内燃机的气门所担负的任务十分重大，但气门工作的条件却很差；这使得气门通常很难很好地完成这一任务。不过，目前对气门的研究发展很快，大量精巧的设计已被采用，如菌状气门、旋转气门、滑动气门和升举式气门等。升举式气门尽管有些缺点，但目前依然普遍采用。

升举式气门噪音大，并且冷却困难，但它的结构简单，而在工作条件下的密封效果较好。气门的工作条件十分恶劣。气门在燃烧室里，与燃烧的气体直接接触，又不象燃烧室那样，周围有冷却水包围着；也不象活塞那样被油冷却。发动机燃烧室内的燃烧温度瞬时可达℃。随后，排气门必须打开以使得这些灼热的气体从气门头部和气缸盖之间快速通过。

显而易见，在这些条件下，排气门头部的温度可达℃以上。而且，气门不易直接用发动机的冷却水来冷却，唯一的冷却途径是靠气门与气门导管的接触以及气门与气门座短暂的接触而从气缸盖带走一部分热量。由于发动机的工作转速较快，因而气门与气门座接触时间是很短暂的。

如果发动机在转下工作，就意味着在一分钟里，每个气缸内将点火次，而该缸排气门就得打开同样的次数，让燃烧过的气体排出，使大量的热从气门头传至气门座，然后传到水套。可见，气门是长期在高温状况下工作的。气门温度要理解为什么排气门易于产生故障，看来并不是那么困难。

如果在正常工作条件下，气门头与气门座周围的工作温度将达到~℃，气门头的中心部分温度还要高一些，将达到~℃。而气门杆靠近头部的地方可达到~℃。就是说，在正常条件下工作，气门都会因高温而发红。可知在不正常条件下运转，钢制气门就有融化的可能。进气门的这个问题要容易解决一些，因为当它离开气门座时不与燃烧的气体接触。

而且，进气门还可靠进入的新鲜混合气来冷却。气门及气门座的材料排气门通常用耐热合金钢制成。往往在气门杆内部填入矿物盐借以带走热量，气门座用耐热合金制成镶圈，压入气缸盖或气缸体的排气门座孔内，这些镶圈用于铸铁气缸体或气缸盖上，也用于铝制缸体或缸盖上。

目前国外有种新型低铅和无铅汽油（并不是近几年来在某些领域已有的无铅高级汽油），使用这种汽油的一个不良结果，就是使气门温度更高而引起气门和气门座的烧伤。以前，汽油中的铅起着润滑剂的作用，特别是在气门和气门座之间。当汽油中没有铅时，铸铁气门座被灼热的排气所氧化。这些氧化物磨损气门表面和气门座。气门座的磨损因气门的间隙变大而加剧。

当间隙从0.mm增大至1mm时，冲击载荷将增至30倍，同时又增加了气门和气门座之间的磨损。有几种办法可用来解决这个问题。一种办法是用合金气门座或耐腐蚀的硬镶套。汽油中不加乙基铅，而加二氧化硼或磷酸铁。但这些材料对目前有些汽车装的消声器有不利的影响。别克发动机就采用这种办法。另一种办法是气门杆镀铬，以减小杆部的磨损。

目前在国外，内冷却式气门也开始被广泛采用，并正在探讨如何在气门杆中充水。研究表明，这种结构可使气门温度下降约℃.为了进一步散热，很多发动机气门杆的直径也有增大的趋势。高频淬火气门座高频淬火的气门座已被道奇发动机所采用，见图1-95.这种工艺将把气门座加热到℃，硬化深度为1.3~2mm。这样处理的气门座耐用程度与汽油加铅后气门座的耐用度大致相同。气门的冷却我们知道，燃烧的热量将从气门头部传到冷却水中。

国外一家名为普森·拉莫·伍尔德里奇的公司做过的试验表明：实心排气门主要将靠气门杆部来传递热量。不过这个最初的概念是不全面的。在气门的工作表面上有很多热流线流出。事实上，气门吸收的热量有半数以上是通过工作面传走的。也可以看到，热量还从气门杆传到导管，从导管传到缸盖或缸体，因为热量在同一金属件内的流动，比从一件流到另一件要容易得多。故此多数轿车发动机上单独的气门导管已被取消，代之以在缸体或缸盖上铰孔，作为气门杆的导向孔。

使用这种结构，更换气门的杆部直径要加大些，当需要更换气门时，导向孔还要铰到所需要的尺寸。气门座接触面从以上所述可知，任何使气门与气缸盖或气缸体之间的接触面积减小的因素，都会阻碍气门热量的散逸。所以，如果气门座太狭窄，或气门导孔过度磨损，接触面积均会减小而使气门过热。加宽气门座可增大接触面积，但是我们知道，宽气门座容易形成积碳，使气门关闭不严，从而烧坏气门工作表面。

