汽車發動機的頂置凸輪軸是用一根軸或用一系列齒輪來驅動。旁蒂克牌230立方英寸發動機所用的驅動帶，系用氯丁二烯橡膠加添玻璃纖維制成。據反映，這種材料耐熱耐油性好，具有吸震作用和不變撓曲的能力。此外，這種帶子工作平穩，不需潤滑。

頂置凸輪軸結構將省去推桿和搖臂。凸輪直接頂開氣門。高速時氣門也能很好地工作，且其運動零件慣性極小。凸輪軸軸頸必需圓而平滑，凸輪軸必需直，凸輪表面不得有可測量出的磨損。軸承處不得有明顯的松動，因為凸輪的任何徑向運動或振動都會影響氣門的工作。

凸輪在凸輪軸上的方向與曲軸的設計相結合，一起決定了發動機的點火順序。凸輪的設計凸輪的設計，必須使氣門在活塞行程的正確時刻準確地打開并維持足夠長的時間，以獲得最有效的氣缸充氣和排氣。凸輪主要控制著發動機的充氣效率。凸輪初看起來形狀簡單，但是實際上凸輪的精確形狀的確定，需要經過一番細致的設計。

首先要做繁瑣的數學計算，再經過長時間的試驗。如果凸輪的形狀因磨損而改變原狀，則發動機的效率將很快降低，點火順序單缸二沖程發動機曲軸每轉一周點火一次。單缸四沖程發動機曲軸每轉兩周點火一次。

雙缸二沖程發動機曲軸每轉一周點火兩次，而雙缸四沖程發動機曲軸每轉一周點火一次，所以都沒有點火順序的問題。對四缸四沖程發動機，當1缸活塞在做功向下運動時，4缸活塞也向下運動，是吸氣沖程。無論哪一種，曲軸每轉半周就有一次做功沖程，所以每周中有兩次作功沖程。

六缸四沖程發動機（和三缸二沖程發動機）的曲拐彼此相隔120°，而不是180°，在曲軸的1/3周中得到一次做功沖程。右旋曲軸的點火順序是1-5-3-6-2-4或1-2-4-6-5-3。左旋曲軸的點火順序為1-4-2-6-3-5或1-3-5-6-4-2。V型八缸發動機，曲拐之間相隔90度。

在曲軸每轉1/4周內就有一次作功沖程。雖然點火順序有多種不同，但直列式發動機點火順序一般應盡可能在接近曲軸的兩端交替進行。對V型八缸機，是在曲軸兩端之間，以及左右兩列氣缸之間交替點火。這樣安 排可以把力分配到整個發動機，避免把作功沖程集中于曲軸的一個點附近。這就減少了振動，使發動機更平順的工作。

在F型氣缸蓋發動機上，通常只用一根凸輪軸。一個氣門直接用短推桿帶動，另一個氣門則用長推桿和搖臂帶動。因為氣門必須在與活塞行程有關的時刻，準確地開啟和關閉，因此凸輪軸的傳動齒輪或鏈輪稍有磨損，將使氣門不能在準確時刻打開和關閉，結果將損失發動機的效率。因此，在設計發動機凸輪軸的傳動布置時，應避免使用長的鏈條或多級齒輪。

凸輪的磨損我們知道凸輪形狀（即輪廓）設計精確，會使氣門有正確的工作性能。通常凸輪表面硬度很高，就是行駛了幾萬公里之后，凸輪形狀也沒有任何改變。因凸輪及它所頂起的氣門挺柱之間有摩擦，故凸輪也有磨損。磨損通常發生在凸輪的最高部分，這將使升程減小，結果是氣門的開度不夠，這會使發動機的“呼吸”能力變差。如果磨損是在凸輪的兩側輪廓線上，或在過渡部分，則氣門的工作噪音變大，而氣門會開得遲或關得早，或二者兼備。

氣門挺桿的過量磨損，也有相同的結果：噪音和氣門正時有誤差。對柴油發動機，除凸輪軸需驅動外，還要帶動噴油泵，這就要用附加的傳動。這里應注意，除了凸輪軸齒輪和曲軸齒輪之外，還有一個惰輪，一個平衡軸齒輪，上下鼓風機齒輪和一個調速器傳動齒輪。卡特皮勒V-12發動機，其齒輪傳動系統特別長，在此雙凸輪軸發動機中，齒輪系統共有十一個齒輪。

氣門正時氣門打開時間的長短，開度大小以及關閉時間，對發動機的性能都有決定性的影響。為調節氣門正時，有幾種結構。一種是靠調節正時鏈條進行的，如附加軸的偏心安裝，自動張緊輪等等。多數結構是當鏈條磨損變長時更換新的鏈條。鏈條的松緊度，一般允許在12~13毫米之間。對以齒輪驅動的凸輪軸而言，曲軸上的齒輪通常為鋼制件，而凸輪軸上的齒輪常常是用非金屬的復合材料制成。

