气门的构造与原理（图解）

气门与气门导管和气门弹簧共同构成一个总成，安装在缸盖上。

进气门和排气门承受的负荷不同。两个部件运动时因自身惯性力产生的负荷相同（在发动机的使用寿命内约3 亿次负荷变化）。但是排气门还要承受废气带来的高温热负荷，而进气门则会通过流经的新鲜空气冷却下来。热量还会从气门经过气门座以热传导形式扩散。

气门构造图

1—气门锁夹；2—气门杆密封件；3—下部气门弹簧座；4—换气通道；5—气门座圈； 6—气缸盖；7—气门导管；8—气门弹簧；9—上部气门弹簧座


气门分为气门头、气门座和气门杆三部分。气门座与气门座圈共同构成一个功能单元。因此将一起介绍气门座圈和气门座。气门头是指气门的整个下部区域，带有气门面和内圆角。此处承受由燃烧压力产生的作用力。设计气门面高时考虑了这种情况。
气门主要分为单一金属气门、双金属气门和空心气门。无论气门是由一种还是由多种材料制成，无论采用空心还是实心形式，气门的结构都基本相同。


1—凹槽；2—气门杆直径；3—内圆角；4—气门头；5—气门座高；6—气门头直径；7—气门座直径；8—气门座角度



气门杆
气门杆用于气门在气门导管内导向。气门杆从固定气门锁夹的凹槽处直至内圆角过渡处或刮油边处。为避免气门杆磨损，气门杆采用镀铬表面。
如果气门杆端部带有用于气门自由转动的凹槽，则与气门锁夹接触的区域必须进行淬火处理，以免磨损。这些凹槽与气门锁夹形成结构连接，气门弹簧可支撑在该部位处。
空心气门用于排气门侧，以便降低内圆角和气门面附近的温度，为此气门该区域采用空腔结构。
为传导热量，气门杆空腔容积约60% 的部分填充有可自由移动的金属钠。钠在97.5℃时熔化，并根据发动机转速在气门空腔内产生相应的振动作用。内圆角和气门头处产生的部分热量通过液态钠传至气门导管并进入冷却循环回路，从而显著降低气门温度。空心气门可采用单一金属或双金属气门结构。





气门座
气门座承担隔开燃烧室与气道的作用。此外，热量也通过此处从气门传至气缸盖。气门处于关闭状态时，气门座表面与气缸盖气门座圈靠在一起。气门座表面的宽度没有统一标准。气门座表面较窄时可改善密封效果，但会削弱散热能力。
通常情况下，承受较小负荷的进气门座比承受高负荷的排气门座窄。气门座宽度为1.2 ～ 2.0mm。
确保气门座位置正确非常重要，下图为气门座的几个位置。





气门座角度是指气门座与一个垂直于气门杆的（理论）平面之间的夹角。密封效果和磨损情况也取决于气门座角度。对于进气门来说，气门座角度还会影响新鲜空气进气量，从而影响混合气形成过程。
为避免气门座磨损，需在气门座表面进行铠装处理。在此可以通过不同方法将一种铠装材料熔在气门座上。


气门导管
气门导管用于确保使气门位于气门座的中心并通过气门杆将气门头处的热量传至气缸盖。为此需要在导向孔与气门杆之间留有最佳间隙量。间隙过小时，气门容易卡住。间隙过大时会影响散热效果。最好留出尽可能小的气门间隙。
气门导管以压配合方式安装在气缸盖内。气门导管不得伸入排气通道内，否则会因温度较高而导致导管变宽，燃烧残余物可能会进入气门导管内。


气门锁夹
气门锁夹负责连接气门弹簧座和气门。连接方式分为夹紧式和非夹紧式。
采用非夹紧式连接时，处于安装状态下的两部分气门锁夹相互支撑。
采用夹紧式连接时，安装后两部分气门锁夹之间留有一定的间隙。气门夹紧在气门锁夹之间，以防止其旋转。夹紧式气门锁夹尤其适用于转速很高的发动机。


气门弹簧
气门弹簧负责以可控方式关闭气门，就是说必须确保气门随凸轮一起运动，以使其即使在最高转速时也能及时关闭。此外，其作用力也必须足够大，以防止气门关闭（又称气门跳动）后振动。气门开启时，气门弹簧必须防止气门与凸轮脱离。

标准结构形式为对称圆柱弹簧。这种弹簧的螺距在弹簧两端是对称的且螺旋直径保持不变。在弹簧压缩过程中，簧圈部分接触可使弹簧特性曲线产生阶跃性变化（弹簧压缩程度越大，弹簧力越大）。