摘要： 气门是进、排气道的阀门，由气门顶、气门杆、气门脚等组成。当柴油发电机工作时，气门顶直接和燃烧气体接触，将受到高温高压的作用。排气门受到高速炽热废气的冲击，温度可达800℃～900℃，易使工作面烧蚀；进气门受到冷热气体交替作用，温度在300℃～400℃，会使气门翘曲变形，破坏或降低气门的密封性。本文系统阐述气门的布置方式与材料要求，说明气门厚度对散热和密封性的影响，以及充钠气门的导热原理；详细解析气门总成的各组成部分——气门杆、气门座、气门头部、气门锥面、圆角及弹簧座锁止槽的结构特点与功能；并归纳气门检修中的关键要点，包括气门厚度测量、杆端磨损检查、气门座铰修及密封性检验方法，为气门组件的维修提供技术参考。
一、气门布置与材料要求
当今设计的所有发动机中，气门都布置在气缸盖内，采用顶置式配气机构。每个气缸有两个、三个或四个气门。大多数现代发动机都采用每缸四气门结构，但一些发动机也采用三气门结构。气门的数量会影响容积效率和排气温度。
1. 气门的布置方式与数量选择
（1）顶置式气门布置。在当代柴油发电机中，气门均布置在气缸盖内，采用顶置式配气机构。这种布置方式的优势在于：进排气道短而直，气流阻力小，有利于提高充气效率；燃烧室结构紧凑，有利于压缩比的提高和燃烧效率的改善；同时也便于维修和调整。
（2）每缸气门数量。每个气缸有两个、三个或四个气门。大多数现代发动机都采用每缸四气门结构（两个进气门、两个排气门），但一些发动机也采用三气门结构（两个进气门、一个排气门）。气门的数量直接影响容积效率和排气温度——四气门结构具有更大的总流通面积，可在相同升程下实现更高的进气量和更顺畅的排气，同时有利于火花塞或喷油器居中布置，改善燃烧均匀性。
（3）进气门与排气门直径差异。通常，进气门的直径比排气门大，因为进气门和进气道控制的空气和燃油混合物流速较低，需要更大的流通截面才能保证足够的充气量；而在排气冲程，气体在活塞的推力作用下，具有较高的排气速度，较易被排出，因此排气门直径可适当减小。这一设计原则在康明斯等主流柴油机中普遍遵循。
2. 气门厚度与散热能力的关系
（1）气门厚度的定义。气门厚度指的是气门锥面与顶面之间的距离。无论何时，只要对气门进行加工或修磨，气门厚度就会减小。如果气门厚度太小（参见制造厂的规范），就容易烧损气门。如图1所示为两个气门的例子，显示了修磨之前和之后的气门高度。注意气门厚度减小的程度——如果气门厚度减小得太多，将没有足够的金属来传导热量，导致气门过热而烧损。
（2）厚度不足的危害与检测。当气门被烧损时，燃烧室内的气体在压缩和燃烧过程中会发生泄漏，造成功率下降、起动困难，严重时可能烧坏气门座圈。检测时，使用游标卡尺或专用气门厚度测量仪测量气门锥面与顶面之间的最小距离。进气门厚度极限值一般为1.5～2.5mm，排气门因热负荷更高，极限值一般为2.0～3.0mm，具体以制造商维修手册为准。
3. 气门材料的技术要求
（1）基体材料的成分与性能。气门由强度很高的金属制成，含有镍、铬及少量的锰和其他材料。这种金属必须能够快速地传导热量。如果热量没有被快速传导出去，气门将被烧损。进气门通常采用铬钢（如40Cr、42CrMo）制造，具有良好的热强度和抗氧化性；排气门则采用硅铬钢（如5Cr21Mn9Ni4N）或奥氏体耐热钢制造，在高温下仍能保持足够的机械性能。
