一、情境描述
一辆北京现代悦动轿车，发动机怠速时有明显的“嚓嚓”响声，机油消耗过度，发动机不能起动，转速升高，响声增大。
二、相关知识
（一）气门相关故障
1.气门密封不严密给发动机造成的影响
发动机工作时，混合气燃烧的最高温度可达2200℃以上，转速可达3000～6000r/min。就四行程发动机来说，发动机每完成一个工作循环曲轴需转2圈，进、排气门各开启一次。如果发动机转速为3000r/min，则每分钟进、排气门各开启1500次，即每秒钟进、排气门各开启、关闭25次。因此发动机工作时，进、排气门处在高温和高速运动的状态下。这种高速地开启和关闭会使气门与气门座相互撞击，使气门与气门座的接触面变宽、起槽；进、排气门高温、高压、高速运动的环境使气门工作面又极易出现积炭、烧蚀、麻点，导致气门与气门座工作面密封不严。当气门与气门座的工作面变宽后，两者接触面积增大，当气门关闭时，作用在气门座上的单位面积压力会减小（气门弹簧的弹力是不变的），单位面积压力减小也会导致气门与气门座密封不严，还会造成以下后果。
（1）发动机动力下降。在压缩行程过程中，进、排气门都应完全关闭，只有这样才能使气缸内的气体在被压缩时达到最大压力。如果气门和气门座密封不严，会造成在压缩行程过程中一些可燃混合气从进气门或排气门渗出，进而造成在压缩行程终了时可燃混合气的最高压力降低，导致气体在燃烧时膨胀功减小，使发动机的动力降低。
（2）发动机油耗增大。在压缩行程过程中，若进气门关闭不严，一些可燃混合气会经进气门从气缸中渗入进气管或空气滤清器。若排气门关闭不严，在压缩行程过程中，一些可燃混合气会经排气门从气缸中排入消声器。由于这部分混合气未经做功行程就排入大气中，因而造成燃料浪费，导致耗油量增大。在做功行程过程中，若进气门关闭不严，会造成一些可燃混合气边燃烧边经进气门排入进气管。在做功行程过程中，若排气门关闭不严，会造成可燃混合气边燃烧边经排气门排入消声器。排入消声器中的这部分可燃混合气一部分在消声器中燃烧，一部分未经燃烧便经消声器排气孔排入大气中。这就是部分摩托车消声器排气孔滴油的原因。由于这部分可燃混合气未经过做功行程，所以会造成发动机耗油量大、浪费燃料、污染环境，且在消声器中有杂声。
（3）进、排气门关闭不严，会造成高温、高压的可燃混合气冲蚀气门及气门座工作面，使气门及气门座工作面出现麻点、烧蚀。燃烧不完全的混合气会使气门和气门座工作面出现积炭、烧蚀、麻点，积炭又会加速进、排气门关闭不严，形成恶性循环，导致发动机动力性和经济性下降。
2.气门与气门座的常见故障
镶有气门座的发动机，在使用过程中会出现气门座松动的现象，如不及时修理将会很快脱落，以致折断气门，顶坏活塞、缸套或气缸盖，甚者造成连杆弯曲、曲轴断裂，在重负荷作业时还会捣坏缸体。
气门座松动一般表现为：重踩加速踏板或加大作业负荷时，有严重的气门敲击活塞的声音；排气管出现有规律的间断性冒烟（有时冒白烟，有时冒黑烟）现象；发动机突然出现异响，气缸上部有明显的敲击声，并有“缺缸”和燃烧不良现象，功率下降，严重时不能工作；有窜气现象，严重时从曲轴箱通气孔向外窜气。
气门座松动的原因主要是：磨损严重，下陷量过大，气门座烧损或产生裂纹；缸盖螺栓拧紧力不均匀，高温时骤加冷水，使缸盖变形或产生裂纹；发动机使用时间过长，气门座松动；气门座在缸盖上镶嵌的紧度不够；长期超负荷作业，机温过高，气缸盖热膨胀严重。
判断气门座松动的方法是：轻踩加速踏板时逐缸拧松高压油管，若拧松某缸的高压油管，其冒烟现象消失，并可听到“嚓、嚓”的气流声和气门敲击声，则可判定该缸气门座松动；调好气门间隙后，摇转曲轴复查，气门间隙时大时小，气门在导管内的往复运动有滞涩或发卡现象；各缸压缩力相差悬殊，气门座脱落的气缸压缩力很小或无压力；在压缩过程中，气体冲入空气滤清器，进气歧管有“啪啪”声，发动机着火时，该缸进气歧管比其他缸的热；排气歧管处有“扑扑”响声，发动机着火时，该缸的排气歧管比其他缸的温度低。
防止气门座松动的办法是：不可长时间超负荷运转，也不可缺水运转，发现机温高时，切忌立即添加冷水，以防缸盖骤冷而产生裂纹；组装缸盖与缸体时，必须用力矩扳手按规定顺序分2～3次将缸盖螺母均匀拧紧，不能少装缸盖螺栓；由于气门座常处于高温下工作，更换气门座必须符合技术要求，其与缸盖的过盈配合应符合规定，过紧会胀裂缸盖，过松又容易引起气门座松动。
