及時充入汽缸,同時將燃燒後的廢氣及時排出汽缸。
氣門的工作條件極為嚴苛。進氣門和排氣門均承受着極高的熱負荷和機械負荷,尤其是排氣門,其頭部直接與高溫廢氣接觸,工作溫度可達 700 至 800℃,且散熱條件差、承受着頻繁的衝擊載荷。因此,氣門的材料選擇、幾何設計和加工精度對引擎的動力性、經濟性和可靠性均有直接影響。
氣門由頭部(又稱氣門頂)和桿部兩部分組成。頭部是直接封閉進、排氣道的圓盤部分,其頂面形狀常見有平底、凸頂和凹頂三種,其中平底結構簡單、製造方便,應用最爲廣泛。頭部邊緣的錐面稱為密封錐面,該錐面與汽缸蓋上的氣門座圈緊密貼合以實現密封。密封錐面的錐角一般爲 45°或 30°,45°錐角應用最普遍,其落座剛度好且具有自潔作用;30°錐角則有利於提高進氣流量。
氣門桿部是一段細長的圓柱體,用於引導氣門在氣門導管內作往復直線運動。桿部末端通常切有鎖夾槽或鎖夾孔,用以安裝氣門彈簧座及鎖夾,將氣門與凸輪軸驅動機構(搖臂或挺柱)連接起來。
按功能不同,氣門分為進氣門和排氣門。進氣門直徑通常比排氣門略大(在部分機型中進氣門面積約比排氣門大 20% 至 30%),以減少進氣阻力、增加進氣充量;排氣門則在高溫、腐蝕性廢氣沖刷下工作,對耐熱性和抗腐蝕性要求更高。
氣門材料的選擇需綜合考慮耐熱性、耐磨性、抗腐蝕性和抗衝擊能力。
進氣門工作溫度較低(約 300 至 400℃),通常採用鉻鋼、鉻鉬鋼等合金鋼製造,經淬火和回火處理獲得良好的綜合力學性能。排氣門頭部溫度極高,需採用奧氏體耐熱鋼(如硅鉻鋼 21-4N)製造,部分高強化引擎的排氣門還採用雙金屬結構——頭部爲耐熱合金、桿部爲馬氏體鋼,通過摩擦焊接工藝連接,以兼顧頭部的高溫性能和桿部的耐磨性。
爲進一步提高氣門的耐高溫和耐磨損性能,氣門密封錐面常採用堆焊鈷基硬質合金(Stellite) 或鉻基合金;桿部則進行氮化處理或鍍鉻以提升表面硬度和耐磨性。在某些高性能引擎的排氣門中,爲降低頭部溫度,桿部內腔被製成中空並填充金屬鈉(鈉冷卻氣門)——鈉在氣門工作溫度下熔化爲液態,隨氣門上下運動而在桿腔內往復流動,將頭部熱量高效傳導至桿部並經氣門導管散出,可有效降低頭部溫度 100 至 150℃。
氣門間隙是指氣門桿末端與氣門驅動機構(搖臂、挺柱或凸輪)之間的預留間隙。該間隙用於補償引擎熱態下氣門桿因受熱膨脹而伸長的部分,防止氣門關閉不嚴。間隙過大會造成配氣機構產生“哒哒”撞擊噪聲、加速磨損並減少氣門升程;間隙過小則會導致氣門關閉不嚴、壓縮洩漏、動力下降甚至燒蝕氣門。
傳統引擎採用機械挺柱結構,氣門間隙需定期檢查與調整(冷態間隙通常爲 0.20 至 0.40mm,具體數值因機型而異)。現代乘用車引擎普遍採用液壓挺柱(液壓氣門間隙補償器),可利用機油壓力自動補償熱膨脹量,無需人工調整,兼具降低噪音的優勢。
氣門最常見的故障是密封不嚴,其成因包括密封錐面磨損、燒蝕、積碳以及氣門彎曲等。氣門燒蝕是排氣門特有的嚴重故障——當排氣門與座圈貼合不良時,高溫燃氣不斷沖刷密封面,導致局部熔融或出現麻點、溝痕。積碳附著在氣門頭部和桿部,會影響氣門散熱和正常開閉,嚴重時造成氣門卡滯或關閉不到位。
此外,氣門斷裂屬重大機械故障,多由材料缺陷、長期熱疲勞或氣門間隙過小導致的氣門撞擊活塞引起(後者常見於正時錯位)。氣門異響則通常由機械挺柱間隙過大或液壓挺柱失效造成。
氣門維修的關鍵在於檢查尺寸和研磨密封。
拆解後,需測量氣門桿部直徑(檢查磨損量)、頭部邊緣厚度(檢查燒蝕和磨損)以及氣門總長度。當桿部磨損超過極限(一般不大於 0.03 至 0.05mm)、邊緣厚度小于規定值(通常不得小于 0.5 至 1.0mm)或氣門彎曲變形時,應更換新氣門,不存在磨削修整氣門桿部或頭部的常用修理方案——更換新件是行業主流做法。
氣門研磨是恢復密封性的傳統核心工藝。更換新氣門或座圈後,需在密封錐面上塗佈粗細研磨砂,配合研磨工具進行旋轉研磨,直至錐面上出現連續均勻的灰色密封帶(接觸面寬度一般爲 1.2 至 2.0mm)。現代維修中,部分修理廠採用氣門座銑刀與氣門磨床配合精加工的工藝,可進一步提高密封精度。研磨完成後,需進行洩漏測試(如將煤油或汽油灌入燃燒室,觀察規定時間內有無洩漏),確保密封性合格。
安裝時須注意:氣門鎖夾安裝須牢固到位;氣門油封應同步更換,以防止機油沿氣門桿竄入燃燒室;安裝後須檢查並調整氣門間隙(非液壓挺柱機型),確保引擎運轉平穩。截至 2026 年 7 月,主流維修手冊仍將氣門密封性和尺寸檢測作爲引擎大修中的標準檢驗項目。