（2）充钠气门的结构与原理。一些排气门还在气门杆内填充了金属钠。金属钠在发动机的工作温度下（钠的熔点约98℃）变成液态，液体钠随着气门的上下运动在气门杆内腔中往复振荡，可以更快地将热量从气门头部传递至气门杆，再经气门导管传导至气缸盖冷却系统。充钠气门的导热效率比实心气门提高约30%～40%，可有效降低排气门头部温度约50～80℃，显著提高抗烧蚀能力。图2所示为一个充钠的气门。在维修中，填充钠的气门不得随意丢弃或加热，钠遇水会产生剧烈化学反应，应按危险废物处理要求进行处置。
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图1 柴油发动机气门修磨前后的厚度 |
图2 充钠气门示意图 |
二、气门结构组成
气门总成包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座和油封。通常，进气门的直径比排气门大，因为进气门和进气道控制的空气和燃油混合物流速较低；而在排气冲程，气体在活塞的压力作用下较容易被排出。这些气门被称作提升式气门。排气门的直径通常小于进气门的直径。气门由多个部分组成，如图3所示，显示了气门的各个组成部分。
1. 气门杆
（1）基本功能。气门杆的作用是在气缸盖内支撑气门。气门杆结构比较简单，但气门杆与气门顶必须同心且要垂直。
（2）气门脚的表面处理。气门杆的末端（气门脚）经常受撞击（因气门脚与挺杆有间隙），所以气门脚要经过表面热处理，以提高硬度和耐磨性。
（3）气门杆的检修要点。检查气门杆的直线度，若直线度误差超过0.03mm应校直或更换；测量气门杆外径与气门导管内孔的配合间隙，若超过使用极限应更换气门或导管。
2. 气门座
（1）直接镗出式气门座。在中、小型柴油发电机上，如果缸体、缸盖为铸铁制造，则阀座可直接在气缸盖或气缸体上镗出。
（2）镶入式气门座。气门座也受高温作用，且连续地受到气门撞击，要求它具有足够的强度和耐磨性。为便于气门座的维修，在有些柴油发电机上面采用镶入式的气门座。这种气门座用铬钢或特种铸铁制成，然后用冷压法镶入。
（3）气门座圈材料与配合要求。镶入式座圈与座圈孔的过盈量一般为0.05～0.10mm，安装时加热缸盖（约100℃）后冷压入。更换座圈后须铰削内孔，确保与气门锥面的接触环带宽度符合规定（通常进气门为1.5～2.0mm，排气门为1.8～2.3mm），且环带位置应处于锥面中部偏上。
3. 气门的头部
（1）工作条件。气门的头部是指在燃烧室内的部分，它必须能够承受极高的温度，温度范围在1300～1500°F之间（约704～815℃）。
（2）头部形状分类。气门的头部有多种形状。图4所示是现代发动机上应用的一些气门头形状。气门头部的金属越多，气门的刚度就越大；较少的金属意味着气门能够更有效地与气门座相配合，这种气门被视为具有柔韧性。刚度大的气门寿命长，但密封性不好；柔韧性好的气门密封好，但寿命可能要短一点。设计时需在刚度和柔韧性之间进行权衡。
4. 气门锥面
气门锥面指的是与气缸盖接触并起到密封作用的部分。如果气门损坏或磨损严重，这个部位必须要进行加工，通常采用气门磨床进行锥面修磨。修磨时应保持正确的锥面角度（通常为45°或30°），并控制最小气门厚度。
5. 圆角
圆角是在气门杆与气门锥面内侧之间的曲面部分，圆角增大了气门的强度，减少应力集中。在修磨气门锥面时，不得过度修磨至圆角区域，否则会导致气门强度下降，工作中易从颈部断裂。
6. 气门弹簧座锁止槽
气门弹簧座锁止槽的作用是在发动机工作过程中保持气门弹簧连接在气门上。锁止槽通常采用两半式锁夹结构，安装时锁夹内锥面与气门杆锁止槽配合，外锥面与弹簧座配合，依靠弹簧力将气门与弹簧座固定。锁止槽磨损或锁夹变形会导致气门脱落，维修时须仔细检查。