气门头凹陷与积炭。柴油机工作中，气门头部不仅承受着反复冲击的负荷，而且受到高温、高压燃烧气体的冲刷。气门头和气门座的工作斜面由于受到强烈的化学腐蚀及机械磨损，易出现凹陷和蚀痕，且在气门头部和气门座处形成积炭，排气门和排气门座更为严重。由于这些原因致使气门头凹陷，出现密封不严、气缸压力不足、耗油率增加、冒黑烟、空气滤清器窜气、柴油机起动困难等现象。
气门杆严重磨损。气门杆的磨损多数出现在与气门导管相配合的部位，这是因为气门长期在导管内做高速往复运动，且得不到良好的润滑而形成摩擦磨损。若气门座与导管不同轴，将会加剧磨损。磨损后气门杆与导管的间隙增大，气门杆在导管内晃动，造成气门漏气和气门的严重偏磨。气门杆端面由于受到摇臂头的频繁撞击，也易磨损。气门杆的锥形环槽与锁瓣贴合不良时，会使气门杆上的锥形环槽磨损，严重时引起锁瓣从环槽中脱出，造成气门掉入气缸中的严重事故。
气门杆弯曲与折断。气门杆弯曲往往是由于杆部受到不应有的作用力所造成的，如气门卡死在导管内、气门头与活塞撞击等，严重时将导致气门杆折断。
气门座圈脱落。有些气门座圈在镶配过程中，由于和座孔的配合紧度不够、固定不牢，往往在工作一段时间后发生松动乃至脱落，使发动机无法工作。
（二）气门组的检修
发动机工作时，气门受冲击性交变载荷，出现跳动或当配气机构间隙过大时，载荷将显著增加。在高机械负荷下，易造成气门杆及气门头部变形、漏气及严重磨损，特别是排气门还承受高热负荷。气门常见损坏有气门及气门座工作面磨损和烧蚀、气门杆弯曲和磨损、气门杆端面磨损、气门杆与导管配合松旷等。
1.气门的检查
（1）用千分表检查气门杆的弯曲，或将气门杆放在平板上滚动检查，如有弯曲，应进行校正或更换。
（2）测量气门杆的磨损程度。用螺旋测微器测量气门杆上、中、下三个部位，通常将测量结果与气门杆尾部未磨损部分对比，若超过0.05mm，或用手触摸有明显的阶梯形感觉，应更换气门。
（3）检查气门长度。气门杆尾端磨损不平，应用砂轮修复，磨削量不得超过0.50mm。
（4）检查气门工作面是否因磨损出现起槽、变宽和烧蚀，出现斑点、凹陷。如有，应进行光磨。气门的光磨：气门光磨通常在气门光磨机上进行，要求磨削量尽量小，以延长其使用寿命。
2.气门弹簧的检查
（1）气门弹簧常见损坏有折断、弹力不足、自由长度缩短等。
（2）检查气门弹簧有无折断或裂纹现象。如有，应更换。
（3）检查气门弹簧的轴线垂直度。如果轴线垂直度超过1mm，或弹簧外径的垂直偏差超过2mm，应更换。
（4）用游标卡尺检查气门弹簧的自由长度，标致轿车发动机气门弹簧的自由长度，进气门不得低于39.6mm，排气门不得低于44.0mm。如果超过使用限度，应更换。
3.气门导管的检修
气门导管磨损，使气门杆与导管间间隙增大，影响气门的密封性。
气门导管与气门杆间隙的检查方法：将气门提起至气缸盖平面15mm左右，将百分表架固定于气缸盖上，百分表杆顶触在气门顶部边缘处，来回推动气门，百分表指针差值即为气门导管与气门杆的配合间隙。若超过标准值，应更换气门导管。
更换排气门导管时，先将气缸盖倒置，用专用工具从燃烧室一侧压出气门导管，再将气缸盖翻过来，用专用工具压入新的气门导管，直到气门导管上的卡环接触到气缸盖为止。通常情况下，更换气门导管后应同时更换新的气门。
4.气门座圈
当气门座密封锥面严重磨损，宽度显著增加，或烧蚀严重时，可用铰刀对气门座进行铰削来恢复气密性。气门座口有三个表面，分别与气缸体（或气缸盖）平面成30°（15°）、45°、60°（75°）角。45°斜面是工作面，而30°及60°斜面用以调节45°工作斜面的宽度及气门斜面的接触位置。为了保证气门座各斜面与气门导管的同轴度，铰削（或磨削）气门斜面时，是用气门导管作定位基准。因此，必须先修理或更换气门导管。气门杆弯曲会使气门在导管内运动时出现卡滞而造成气门关闭不严，对此应校直气门杆或更换新气门。通常使用气门座铰刀进行气门座铰削。先初铰，将烧蚀、斑点等缺陷铰去。然后用新气门或光磨过的气门进行试配，要求接触面应在气门斜面的中下部，宽度为1.20～1.60mm。如果接触面偏上，应用30°铰刀铰削，使接触面下移；如果接触面偏下，可用60°铰刀铰削，使接触面上移。最后用细刃铰刀精铰或在铰刀上垫细砂布铰磨，以降低接触面的表面粗糙度。桑塔纳、捷达发动机气门座接触面角度为45°，其宽度进气门为2.00mm，排气门为2.40mm。因为排气门工作温度高，故要增强导热性。
