气门弹簧设汁与凸轮设计一样，对发动机系统性能具有同等重要性。气门弹簧的功能包括防止气门在气压载荷下跳浮离开气门座，以及控制气门运动以避免配气机构分离。气门弹簧设计影响凸轮应力、配气机构摩擦和弹簧颤振。发动机的气门弹簧通常是两端封闭的开圈螺旋压缩弹簧。大多数发动机使用定刚度弹簧，虽然有些使用变刚度弹簧。对于转速较低的柴油机来讲，使用单弹簧设计通常足以满足要求，但有时也需要使用带一个阻尼弹簧或内簧的双弹簧设计，以减小气门弹簧颤振的严重程度。气门弹簧设计是个非常复杂的任务。它可以作为一个范例来说明发动机系统设计的原则，原因有二三。首先，分析式弹簧设计方法展示了在部件没计参数与系统设计参数之间的链接。第二，分析式弹簧设计方法展示了对于同一个设计问题，可以有两种不同的数学构造方法：一种是作为确定性的解来处理，另一种是作为优化问题来求解。在优化问题的数学构造上，目标函数和约束函数均以显式函数作为示例列出。需要注意的是，在发动机系统设计的其他领域（例如循环性能、凸轮设计、配气机构动力学）。用于优化构造的函数通常是更为复杂的隐式函数。第三，分析式弹簧设计方法给出了使用图形设计法来构造参变量扫值设计图的一个范例。这些典型的参数图可以川来处理在柴油机系统设计中经常遇到的多维设计问题。
在气门弹簧设计中，已知的输人数据包括以下内容：①最大气门升程；②给定的弹簧安装长度；③所需的弹簧预紧力；④所需的弹簧刚度。需要注意的是，弹簧的预紧力和刚度是发动机系统层面的设计参数，需要满足所允许的最大弹簧力和凸轮应力、排气门不跳浮、配气机构不飞脱等要求。气门弹簧设计凸轮设计之间存在着强烈的相互作用。如果在弹簧设计上很难找到解决方案，就必须修改这些输入数据。
在气门弹簧设计中，以下参数是计算输出数据：①基本或独立的弹簧设计参数（即弹簧平均直径、弹簧线圈钢丝直径、工作线圈数目）；②导出的设计参数（例如弹簧的自由长度、最大压缩长度、压实长度、线圈之间的自由间隙、在最大压缩时线圈之间的实体间隙、弹簧的固有频率和颤振阶数、最大弹簧载简、最大弹簧扭转成力）。基本的弹簧设计参数决定了弹簧的刚度。
一些输出参数受设计约束条件限制。例如，安装长度和弹簧平均直径受包装空间限制。在最大弹簧压缩量和在压实长度下的弹簧扭转应力受弹簧疲劳寿命、强度和最大允许应力极限限制。关于弹簧颤振保护的约束条件是通过控制实体间隙和弹簧固有频率实现的。弹簧颤振的阶数是指弹簧的固有频率与发动机的工作频率之比。为了保证弹簧不在运行中发生强烈颤振。气门弹簧的固有频率通常至少应当是发动机工作频率的13倍，即希望弹簧颤振的阶要高于13。弹簧固有频率分析表明，如果弹簧对于凸轮型线的主导谐波之一响应非常灵敏的话，颤振的趋势肯定是存在的。在这种情况下，就需要对凸轮或者弹簧的设计进行修改。有时可以使用变刚度或嵌套弹簧来改变弹簧的频率，以帮助减轻颤振问题。
弹簧设计是一个多维参数的没汁问题，可以通过一个图形化的方式来处理，以检查参数敏感度趋势。气门弹簧设计优化的目的是最大限度地增大弹簧的固有频率，以减少弹簧振动，同时满足以下限制条件：①发动机系统方面所要求的弹簧预紧力和气门弹簧刚度；②最大允许的弹簧应力；③适当的实体间隙以控制弹簧颤振。
