Während die Entwicklung rund um Kurbelwelle, Pleuel und Kolben in erster Linie von den verfügbaren Materialien abhing, spielte sich die eigentliche Evolution der Motoren im wahrsten Sinne des Wortes im Kopf ab.

Der Zylinderkopf als Ort der Verbrennung veränderte sich im Lauf der Jahrzehnte dramatisch. Die ersten Ottomotoren sogen ihr Gemisch noch durch automatische Schnüffelventile (Abbildung links), die sich erst durch den Unterdruck im Zylinder öffneten und sich durch Federdruck wieder schlossen. Die Nockenwelle steuerte lediglich das Auslassventil. Schon bald erkannten die Konstrukteure, dass ein gesteuertes Einlassventil höhere Leistung erbrachte.
Nun wurden beide Ventile von einer oder zwei untenliegenden Nockenwellen gesteuert. Hauptaugenmerk lag zu diesem Zeitpunkt auf dem Problem, dass die äußerst anfälligen Ventile möglichst leicht auszutauschen und von Ablagerungen zu befreien sein sollten. Das funktionierte am besten mit seitlich neben dem Zylinder stehenden Ventilen (sv - side valves).
Der nächste Entwicklungsschritt war die so genannte Wechselsteuerung, bei der das gut gekühlte Einlassventil hängend im Zylinderkopf angeordnet war, um das Einströmen des Gemischs zu erleichtern. Das thermisch hoch belastete Auslassventil stand weiterhin neben dem Zylinder (ioe - inlet over exhaust).

Suche nach der Halbkugel

In den zwanziger Jahren setzten zwei Erkenntnisse neue Maßstäbe in der Entwicklung. Erstens: Je kleiner die Oberfläche des Brennraums im Verhältnis zu seinem Volumen ist, desto effektiver arbeitet der Motor. Zweitens: Die Literleistung, also die spezifische Leistung im Verhältnis zum Hubraum, steigt, wenn frisches Gemisch und Abgas möglichst ungehindert ein- und ausströmen können. Folglich strebten die Konstrukteure von nun an nach kugel- oder zumindest halbkugelförmigen Brennräumen und strömungsgünstigen Ein- und Auslasskanälen.

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