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  單頂置凸輪軸是一種在汽缸蓋內只設定一支凸輪軸的設計。採用這一設計的直列汽缸引擎只需在汽缸蓋上方安裝一支凸輪軸,而V形汽缸引擎則需要兩支凸輪軸,分別安裝在一側汽缸組之上。  單頂置凸輪軸設計中,需要往復運動的部件及其總質量較同等條件下的推杆式引擎顯著減少。因此單頂置凸輪軸能提高引擎轉速,從而在輸出扭矩相同的情況下提高引擎的功率輸出。在這一設計中,凸輪軸能夠直接或通過搖臂控制氣門開閉,而不需像頂置氣門的推杆式引擎一樣,需要通過挺杆、較長的推杆以及搖臂將引擎組內凸輪軸上凸輪的運動傳遞到汽缸蓋內的氣門上。  相比於推杆式結構,單頂置凸輪軸設計能使引擎結構(主要是配氣結構)更加緊湊。這一優勢在同時採用多氣門設計(即一個汽缸有兩個以上的氣門)時特別顯著。不過有時為了適應引擎設計的特定要求,在使用單頂置凸輪軸設計的同時也需要採用一些附加部件。希爾曼頑童(Hillman Imp)的4缸8氣門引擎便是採用氣門間隙調節墊片及活塞閥進行調節的單頂置凸輪軸引擎的典型。希爾曼頑童是一款1960年代初設計製造的小型雙門轎車。其後置合金發動機是由考文垂頂點(Coventry Climax)系列賽車引擎改進而來的。在這臺引擎中,進氣與排氣氣門被安放在引擎體的同一側,因而無需採用交叉氣流汽缸蓋(crossflow cylinder head)的設計,同時有利於火星塞的工作。  不過單頂置凸輪軸也有其缺點。由於進氣門和排氣門在進氣道中位置不同,氣門開閉時間的精確性會受到一定影響。  在1980年代早期,豐田(Toyota)和大眾汽車(Volkswagen)也曾在單頂置凸輪軸的每缸兩氣門引擎中使用過直接驅動、平行氣門的結構以使體積進一步緊湊。豐田採用的是液壓挺杆,而大眾汽車採用的是桶狀挺杆,同時還配備了氣門間隙調節墊片以精確控制氣門開閉時間。在單頂置凸輪軸引擎的所有氣門排列形式中,這種設計可能是最為緊湊和簡單的。

  雙頂置凸輪軸(dual overhead camshaft, DOHC,又稱double overhead cam, dual overhead cam),或簡稱“雙凸輪軸”(twin cam)是一種在汽缸蓋內配備兩支凸輪軸的氣門排列形式,兩支凸輪軸分別控制進氣門和排氣門。根據引擎構造的不同(主要是汽缸排列形式的不同),一臺一般的雙頂置凸輪軸汽車引擎,最多可擁有兩支到四支不等的凸輪軸。  雙頂置凸輪軸結構的引擎並不一定有兩個以上的進氣門和排氣門,但是如果多氣門引擎的氣門需要被直接驅動(雖然一般都通過挺杆驅動),那麼雙頂置凸輪軸是不可缺少的。然而,並非所有的雙頂置凸輪軸都是多氣門的設計,在多氣門技術普及之前,兩氣門引擎上也經常配備兩支凸輪軸。不過在當今,幾乎所有的雙頂置凸輪軸引擎中,每個汽缸都有三個到五個氣門,因此雙頂置凸輪軸已經與多氣門技術劃上了等號。

  最早一批採用雙頂置凸輪軸設計的發動機分別是由飛雅特(Fiat,於1912年)、標緻(Peugeot)大獎賽(於1913年)、阿爾法·羅密歐(Alfa Romeo)大獎賽(於1914年)設計製造的。其中後兩者還採用了每缸四氣門的設計。在後來的阿爾法·羅密歐6C(1925年)、瑪莎拉蒂蒂波26(Maserati Tipo 26,1926年)、布加迪51型(Bugatti Type 51,1931年)以及早期的奧迪(Audi)等車上也採用了這一技術。此外,早期採用每缸兩氣門技術的法拉利(Ferrari)大多使用了雙頂置凸輪軸。  當雙頂置凸輪軸技術被最初引入主流汽車市場時,汽車製造商對這一技術進行了大量的推廣。在1960年代中期,正當這一技術還僅限於少數限量生產的汽車和運動車上時,飛雅特集團果斷地在其包括轎跑車、轎車、敞蓬車和旅行車在內的產品線上全面使用了皮帶驅動的雙頂置凸輪軸技術,從而成為了第一家全面應用這一技術的公司。
頂置凸輪軸(英文:Overhead camshaft,簡稱OHC)是一種現今流行的汽車發動機氣門機構。在這種結構中,凸輪軸被放置在汽缸蓋內,燃燒室之上,直接驅動搖臂、氣門,不必通過較長的推杆。與氣門數相同的推杆式發動機(即頂置氣門結構)相比,頂置凸輪軸結構中需要往復運動的部件要少得多,因此大大簡化了配氣結構,顯著減輕了發動機重量,同時也提高了傳動效率、降低了工作噪音。儘管頂置凸輪軸使發動機的結構更加複雜,但是它帶來的更出色的引擎綜合表現(特別是平順性的顯著提高)以及更緊湊的發動機結構,使發動機製造商很快在產品中將廣泛應用這一設計。頂置凸輪軸與頂置氣門結構的驅動方式並不一定不同。動力可以通過正時皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。