主要機件
(1)氣門。氣門由頭部和桿身兩部分組成。為了提高進氣量，一般進氣門頭部直徑比排氣門略大，氣門桿身是氣門上下運動的導向部分，桿身尾部有凹槽或鑽有一個圓孔用以安裝鎖片或鎖銷，以固定氣門彈簧座，如圖所示。(2）氣門導管。氣門導管固定在氣缸蓋內，用以引導氣門運動，並將氣門熱量傳到冷卻水套中，防止氣門受熱卡住。
(3）氣門彈簧。氣門彈簧通常為一個或兩個圓柱形螺鏇彈簧。其作用是自動關閉氣門，保證氣門密封。
(4）凸輪軸正時齒輪。凸輪軸正時齒輪用鍵固定在軸上，受曲軸正時齒輪驅動，使凸輪軸鏇轉。為了保證曲軸位置和氣門啟、閉的正確關係，在曲軸正時齒輪和凸輪軸正時齒輪上有裝配正時記號。
(5）凸輪軸。凸輪軸的作用是按規定時刻開啟和關閉氣門。凸輪軸主要由凸輪、凸輪軸軸頸等組成。對於下置凸輪軸的汽油機還具有用以驅動機油泵、分電器的螺鏇齒輪和用以驅動汽油泵的偏心輪。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性衝擊載荷，因此要求凸輪表面要耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。凸輪軸一般用優質鋼模鍛製成，或用球墨鑄鐵、合金鑄鐵鑄造製成，凸輪和軸頸的工作表面經熱處理後精磨，以提高耐磨性。
氣門衍變
一般中、小缸徑發動機大都採用兩氣門結構，即一個進氣門和一個排氣門，為進一步提高發動機的充量係數，提高發動機升功率，應設法加大氣門直徑，特別是進氣門的直徑。但由於燃燒室結構的限制，氣門直徑一般不能超過汽缸直徑的一半，這樣在轉速較高時，每缸一進一排的氣門結構就不能保證發動機有良好的換氣質量。顯然，再增加每缸氣門數可以提高總進、排氣門截面積，提高充量係數。目前多氣門發動機已經確立了其在汽車市場上的主流地位，首先是因為多氣門發動機充量係數高，能很好地適應發動機高速化的要求；其次這種發動機比較容易將火花塞布置在燃燒室中央，有利於提高燃燒室的抗爆性；第三是由於生產技術的進步，使多氣門發動機的製造成本降低。
系統結構
柴油機由曲柄連桿機構、配氣機構和燃油供給系統三大基本部分以及冷卻系統、潤滑系統、啟動裝置和調速系統燈光必要的輔助設備組成。各個機構和系統上的零部件安裝在包括汽缸體、汽缸蓋、曲軸箱等的機體部件上，把柴油機構成一個整體。
配氣機構是柴油機的重要組成部分；配氣機構的功用是按照發動機每一氣缸內所進行的工作循環和發火次序的要求，定時開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，使新鮮充量得以及時進入氣缸，廢氣得以及時從氣缸排出；在壓縮與膨脹行程中，保證燃燒室的密封。新鮮充量對於汽油機而言是汽油和空氣的棍合氣，對於柴油機而言是純空氣。
新鮮充量充滿氣缸的程度用充氣效率表示。充氣效率越高，表明進入氣缸內的新鮮 充量的質量越大，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量愈大，發動機發出的功率也愈大。
組成分類
發動機配氣機構配氣機構可從不同角度來分類。
按氣門的布置分為氣門頂置和氣門側置式；按凸輪軸的布置位置分為下置式、中置式和上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式分為齒輪傳動式、鏈條傳動式和齒帶傳動式；按每氣缸氣門數目分，有二氣門式和四氣門式等。
配氣機構的組成與工作情況 各式配氣機構中，按其功用都可分為氣門組和氣門傳動組兩大部分。氣門組包括氣門及與之相關聯的零件，其組成與配氣機構的型式基本無關。氣門傳動組、是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件，其組成視配氣機構的形式而有所不同，它的功用是定時驅動氣門使其開閉。
進氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上。氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件；氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。
