En el punto muerto superior (PMS) se abre una válvula de admisión y el pistón desciende en su carrera de admisión, llenando el cilindro con una mezcla de aire y combustible. En el punto muerto inferior (PMI), la válvula de admisión se cierra y el pistón asciende en su carrera de compresión. En el siguiente punto muerto superior, la mezcla comprimida se enciende, quemándose rápidamente, y la alta presión resultante de la combustión empuja el pistón hacia abajo en su carrera de expansión, proporcionando movimiento al cigüeñal a través de la biela. En el último punto muerto inferior, la válvula de escape se abre y el pistón sube en su carrera ascendente de escape, expulsa los gases quemados en la combustión por ella.
Esto da como resultado un motor funcional, que proporciona un elevado par motor a bajas revoluciones. Es el motivo por el que se utilizaba este diseño en los primeros motores de motos, aunque se sigue empleando algo muy cercano en motores de cortacésped y en los grandes bicilíndricos de Harley-Davidson. La curva de par de este tipo de motor sube hasta alcanzar un pico a bajas rpm, y luego disminuye en pendiente a medida que el motor sube de régimen. Finalmente, a pocas vueltas "resopla", se queda sin aliento, porque sus cortas aperturas de válvula, de cerca de 180 grados, se vuelven insuficientes para suministrar la mezcla fresca y liberar gases quemados en el tiempo que hay disponible a más altas revoluciones.
Los primeros preparadores empezaron a abrir la válvula de escape unos grados antes del punto muerto inferior, porque la presión del interior del cilindro iba a empezar a expulsar con rapidez los gases de escape. Además, así quitaban trabajo al pistón en su empuje de los gases para que salieran por la válvula de escape, lo que disminuía las pérdidas y aumentaba la potencia. Acabaron llegando a la conclusión que cuando el pistón alcanzaba el PMI en su carrera de admisión, la velocidad de los gases en el conducto de admisión debía ser todavía bastante alta, ¿no tendría sentido mantener la válvula de admisión abierta algo más allá del punto muerto para dejar que la inercia de los gases les hiciera seguir entrando en el cilindro y logrando llenarlo mejor a alto régimen? Lo probaron y funcionó muy bien, logrando más potencia a más revoluciones.
Esto sacrificaba algo la potencia abajo, porque como a bajas revoluciones la velocidad de los gases de admisión cuando entraban en el cilindro era menor, cuando el pistón empezaba a subir en su carrera de compresión, no solo se detenía el flujo de admisión, sino que parte de la mezcla que había ya entrado, volvía a salir. Se llegó a la conclusión que los motores de las motos deportivas iban a tener un par más reducido a bajas revoluciones. Otra línea de evolución siguió el razonamiento que la velocidad lineal del pistón alcanza su máximo a unos 79 grados antes de los puntos muertos. Por lo tanto, ¿no tendría más sentido abrir más la válvula de admisión en ese momento para aprovechar al máximo la acción de bombeo del pistón? Cuando los preparadores de las motos que corrían en Brooklands y en otros lugares lo probaron, comprobaron que funcionaba, y con gran efecto. Se lograba que el proceso de llenado del cilindro fuera más completo y aumentaba el par motor. En aquella época no se sabía cómo hacer que el movimiento de las válvulas siguiera con precisión el contorno de los lóbulos de las levas. Si las válvulas no lo hacían y flotaban, la única solución era poner muelles más duros, pero entonces la fricción entre el lóbulo de la leva y el taqué dañaba la superficie y se producían fallos. El siguiente razonamiento fue que si las válvulas no podían volver a cerrarse en el tiempo previsto porque el proceso era demasiado rápido, podía obtenerse un efecto similar dándolas más tiempo abiertas que los 180 grados habituales.
Y llegó uno de esos momentos en los que todo encaja. Ya se estaban empezando a abrir las válvulas de admisión antes del PMS, ¿qué tal si cerrábamos las de escape más tarde, después de ese PMS? El resultado era que durante un breve periodo de tiempo alrededor de ese punto muerto, al final de la carrera de escape, ambas válvulas estaban abiertas simultáneamente. Este período se denomina solapamiento de válvulas y, de alguna manera, alguien descubrió que cuando se utilizaba con un tubo de escape de una longitud determinada, se producía un aumento del par motor.
Funcionaban así: Cuando la válvula de escape comenzaba a abrirse, una onda de alta presión se liberaba, viajando por el tubo de escape. Cuando llegaba al final del tubo y se expandía, se creaba una nueva onda que recorría el tubo en sentido contrario, pero en esta ocasión era de presión negativa. Si esa onda llegaba al motor junto durante el solapamiento de las válvulas, podía entrar en la cámara de combustión por la válvula de escape, que todavía estaba parcialmente abierta, favoreciendo la salida de los gases de escape que todavía se encontraban en la parte superior del pistón. Esta onda de depresión, incluso podía entrar en el conducto de admisión y empujar hacia dentro los gases de admisión que se encontraban dentro, incluso antes de que el pistón hubiera empezado a bajar en su carrera de admisión. Finalmente, los tubos de escape de sección uniforme dieron paso a los megáfonos, con una sección final en forma de cono que comenzaba a crear la onda de presión negativa y aumentaba su tiempo de efecto durante el solapamiento de las válvulas, ampliando la banda de régimen en la que se lograba aumentar el par. Jugando con los efectos de todo esto, rápidamente los motores de carreras utilizaron tiempos de apertura de válvulas ridículamente largos. Desarrollaban su par a altas revoluciones, y el piloto tenía que jugar constantemente con la caja de cambios para mantenerlo en la banda de mejor par.
Desde entonces, hemos pasado de dos válvulas por cilindro a cuatro, que requieren menos tiempo total de apertura. Su gran ventaja es que las dos tienen un perímetro de cabeza de válvula total mucho mayor que una, lo que significa que dos en la admisión logran una mayor área de flujo y que entre más y más rápido el gas fresco. Dos válvulas de admisión más pequeñas tienen menos masa que una sola y pueden moverse más rápidamente porque están sujetas a menos inercia. La combinación de estos dos efectos permite que cuatro válvulas llenen y vacíen cilindros en menos tiempo y se pueda reducir el periodo en que están abiertas. Además, en lugar de elevar las válvulas hasta el 17 % del diámetro de la culata en 1914, o al 25 % en los años 30, los motores de carreras actuales logran elevarlas al 40 %. Esto y la corta duración del periodo de distribución permiten ahora llenar los cilindros sin los tiempos largos que matan el par a bajo y medio régimen.