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图3 柴油发动机气门结构图 |
图4 不同形状的气门头部图 |
三、气门与气门座的检修与密封性检验
1. 气门杆与气门导管的检查
（1）气门杆直线度的检测。将气门杆两端支撑在V型铁上，用百分表测量气门杆中间部位的径向跳动，若直线度误差超过0.03mm应校直或更换。校直可采用冷压法缓慢加压，校正后需经去应力回火处理。
（2）气门杆与导管的配合间隙。用内径百分表测量气门导管内孔直径，用外径千分尺测量气门杆直径，两者之差即为配合间隙。康明斯系列柴油机进气门杆与导管间隙标准值一般为0.03～0.07mm，排气门因热膨胀较大，间隙标准值一般为0.05～0.10mm。若超过使用极限（通常为0.15mm），应更换气门或导管，并重新铰削座孔。
2. 气门座圈的检修
（1）座圈的更换。若座圈磨损严重、烧蚀或有裂纹，须将旧座圈压出，测量座圈孔尺寸后选配新座圈（过盈量0.05～0.10mm）。将缸盖加热至约100℃，用专用压具将新座圈冷压入座圈孔，待缸盖冷却至室温后，应再次确认座圈与孔壁无松动。
（2）座圈锥面的铰削。更换座圈后，须用气门座铰刀分粗铰、精铰两步进行加工，确保座圈锥面角度准确（通常进气门45°、排气门45°或30°），接触环带宽度符合规定（进气门1.5～2.0mm，排气门1.8～2.3mm），环带位置处于锥面中部偏上，不得偏向边缘或底部。
3. 气门锥面修磨
（1）修磨量控制。使用专用气门磨床进行锥面修磨，每次进刀量不超过0.05mm。修磨后须检测气门厚度是否仍处于极限值以上，若低于极限应更换气门。
（2）锥面角度。修磨时应保持标准锥面角度（通常45°），且锥面不得出现波纹或振痕，修磨后表面粗糙度应不大于Ra 0.8μm。
4. 密封性检查方法
（1）煤油渗漏法。将气门装入气门导管，用弹簧轻微压紧气门，从气道侧倒入煤油，等待3～5分钟后观察气门与座圈的结合面处有无渗漏。若无渗漏，表明密封良好。
（2）气密性检验仪法。使用专用气门密封性测试仪，在气门与座圈结合面施加一定气压，测量泄漏率。若泄漏量超过标准值，应重新修磨或更换。
5. 安装与磨合
（1）装配前，在气门杆上涂抹适量润滑油，装入气门导管。
（2）安装弹簧座、气门弹簧和锁夹，用气门弹簧压缩器将弹簧压缩至适当高度，安装锁夹后缓慢释放弹簧力。
（3）装配后手动旋转曲轴，确认气门开闭正常，无干涉或卡滞，必要时用塞尺复验气门间隙。
总结： 气门是柴油发电机配气机构的关键部件，其工作条件极为苛刻——排气门温度可达800～900℃，进气门也需承受300～400℃的交变热应力。为保证可靠工作，进气门多用铬钢制造，排气门选用硅铬钢或充钠结构以提高抗烧蚀能力。气门厚度是判断能否继续使用的重要指标，修磨后若厚度低于规定值，将因散热不足而烧损。充钠气门利用液态钠的导热特性，可显著降低排气门头部温度，延长使用寿命。气门总成包含气门杆、气门座、气门头部、气门锥面、圆角及锁止槽等组件，其中气门座镶入式结构便于维修，但必须保证过盈量和接触环带宽度符合标准；气门头部刚度与柔韧性的选择需综合权衡寿命和密封性。日常维修中应重点检查气门杆直线度及与导管的配合间隙，避免因磨损导致气门卡滞或关闭不严。气门与气门座的密封性检验是确保维修质量的关键环节，可通过煤油渗漏法或气密性测试仪进行，合格后方可装配。掌握气门材料特性、结构组成以及检修与密封性检验方法，是保证燃烧室密封性、发动机功率和排放性能正常的核心基础。
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