气门（Valve）：发动机核心换气部件详解
一、气门定义与功能定位
气门是发动机控制气体循环的核心执行部件，通过精准执行“进气”与“排气”动作，保障发动机持续燃烧循环。
核心作用：
- 进气门（Inlet Valve）：在发动机运转循环中，于压缩冲程前将清洁空气（或空气-燃油混合气）高效引入气缸，配合点火/压燃过程实现燃烧。尤其在柴油发动机冷启动阶段，需快速响应以建立基础进气量，保障缸内压力稳定。
- 排气门（Exhaust Valve）：在排气冲程时，将燃烧后高温（可超1800℃）、高压废气排出气缸，同时依靠气门自身材质的导热特性降低缸盖热负荷，避免发动机过热。
二、结构分类与应用场景
2.1 按功能结构分类（控制气体流动核心）
| 结构类型 | 特点与典型应用 |
|---|---|
| 整根气门 | 一体化锻造工艺，成本低、密封性好，适用于低负荷轻卡发动机（如3吨级载货汽车） |
| 双金属对焊气门 | 头部（抗高温）与杆部（耐磨损）采用不同合金焊接，中高负荷公路用车排气门首选（如10吨级重卡发动机） |
| 空心充钠气门 | 内部填充液态钠，利用钠高热容快速导出热量，解决高功率发动机排气门热负荷问题（如工程机械发动机） |
2.2 按工艺结构分类（生产端技术实现）
- 气门体成型：通过冷锻/热锻工艺保证气门杆同轴度（公差≤0.05mm），提升气门与导管、座圈的配合精度。
- 双金属复合工艺：杆部选用高韧性40Cr（抗拉强度≥600MPa），头部采用耐温合金（如4Cr9Si2），焊接强度达250MPa。
三、材质体系与技术规范
3.1 中国大陆主流气门材质（按应用场景分级）
| 材质类型 | 典型牌号 | 适用场景 | 核心技术参数 |
|---|---|---|---|
| 普通合金结构钢 | 40Cr | 中低负荷车型（微卡发动机） | 抗氧化温度≤600℃ |
| 高耐热合金 | 4Cr9Si2 | 汽油发动机进气门、柴油排气门 | 硬度HRC35-40，耐磨损寿命≥5万公里 |
| 抗磨合金 | 4Cr10Si2Mo | 涡轮增压柴油发动机进气门 | 耐磨性提升30%，适用于2000rpm以上高转速 |
| 特种合金 | 21-4N | 欧系引进机型（如东风康明斯ISZ） | 氮化工序后硬度HRC58-60，抗腐蚀能力提升40% |
| 超高温合金 | 23-8N | 重负荷工程机械发动机排气门 | 持久强度800℃/50MPa，适用于连续200小时满负荷工况 |
3.2 特殊应用场景材质
- 引进机型适配：5Cr8Si2、4Cr9Si3、21-2N、21-12N、XB合金等已在合资品牌发动机中大规模应用，降低缸内积碳风险。
- 极限工况材质：高温镍基合金（如Haynes 282）开始用于赛道级发动机排气门，1000℃短时工作能力满足F1/MotoGP赛事热负荷需求。
四、附加工艺与性能优化
气门附加工艺直接影响核心部件可靠性，主要工艺包括：
- 表面防护：
- 氮化处理（气体渗氮）：表面硬度提升至HV1000，耐磨性增强，延长气门使用寿命至10万公里。
- 镀铬处理（六价铬环保工艺）：提升耐腐蚀性，降低进气门积碳对密封性的影响。
- 精密堆焊：锥面堆焊钴基合金（Stellite 6），减少气门与导管磨损，降低异响概率。
- 顶部强化：焊接耐高温合金片，适配天然气发动机高燃气冲刷工况。
五、专家操作提示
- 故障预判：进气门密封失效→怠速不稳（油耗增加5%-8%）；排气门间隙过大→动力下降10%，需冷态间隙调整0.2-0.3mm。
- 选型原则：重载卡车优先选用双金属对焊气门+空心充钠结构，平衡热负荷与成本（寿命达15万公里以上）。
（注：本文基于卡车之家百科原始数据整理，核心参数引用符合《GB/T 38451-2020 汽车用发动机气门技术条件》标准。）