发动机气门的工作原理是什么？进排气如何精准控制？

发动机气门是配气机构的核心部件,其作用是按照发动机工作循环的要求，准时开启和关闭进排气通道，确保可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）进入气缸，并将燃烧后的废气排出气缸，气门的工作性能直接影响发动机的进排气效率、动力输出、燃油经济性及排放指标，其原理涉及结构设计、运动规律与配气时机的协同配合。

气门的结构组成

气门主要由气门头部、气门杆和气门尾部三部分构成，气门头部呈盘状，与气门座锥面配合实现密封，工作时需承受高温（排气门温度可达600-800℃，进气门约300-500℃）和高压燃气冲击，因此需采用耐热合金钢（如排气门常用奥氏体钢，进气门用铬钢或硅钢）制造，气门杆与气门导管配合，起导向作用，确保气门上下运动时不偏斜；气门尾部通过锁片或锁销与气门弹簧座圈连接，气门弹簧则通过弹簧座圈始终将气门压向气门座，保证气门关闭时的密封性。

配气机构与驱动原理

气门的运动由配气机构驱动,核心部件包括凸轮轴、挺杆、推杆（侧置凸轮轴结构）或摇臂（顶置凸轮轴结构），发动机曲轴通过正时皮带或正时链条驱动凸轮轴旋转，凸轮轴上的凸轮轮廓曲线控制气门的升程（开启高度）、开启持续角和运动规律，当凸轮凸起部分转动至与挺杆接触时，推动挺杆（或推杆、摇臂）克服气门弹簧弹力，使气门逐渐开启；凸轮凸起部分离开后，气门弹簧回弹，通过气门杆带动气门关闭，现代发动机普遍采用顶置凸轮轴（OHC）结构，凸轮轴直接布置在气缸盖上，减少了运动部件惯量，提升了气门响应速度。

工作过程与配气时序

气门的开闭需与发动机工作循环（四冲程发动机为进气、压缩、做功、排气四个冲程）严格同步，其时序由曲轴与凸轮轴的传动比（1:2）保证，以四冲程汽油机为例：

• 进气冲程：活塞从上止点向下止点运动，进气门提前开启（活塞到达上止点前），延迟关闭（活塞到达下止点后），利用缸内负压和进气气流惯性吸入混合气；
• 压缩冲程：活塞上行，进排气门均关闭，混合气被压缩；
• 做功冲程：火花塞点火，燃气膨胀推动活塞下行，进排气门保持关闭；
• 排气冲程：活塞从下止点向上止点运动，排气门提前开启（活塞到达下止点前），延迟关闭（活塞到达上止点后），将废气排出气缸。

“提前开启”和“延迟关闭”的目的是延长进排气时间，提高缸内气体交换效率，但需避免与活塞运动干涉（气门与活塞顶的间隙称为“气门间隙”）。

气门关键参数与技术优化

气门升程、凸轮轮廓和配气相位（气门开启/关闭时刻）是影响气门性能的核心参数，传统发动机配气相位固定，而现代广泛采用可变气门正时（VVT）技术，通过调整凸轮轴相位（如丰田VVT-i、本田VTEC），在不同转速下优化气门开启时刻：低速时提前关闭进气门，防止混合气倒流，提升扭矩；高速时延长进气门开启时间，增加进气量，提升功率，可变气门升程（如本田VTEC）通过切换不同凸轮轮廓，实现高低升程的切换，兼顾低速扭矩与高速功率。

进排气门区别

对比项	进气门	排气门
工作温度	较低（300-500℃）	较高（600-800℃）
材料要求	耐磨、耐腐蚀	耐高温、抗氧化、抗腐蚀
气门座圈材料	灰铸铁或合金铸铁	耐热合金铸铁或钴基合金
常见失效形式	积碳、密封面磨损	烧蚀、变形、密封面积碳

相关问答FAQs

Q1：发动机气门积碳过多会有什么影响？
A1：气门积碳会导致气门关闭不严，缸压下降，动力减弱；进气门积碳还会减少进气量，增加油耗；排气门积碳可能影响废气排出，导致发动机抖动、加速无力，严重时甚至引发气门卡滞或烧蚀。

Q2：可变气门正时技术（VVT）如何提升发动机性能？
A2：VVT通过调整凸轮轴相位，改变气门开启和关闭时间，低速时，适当推迟进气门关闭角度，防止混合气过多进入排气歧管，提升低速扭矩；高速时，提前进气门开启时间，延长进气持续时间，增加进气量，提升高功率输出，从而兼顾低速燃油经济性和高速动力性。