사람이 입으로 음식을 먹고 뒤로 배출하듯이 엔진에게도 연료를 흡입하기 위한 흡기구멍이 있어야하고 가스가 배출되는 배출구멍이 있어야한다.그러나 구멍만 뚫려있으면 피스톤이 압축할 때 배기와 흡기로 혼합기가 새나가기 때문에 압축할 수가 없게된다.어떻게해서 폭발한다해도 폭발력은 피스톤을 밀어내리기 보다는 흡기구와 배기구로 폭발력은 모두새버린다.
흡기구와 배기구가 흡기시와 배기시에만 따로따로 열리고 닫힐 수 있도록 밸브를 설치하여 적절히 제어한다면 엔진은 큰힘을 얻을 수가 있을것이다. 흡기밸브와 배기밸브를 제어하는 것은 캠축이다. 초창기타의 엔진은 캠축이 실린더블록에 설치되어있고 푸시로드로 밸브를 제어하였다.이방법은 엔진이 복잡하고 소음이 많이 발생하여 개선이 필요하게 되었다. 그래서 캠축을 실린더헤드 위(over head camshaft)에 설치하여 캠축이 직접밸브를 제어하여 소음을 줄이고 구조도 단순해졌다. 캠축이 실린더 해드에 설치되는 구조를 SOHC형식 이라한다. SOHC는 시동시와 주행시 DOHC에 비하여 소음이 적고 고장 빈도도 적고 유지비용도 적게들고 정비비도 적게든다.. 크랭크축과 캠축과의 연결은 타이밍벨트로연결한다. 타이밍 벨트는 보통7~8만KM 에서 교환하여야 하지만 교환하지 않고 주행하다 벨트가 절단이 되어도 엔진에는 별이상이 없다.(디젤엔진과 일부DOHC엔진에는 밸브의 손상이 있다.)
2.DOHC 엔진(Double over head camshaft)
사람의 코구멍은 2개다. 그러나 1000m달리기를 하게되면 처음에는 입을 다물고 이빨을 아득물고 달리지만 몇m만 달리면 입을벌리게된다.이유는 필요한 공기를 코구멍으로는 한계가 있기 때문에 입을 벌리고 더많은 공기를 들이 마시려고 하기 때문이다.
엔진도 마찬가지여서 고속으로 달릴 때 산소를 더많이 필요하게 된다. 그러나 SOHC엔진은 고속이든 저속이든 1개의 구멍으로 공기를 흡입한다. 따라서 고속에서는 공기가 부족하기 때문에 흡기구멍을 배기보다 크게 확장하였다. (실제로 흡기밸브가 배기밸브보다 크다.) 그러나 무조건 크게 한다고 많은 공기를 흡입할 수는 없어서 흡입구멍을 하나더 만들었다. 두개의 흡입구멍은 흡입에는 큰도움이 되었지만 이번에는 충분한 흡입만큼 배기가 원할하지 못하여서 아예 사이좋게 흡입구2개 배기구2개씩 구멍을 뚫었다.
그래서 실린더 1개에 4개씩, 실린더가 4개니까 16개의 밸브를 1개의 캠축이 제어하기는 불가능하였다.그래서 자연스럽게 캠축을 1개더 장착하여 캠축을 2개(double)를 만들었다. SOHC는 실린더의 공기충진효율은 85%정도이다.그러나 DOHC엔진은 흡입이 원할하여 충진효율이 95%정도로 10%정도 충진효율이 증가하고 출력은 15%정도 증가하였다. 그러나 공기가 많이들어간 만큼 연료소비도 10%정도 증가한다. 우리가 원하는만큼 출력은 증가 하였지만 연료소비가 증가하였고 많은 벨브가 작동하기 때문에 소음이크다.구조가 복잡한만큼 정비도 복잡하고 정비비도 많이든다. 만약에 타이밍벨트가 끈어지면 벨브와 피스톤까지 망가지므로 정비비가 제법 많이든다(최근에는 벨트가 끈어져도 엔진에는 지장이없는 엔진이 등장했다.) 그렇다면 16밸브는 무조건 DOHC인가 요즘은 SOHC엔진에 16밸브를 장착한 차량이 있다