配气机构是发动机的重要部分。它的作用是控制发动机的进气与排气。发动机工作需要空气和燃料。空气进入气缸，废气排出气缸。配气机构负责打开和关闭进气门与排气门。这项工作必须非常准时。时间不对，发动机工作就不好。动力会不足，油耗会增加，排放会变差。

配气机构主要由凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂等零件组成。凸轮轴是核心零件。凸轮轴上有许多凸轮。凸轮形状很特殊。发动机工作时，凸轮轴会旋转。凸轮旋转时，会顶起某些零件。这些零件把运动传给气门。气门向下运动，气门通道打开。空气可以进入气缸，或者废气可以排出气缸。凸轮继续旋转，顶起状态结束。气门弹簧把气门推回原位。气门关闭，通道被堵住。这个动作不断重复。

气门分为进气门和排气门。进气门让新鲜空气进入。排气门让燃烧后的废气离开。它们安装在气缸盖上。每个气缸通常至少有两个气门。一个进气，一个排气。现代发动机可能有更多气门。四个气门很常见。两个进气门，两个排气门。气门多，进气和排气就更顺畅。发动机能呼吸得更充分。动力会更好。

凸轮轴驱动气门的方式有多种。一种是直接通过摇臂。凸轮顶起摇臂一端。摇臂像跷跷板。另一端向下压气门杆。气门打开。另一种是凸轮直接作用在气门杆顶上。中间没有摇臂。结构更简单。但需要凸轮轴位置很高。凸轮轴在气缸盖上。这叫顶置凸轮轴。现在很多发动机都用这种。

凸轮轴的转动必须和活塞运动保持同步。活塞在气缸里上下运动。活塞向上到最高点，是压缩和燃烧的时候。活塞向下到最低点，是进气和排气的时候。气门开闭必须配合活塞位置。这个配合由正时系统保证。正时皮带或正时链条连接曲轴和凸轮轴。曲轴带动活塞运动。曲轴转动两圈，凸轮轴转动一圈。这个比例是固定的。正时皮带不能跳齿。跳齿了，气门开闭时间就全乱了。可能活塞上来，气门还没下去。活塞就会撞上气门。发动机就会严重损坏。

气门开启的大小和时间很重要。工程师用配气相位图来描述。这张图是一个圆圈。圆圈上的角度表示曲轴转到的位置。图上标出气门何时打开，何时关闭。进气门在上止点前就打开。活塞开始向下吸气时，气门已经开了。进气门在下止点后才关闭。活塞开始向上压缩时，进气门还开着一会儿。利用气流惯性，可以多吸进一些空气。排气门在下止点前打开。燃烧还没完全结束就打开。废气利用自身压力先排出一部分。活塞向上排气时更省力。排气门在上止点后才关闭。利用废气流动惯性，可以让废气排得更干净。进气门和排气门有一段时间同时打开。这叫气门重叠角。重叠角可以扫除残余废气，帮助吸入新鲜空气。

凸轮轴的凸轮型线决定气门运动规律。型线就是凸轮轮廓的形状。这个形状不是简单的圆弧。它是专门设计的曲线。设计目标是让气门平稳快速地打开，保持开启一段时间，再平稳快速地关闭。不能太快。太快了，冲击力大，噪音大，零件容易坏。不能太慢。太慢了，气门开得不够大，时间不够长，进排气不充分。设计凸轮型线是复杂的工作。要用计算机模拟。要考虑发动机转速范围。低转速时，需要扭矩大。高转速时，需要功率大。不同转速对气门正时要求不同。

传统配气机构的气门正时是固定的。不能变化。工程师只能选择一个折中的方案。这个方案可能中速表现好，低速和高速表现差一些。现代发动机有了可变气门正时技术。凸轮轴和正时齿轮之间有一个调节器。这个调节器可以改变凸轮轴的角度。让气门开闭时间提前或者推迟。发动机控制电脑根据转速和负荷来调节。低速时，气门重叠角小。减少废气倒流，运行更稳定。高速时，气门重叠角大。进气更充分，排气更彻底，功率更大。有的发动机还可以改变气门升程。气门打开的深度可以变化。低负荷时，气门开小一点。减少进气损失，节省燃油。高负荷时，气门全开。获得最大动力。

气门间隙需要调整。发动机是金属的。金属会热胀冷缩。冷的时候，气门杆和驱动零件之间要有空隙。这个空隙叫气门间隙。没有间隙，发动机热了，零件膨胀，会把气门顶开。气门关不严，发动机无力，气门也容易烧坏。间隙太大，零件撞击厉害，噪音大，磨损快，气门开得也小。老式发动机需要手动调整间隙。用塞尺测量，拧动调整螺丝。现代很多发动机用液压挺柱。液压挺柱自动吸收间隙。不用人工调整。工作更安静。

配气机构需要良好的润滑。凸轮和气门摇臂摩擦很大。需要机油润滑。机油压力把油送到凸轮轴轴承和摇臂轴。润滑不足，零件很快磨损。磨损后气门开闭不准时。发动机性能下降。气门杆也需要润滑。但不能太多。太多机油会顺着气门杆流入气缸。机油在气缸里燃烧，产生积碳，排放蓝烟。所以气门导管处有油封。油封防止过多机油进入。

配气机构也会出现故障。正时皮带老化会断裂。断裂瞬间，凸轮轴停止转动。气门停在某个位置。活塞还在运动。活塞会撞上打开的气门。结果很严重。气门弯了，活塞伤了，气缸盖损坏。维修费用很高。所以必须定期更换正时皮带。凸轮轴会磨损。凸轮尖磨平了，气门开度不够。发动机没力。气门弹簧会疲劳。弹簧变软，气门关闭不及时。高速时气门会抖动。气门也会积碳。积碳多了，气门关不严。压缩漏气，启动困难。

研究配气机构就是研究如何让发动机呼吸得更好。呼吸顺畅，发动机就有力，省油，干净。工程师不断改进设计。材料更轻更强。气门用合金钢。凸轮轴用铸铁或钢。一些赛车发动机用钛合金气门。重量轻，弹簧负荷小，能达到更高转速。制造工艺更精密。凸轮型线磨削精确。气门座圈密封良好。配气机构的研究是发动机技术的核心。它直接关系到发动机的性能和效率。好的配气机构让机器充满活力。