增大接触面积的另一方法，是增大气门头部或杆部的直径，或两者都增大，装入超尺寸气门、超尺寸杆或更长的导管等等。当然，这些尺寸的增大，从机械的角度来说是有限度的，主要是气门重量增大了。由于气门上下运动很快，故气门重量应尽可能的轻。增大重量会使其惯性增大，气门的动作就迟缓了。气门还有一个合理的尺寸限度，限制气门尺寸的主要因素是气缸直径和燃烧室的形状。

气门的散热发动机如果要汽车发动机工作好，则气门散热问题必须彻底解决。与前面讨论活塞和活塞环时的问题相似。工作会引起气缸盖和气缸体等件的变形，也会引起气门和气门座的变形。气缸盖或气缸体中靠近气门的灼热区，或者缸盖螺栓拧紧力不相等，都会增加变形。当发动机处于冷态时，气门和气门座是圆的，但当发动机达到工作温度时，它们就将失圆。

气门头部，由于不同位置处温度有差异，很容易翘曲，如果气门头部太薄或不平，翘曲就更加厉害，再有，由于燃烧室的设计和气门喉口形状的决定，在气门和气门座之间流过气体的容量和速度也有不同。因而在某些情况下，气门头部四周的温度也会变化。

除了气门和气门座的形状改变之外，二者的直径也会改变。气门头的温度比气门座的温度更高，因为气门座靠近冷却水。所以头部要比座子膨胀得多些，因此在气门座上使得气门显得高一些。这就改变了接触区的位置。

发动机凸轮轴凸轮轴是一根直的其上有偏心凸盘（即凸轮）的轴。如果发动机是L型缸盖、I型缸盖或F型缸盖，则控制进、排气门的两个凸轮可做在同一根轴上。这两个凸轮在轴上的方向不同。因进、排气门需在一个工作循环中的不同时刻打开。对多缸机，通常有多少个气门就得有多少个凸轮。

八缸有十六个气门，则凸轮轴上有十六个凸轮。但也有个别情况，如对置式气缸的发动机，一个凸轮可以控制两个气门，在四冲程发动机中，每个气门在曲轴转时两转打开一次。因此，凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，对四冲程发动机，凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，因而凸轮轴的齿轮直径必须是曲轴齿轮的两倍，在L型气缸盖的发动机上，进、排气门均位于气缸体的同一侧，一般则把凸轮轴布置在气门的下方，且用短气门挺杆推动气门，由于凸轮轴的转速比曲轴低，并且不承受那么重的往复力，故凸轮轴较细，轴承也较小。

凸轮轴通常用钢制成。凸轮须经过硬化处理以免迅速磨损。在顶置气门发动机中，常采用单根凸轮轴，一个凸轮控制一个气门。很多发动机的凸轮轴位于曲轴箱里，靠很长的推杆和摇臂来推动气门，因推杆有重量，故需消耗功率来带动它。为克服这一问题，有些发动机把凸轮轴放在气门的上方，这种结构省去了推杆，故消耗于此处的功率也节省了。还有一些结构，其凸轮直接作用在端部小罩盖内的气门杆上，这样消耗的功率就更节省了。

对于小轿车发动机，凸轮的过渡段应设计得使气门逐渐而平顺地开启。这就避免了气门、气门弹簧等件的震动，并使工作无噪音。设计时既要考虑工作效率，又要考虑工作平顺性。对赛车发动机，噪音不是重要的，而需要有最高的效率。其凸轮常常做得使其过渡段更加陡变，升程更大，凸缘部分较平坦，尖部较宽。这种凸轮能很快地打开气门，且开度较大，开启的时间长，以及能很快地关闭气门。

但这样的发动机噪音大，空转不平顺，且磨损很快。如果凸轮轴采用链传动，其旋转方向与曲轴相同，从发动机前端看是顺时针转动。若凸轮轴靠一只齿轮与曲轴齿轮相啮合来驱动，则凸轮轴的转向为逆时针方向，即与曲轴转动方向相反。凸轮轴的位置当直立式发动机采用L型、F型或I型气缸盖时，凸轮轴通常位于一侧，高于曲轴之上，在V型发动机中，凸轮轴通常位于曲轴的上边。多数发动机的凸轮轴位于曲轴箱内。

在这种结构里，凸轮轴通过齿轮或无声链条直接由曲轴带动，当凸轮轴设在曲轴箱内，而气门设在气缸盖上面时，气门由推杆和摇臂控制。为了避免使用这种既昂贵又消耗功率的机构。目前的趋向是把凸轮轴放在气门室罩里，直接控制气门。这种布置可用驱动带（或齿带）来驱动凸轮轴，或者可用链条和齿轮来驱动。有些顶置凸轮轴发动机，每排气缸装有两根凸轮轴，一根控制进气气门，另一根则控制排气气门。