气门座除使用手工具铰削外，还可用光磨机进行修磨。光磨机修磨气门速度快、质量好，特别是修磨硬度高的气门座效果更好，但砂轮消耗较大，需经常修整。磨削前应先将气门导管孔及气门座圈擦净，以导管为基准，选择适合于导管孔径的定心杆插入导管孔，不准有摇摆或偏斜现象，然后按上述角度和要求进行修磨。
三、任务实施
（一）任务实施环境
1.现场设备、工量具等准备（见表3.2）
表3.2 现场设备、工量具等准备
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续表
2.技术要求（见表3.3）
表3.3 技术要求
（二）任务实施步骤
1.气门检查
（1）用千分表检查气门杆的弯曲，表针摆差不应超过0.05mm；或将气门杆放在平板上滚动检查，如有弯曲，则应进行校正或更换，如图3.33所示。
图3.33 气门弯曲检查
（2）检查气门杆外径。用螺旋测微器测量气门杆上、中、下三个部位，如图3.34所示。
图3.34 气门磨损检查
（3）检查气门表面的磨损情况，如果气门表面磨损，则更换气门。检查气门头部边缘厚度，如图3.35所示，如果气门头部厚度小于最小值，则更换气门。
图3.35 检查气门头部边缘厚度
2.气门弹簧检查
气门弹簧常见损坏有折断、弹力不足、自由长度缩短等。检查气门弹簧有无折断或裂纹现象，如有，应更换。检查气门弹簧的轴线垂直度，如果轴线垂直度超过1mm，或弹簧外径的垂直偏差超过2mm，应更换。
用游标卡尺检查气门弹簧的自由长度，通常轿车发动机气门弹簧的自由长度，进气门不得低于39.6mm，排气门不得低于44.0mm。如果超过使用限度，应更换。
3.气门导管检查
气门导管磨损，使气门杆与导管间间隙增大，影响气门的密封性。
气门导管与气门杆间隙的检查方法：一种是将气门提起至气缸盖平面15mm左右，将百分表架固定于气缸盖上，百分表杆顶触在气门顶部边缘处，来回推动气门，百分表指针差值即为气门导管与气门杆的配合间隙。另外一种是用内径千分尺测量气门导管内径，然后减去导杆外径就是气门导管与气门杆的间隙，如图3.36所示。若超过标准值，则应更换气门导管。
图3.36 气门导管检查
更换排气门导管时，先将气缸盖倒置，用专用工具从燃烧室一侧压出气门导管，再将气缸盖翻过来，用专用工具压入新的气门导管，直到气门导管上的卡环接触到气缸盖为止。通常情况下，更换气门导管后应同时更换新的气门。
4.气门座检查
检查气门座是否有过热迹象，是否与气门面接触不良，如果需要应更换气门座。修复气门座前，检查气门导管是否磨损，必要时更换磨损的气门导管，然后修复气门座（使用气门座磨研机或刀具修复气门座）。气门座接触宽度应在规格内并对准气门面中心。
检查完成后将测量数据填入表3.4中。
表3.4 测量数据
四、拓展知识
i-VTEC
我们最熟悉的可变气门升程系统非本田的i-VTEC莫属，本田也是最早将可变气门升程技术发扬光大的厂商。本田的可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，工程师利用第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化，如图3.37所示。
图3.37 本田i-VTEC
当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，普通凸轮推动主摇臂和副摇臂来控制两个进气门的开闭，气门升量较小。此时虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭状态。
当发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由高角度凸轮驱动，这时气门的升程和开启时间都相应增大了，使得单位时间内的进气量更大，发动机动力也更强。这种在一定转速后动力的突然爆发极大地提升了驾驶乐趣。当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧的作用下退回原位，三根摇臂分开，如图3.38所示。
图3.38 本田i-VTEC系统工作原理
1—普通凸轮；2—副摇臂；3—中间摇臂；4—主摇臂；5—高角度凸轮
五、任务总结
了解气门组的常见故障及排除方法，掌握气门、气门弹簧、气门导管、气门座的检查方法和注意事项。
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