In un motore a testa piatta o a valvole laterali, le parti meccaniche del treno valvole sono tutte contenute all’interno del blocco, e può essere usata una “testa a catappa” che è essenzialmente una semplice piastra metallica imbullonata alla parte superiore del blocco.
Mantenere tutte le parti in movimento all’interno del blocco ha un vantaggio per i motori fisicamente grandi in quanto l’ingranaggio dell’albero a camme è piccolo e quindi soffre meno degli effetti dell’espansione termica nel blocco cilindri. Con un azionamento a catena per un albero a camme in testa, la lunghezza extra della catena necessaria per un design a camme in testa potrebbe dare problemi di usura e slop nella catena senza una manutenzione frequente.
I primi motori a valvole laterali erano in uso in un periodo di semplice chimica del carburante, bassi valori di ottano e quindi richiedevano bassi rapporti di compressione. Questo rendeva il loro design della camera di combustione meno critico e c’era meno bisogno di progettare attentamente le loro porte e il flusso d’aria.
Una difficoltà sperimentata in questo periodo era che il basso rapporto di compressione implicava anche un basso rapporto di espansione durante la corsa di potenza. I gas di scarico erano quindi ancora caldi, più caldi di un motore contemporaneo, e questo portava a frequenti problemi con le valvole di scarico bruciate.
Un importante miglioramento al motore a valvole laterali fu l’avvento del disegno della testa turbolenta di Ricardo. Questo ridusse lo spazio all’interno della camera di combustione e delle porte, ma attraverso un’attenta riflessione sui percorsi del flusso d’aria al loro interno, permise un flusso più efficiente dentro e fuori la camera. La cosa più importante è che utilizzava la turbolenza all’interno della camera per mescolare accuratamente la miscela di aria e carburante. Questo, di per sé, permetteva l’uso di rapporti di compressione più alti e un funzionamento più efficiente del motore.
Il limite delle prestazioni delle valvole laterali non è il flusso di gas attraverso le valvole, ma piuttosto la forma della camera di combustione. Con i motori ad alta velocità e ad alta compressione, la difficoltà limitante diventa quella di ottenere una combustione completa ed efficiente, evitando anche i problemi di pre-detonazione indesiderata. La forma di una camera di combustione a valvole laterali, essendo inevitabilmente più larga del cilindro per raggiungere le porte delle valvole, entra in conflitto con il raggiungimento sia di una forma ideale per la combustione che del piccolo volume (e bassa altezza) necessario per l’alta compressione. I motori moderni ed efficienti tendono quindi verso i design pent roof o hemi, dove le valvole sono portate vicino al centro dello spazio.
Dove la qualità del carburante è bassa e il numero di ottani è scarso, i rapporti di compressione saranno limitati. In questi casi, il motore a valvole laterali ha ancora molto da offrire. In particolare nel caso del motore IOE sviluppato per un mercato con combustibili poveri, motori come la serie B della Rolls-Royce o il Land-Rover usano una disposizione complicata di valvole inclinate, una linea della testa del cilindro ad angolo rispetto all’alesaggio e pistoni angolati corrispondenti per fornire una camera di combustione compatta che si avvicina all’ideale quasi emisferico. Tali motori sono rimasti in produzione fino agli anni ’90, venendo infine sostituiti solo quando i carburanti disponibili “sul campo” sono diventati più probabili diesel che benzina.