配氣機構一般由凸輪軸、氣門推桿、挺柱、氣門搖臂、搖臂控制軸、氣門導管以及氣門等部件構成。在這些構成部件中，氣門搖臂和推桿由於無法適應大部分發動機緊湊化發展的需要，已經越來越少採用了。
位置可分為頂置式（OHC）、中置式、側置式（OHV）和下置式。由於中置式和下置式在結構上距氣門較遠，所以通常輔以氣門推桿對氣門進行控制，目前這兩種布置方式僅在一些大型發動機或機車上能看到。氣門布置方式可分為氣門頂置和氣門側置式；此外，進、排氣門的數量可分為每缸3氣門（2進1排）、4氣門（2進2排）和5氣門（3進2排）。曲軸和凸輪軸的傳動方式有齒輪傳動式、鏈條傳動式和橡膠齒帶傳動式三大類。
配氣機構布置方式中，最常見的組合無疑就是雙頂置凸輪軸16氣門（Double Overheadcamshaft16Valve，DOHC 16V）結構。這一結構術語表達的意義即凸輪軸和進、排氣門採用頂置式，每氣缸4氣門，進、排氣門分別由兩根獨立的凸輪軸分別控制開閉。由於凸輪軸和曲軸各自處於發動機的頂端和低端，而為了降低運轉噪音和維護成本，目前已有大多數轎車發動機採用鏈條傳動方式，比如大眾polo、鈴木利亞納、福特福克斯以及標緻307。
工作狀況
汽車發動機配氣機構工作的原理由於在凸輪兩側布置著進、排氣門，所以當凸輪每鏇轉一周則會分別控制進、排氣門各自開啟一次，而當凸輪軸上的凸輪鏇轉脫離氣門瞬間，氣門就會失去推動力然後自動由彈簧關閉嚴密。在我們常見的四衝程（進氣、壓縮、做功、排氣）發動機中，進、排氣門僅分別在進氣和排氣衝程時開啟，而在每個進、排氣循環過程中，控制進、排氣門的兩根凸輪軸分別鏇轉1圈，帶動它們的曲軸則需要鏇轉2圈，即曲軸與凸輪軸的傳動比為2:1。
頂置凸輪軸配氣機構擁有諸多優點，比如在設計上它沒有挺柱、搖臂和推桿，直接通過凸輪軸上的凸輪來驅動氣門開閉，這不僅在結構上大大簡化，同時使凸輪軸在鏇轉中的負荷相應減小，並且對於凸輪軸和氣門彈簧的要求也降到了最低。
從維修角度來看，這也降低了成本。所以這種結構的配氣機構越來越多出現在各種類型的發動機上。此外，從物理特性上來說，凸輪軸和氣門頂置的好處不僅在於進、排氣通道拐彎少、氣流阻力小，而且氣體的進出也更加通暢。如此一來，氣門的布置和燃燒室的結構也更緊湊，有利於混合氣體形成渦流幫助燃燒，對動力性和經濟性都有很大的提升。
配氣相位
為了提高發動機的進氣量，並使排氣充分徹底。實際發動機進、排氣門的開啟和關閉時間都不是剛好在上、下止點，而是分別提前開啟和延遲關閉一定的曲軸轉角。配氣相位就是進、排氣門實際開啟和關閉的時刻，習慣上常用相對於上、下止點曲拐位置的曲軸轉角表示。
由於進氣門在上止點前提前開啟，而排氣門在上止點之後才關閉，這樣就有一段時間進排氣門同時開啟的現象，這種現象稱氣門重疊。重疊的曲軸轉角稱氣門重疊角。由於進氣和排氣都有較大的流動慣性，在短時間內氣流是不會改變方向的，因此只要氣門重疊角設計合理，一般不會出現廢氣倒流進入進氣管和新鮮充量直接短路由排氣門排出的可能性，這對於改善換氣效果是有利的。但是應當注意的是，如果氣門重疊角過大，在汽油機小負荷運轉時，進氣管真空度很低，容易出現排氣倒流進入進氣管的現象，嚴重時高溫廢氣能夠引燃進氣管內的可燃混合氣，產生所謂“回火”現象。現代汽油機為了減少短路損失，降低HC排放，氣門重疊角有減少的趨勢，甚至出現“負”的氣門重疊角。
技術改進
隨著各個廠商對發動機配氣機構的逐步改進，每缸4氣門發動機已經越來越多，但是在人們越發追求大功率的同時對於燃油消耗值也非常關心。最常見的例子就是平衡低速扭矩輸出和高速功率輸出的油耗問題，如果只用單個節氣門控制燃油供給顯然有些捉襟見肘，而最常見的辦法就是採用可變氣門正時及升程控制來解決這個矛盾。
這個方法也就是在常規的配氣機構中採用可變式氣門驅動機構。可變氣門正時及升程控制實際上是兩種技術，可變氣門正時是控制氣門開閉的時間，而升程控制則是控制氣門的開啟大小，兩者都決定著進氣量（包括汽油和空氣的混合氣）的大小，並且可變氣門正時會根據發動機負荷變化及時控制進、排氣門的開閉時間，並由短到長呈線性變化，使發動機在全段轉速輸出期間都更有力，並且更加節省燃油。