這種非金屬物質很耐用，工作噪音小。這些齒輪均不能調節，磨損后須更換。國外一些汽車制造廠制訂了一些指標，其中規定了允許的鏈條磨損量和齒輪嚙合之間的磨損量。制造廠也在齒輪或鏈輪上做了標記，以保證正時，此外，還提供了正時圖表。利用這些圖表可以很容易地檢查氣門正時。

氣門零件的工作速度很高，要求氣門在極準確的時刻打開和關閉。隨著發動機轉速的提高，正時更為重要了。為了進氣充分，排氣干凈，進排氣門應當有“重疊”。氣門“重疊”指的是任一氣缸的進、排氣門同時開著。發動機設計時，必須考慮氣門“重疊”。排氣門必須在作功沖程結束之前打開，并在排氣沖程結束后關閉。

進氣門必須在排氣沖程結束前打開，進氣沖程之后關閉。因而，進排氣時間就會出現重疊現象。歧支氣管中，因氣體有慣性，氣門“重疊”將不會影響進、排氣。另外，為了達到噪音小的目的，氣門開啟時間和關閉的動作應設計得比較緩慢，也是氣門“重疊”的原因之一。

氣門彈簧的作用是當凸輪把氣門打開之后，靠彈簧把氣門關閉。氣門彈簧呈螺旋形，用特種高級鋼制成，可承受高應力、高溫，并有鎖緊裝置，以防止彈簧跳離彈簧座。有些發動機上，一個氣門只裝有一個氣門彈簧。在很多高性能發動機上，每只氣門有兩只套在一起的彈簧，以便獲得所需的壓力特性。通常彈簧兩端的螺距要比中間螺距小，以減小彈簧的自振，氣門彈簧還裝有阻尼器，也是用來減小自振的，發動機型式不同，氣門彈簧的剛度也不同。

高速發動機和具有大推桿、大氣門和大搖臂的發動機，應當采用剛度大的彈簧。氣門挺柱氣門挺柱是氣門系統中的一個裝置，它把凸輪的作用傳給氣門。有兩種類型的氣門挺柱：機械式和液壓式。機械式，通常呈蘑菇狀，其上有螺釘以便調節氣門桿與挺柱之間的間隙。

因為發動機的熱量將使氣門桿膨脹變長，這將造成氣門不能關閉而使氣缸里的可燃氣體無法壓縮，因此必須留有間隙，工作一段時間后應進行檢查調整。有些發動機采用滾子式挺柱。挺柱下面裝著滾子，凸輪與滾子接觸。滾子式挺柱比蘑菇狀挺柱磨損小。液壓式挺柱可以自動補償氣門和挺柱之間存在的間隙，這種氣門挺柱的優點是工作無噪音，因為沒有氣門間隙。

油液將通過油槽以及挺柱體和柱塞上的油孔進入各挺柱，再往下流動經過進油孔和球閥進入柱塞下面的油腔中。在循環開始時，柱塞彈簧把整個氣門機構的所有間隙消除，當凸輪開始抬起挺柱時，下腔中的油和球閥彈簧緊緊地壓住鋼球，以防止下腔中的油流失。升舉力就通過封死的油傳給球及柱塞。

這樣，柱塞及推桿將隨挺柱體一起向上運動，推動氣門機構，打開發動機氣門。當需要發動機氣門關閉時，推桿機構及挺桿不動，柱塞彈簧強迫挺柱體跟隨凸輪向下運動，直至與凸輪的基圓再次接觸為止。當柱塞停止運動時，下邊作用在鋼球上的油壓消失，油得以經過球閥流到下油腔，補充“下漏”的油的微量損失，這部分油就是通過柱塞和挺柱體之間的間隙流出的。

當氣門機構因發動機溫度增高而膨脹時，柱塞必須在挺柱體內稍微下移，以保證發動機氣門的完全關閉。同樣的，當發動機溫度下降時，柱塞必須稍微上移。在這兩種情況下，下油腔的容量會有改變，油量則通過柱塞的進油孔自動調整。為適應修理后零件尺寸變動的需要，有些搖臂可以調整，同時國外某些工廠可以提供不同長度的推桿。

搖臂安裝在搖臂軸上，氣門間隙的調整靠擰動搖臂端部的螺釘實現。該螺釘與推桿的上端相接觸。搖臂上有一個凹下的半球形，一個相應的支座搭在凹下處，并用調節螺母壓住。擰緊螺母可使搖臂靠近氣門端部和推桿端部，以減小氣門間隙。有些發動機裝有不可調整的搖臂，且備有不同長度的推桿，必要時可更換適當長度的新推桿來調節氣門間隙。