La soupape qui permet au mélange d’entrer dans le cylindre est la soupape d’admission ; celle par laquelle les gaz usés s’échappent est la soupape d’échappement. Elles sont conçues pour s’ouvrir et se fermer à des moments précis, afin de permettre au moteur de fonctionner efficacement à tous les régimes.
L’opération est contrôlée par des lobes en forme de poire, appelés cames, sur un arbre rotatif, l’arbre à cames, entraîné par une chaîne, une courroie ou un ensemble d’engrenages à partir du vilebrequin.
Là où l’arbre à cames est monté dans le bloc moteur, de petits poussoirs cylindriques en métal s’assoient dans des canaux au-dessus de chaque came, et à partir des poussoirs, des tiges poussoirs en métal s’étendent dans la culasse. Le haut de chaque poussoir rencontre un culbuteur qui s’appuie sur la tige d’une soupape, qui est maintenue en position haute (fermée) par un fort ressort enroulé le ressort de soupape.
Lorsque le poussoir monte sur la came, il fait pivoter le culbuteur, qui pousse la soupape vers le bas (ouverte) contre la pression de son ressort. Lorsque le lobe de la came tourne davantage, le ressort de la soupape agit pour fermer la soupape. C’est ce qu’on appelle un système à soupapes en tête (OHV).
Certains moteurs n’ont pas de poussoirs ; les soupapes sont actionnées plus directement par des arbres à cames simples ou doubles dans la culasse elle-même le système à came en tête.
Comme il y a moins de pièces mobiles entre l’arbre à cames et la soupape, la méthode à came en tête (OHC) est plus efficace et produit plus de puissance pour une capacité de moteur donnée qu’un moteur avec poussoirs, car elle peut fonctionner à des vitesses plus élevées. Avec l’un ou l’autre des systèmes, il doit y avoir un certain jeu dans l’engrenage de fonctionnement, de sorte que la soupape puisse encore se fermer complètement lorsque les pièces se sont dilatées sous l’effet de la chaleur.
Un jeu de poussoir préétabli est essentiel entre la tige de soupape et le culbuteur ou la came, pour permettre la dilatation. Le jeu des poussoirs varie considérablement d’une voiture à l’autre, et un réglage défectueux peut avoir des effets graves.
Si le jeu est trop important, les soupapes s’ouvrent tardivement et se ferment tôt, ce qui réduit la puissance et augmente le bruit du moteur.
Un jeu trop faible empêche les soupapes de se fermer correctement, ce qui entraîne une perte de compression.
Certains moteurs sont équipés de poussoirs à réglage automatique, actionnés hydrauliquement par la pression de l’huile moteur.