Μεταξύ των εξαρτημάτων του κινητήρα εσωτερικής καύσης, μερικά πρέπει να βρίσκονται ή να συνδέονται με το άνω μέρος των κυλίνδρων. Τέτοιες συνιστώσες είναι κυρίως οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής και οι μπουζί. Μια τυπική κεφαλή κυλίνδρου είναι ένα μπλοκ μετάλλου που κάθεται επάνω στους κυλίνδρους, με βαλβίδες και μπουζί για κάθε κύλινδρο ενσωματωμένο και σφραγισμένο πάνω στο κύριο σώμα του κινητήρα που περιέχει τους κυλίνδρους. Με αυτό τον τρόπο, η κυλινδροκεφαλή περιέχει τα κορυφαία τμήματα των κυλίνδρων. Οι αγωγοί ψυκτικού μέσου περιέχονται επίσης στην κεφαλή του κυλίνδρου σε υδρόψυκτους κινητήρες.

Κεφαλές κυλίνδρων επίπεδου κινητήρα

Αυτός ο σχεδιασμός κεφαλής κινητήρα έγινε κοινός στους πρώτους κινητήρες λόγω της απλότητας του. Περιέχει τις βαλβίδες οι οποίες είναι κατασκευασμένες από τις πλευρές των κυλίνδρων και όχι από το επάνω τμήμα, ενώ το κατώτερο τμήμα της κεφαλής περιέχει θαλάμους για να φτάσουν οι βαλβίδες ώστε να επιτρέπουν την εισαγωγή και την εξάτμιση. Η κεφαλή ήταν ουσιαστικά μια ενιαία πλάκα από μέταλλο χωρίς μηχανικά μέρη, γεγονός που καθιστούσε εύκολη την κατασκευή και τη συναρμολόγησή της. Αυτός ο σχεδιασμός προσέφερε επίσης απλούστερους και καλύτερους μηχανισμούς ψύξης, αλλά τελικά έχασε τη δημοτικότητα λόγω των αυστηρών περιορισμών της απόδοσης καθώς η ροή αέρα απαιτούσε στροφή 90 μοιρών για να εισέλθει στο θάλαμο καύσης με αποτέλεσμα την ανεπαρκή συμπίεση και την κακή καύση. Ομοίως, ένα άλλο μειονέκτημα είναι η περίπλοκη διαδρομή εξάτμισης, που οδηγεί σε υπερθέρμανση του κινητήρα διατηρώντας τα καυσαέρια μέσα του για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Κεφαλές κυλίνδρων κινητήρα ανώτερων βαλβίδων (OHV) που βρίσκονται σε κινητήρες με κυλινδρικά μπλοκ που περιέχουν τον εκκεντροφόρο άξονα. Η κεφαλή διαθέτει μηχανισμούς εισαγωγής και σπινθήρα καθώς και τις βαλβίδες, οι οποίες ενεργοποιούνται για την εισαγωγή και την εξαγωγή με τη χρήση μηχανικών ωθητών. Αυτός ο σχεδιασμός συμβάλλει στην κάλυψη μερικών από τους περιορισμούς του σχεδιασμού επίπεδων κεφαλών, με αποτέλεσμα την καλύτερη απόδοση, διατηρώντας παράλληλα τον κινητήρα συμπαγές. Η πολυπλοκότητα του συστήματος χρονισμού μετάδοσης κίνησης είναι επίσης αρκετά χαμηλή λόγω του ότι ο εκκεντροφόρος άξονας βρίσκεται κοντά στον στροφαλοφόρο άξονα, ένα μικρό αλυσοπρίονο ή πιο αποτελεσματικό, έναν άμεσο μηχανισμό με γρανάζια που τα συνδέει.

Κεφαλές κινητήρα εκκεντροφόρου (OHC)

Όπως παρουσιάζεται στη σύγκριση κινητήρα Datsuns, αυτά τα κεφάλια - όπως υποδηλώνει το όνομα - διαθέτουν ενσωματωμένο εκκεντροφόρο άξονα και επομένως είναι πιο πολύπλοκα από τους τύπους που συζητήθηκαν προηγουμένως. Εντούτοις, αυτό εξαλείφει τη χρήση βιδών ώθησης για την ενεργοποίηση των βαλβίδων καθώς ο εκκεντροφόρος άξονας βρίσκεται ακριβώς επάνω από τις βαλβίδες και μπορεί να ενεργοποιηθεί άμεσα. Αυτά τα κεφάλια κυκλοφορούν σε δύο εκδόσεις: μία για μοτέρ με εκκεντροφόρο (SOHC), με έναν εκκεντροφόρο ενσωματωμένο στο κεφάλι και έναν κινητήρα εκκεντροφόρου διπλής κατεύθυνσης (DOHC) με δύο εκκεντροφόρους στο κεφάλι. Στην τελευταία έκδοση, ένας από τους εκκεντροφόρους είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο των βαλβίδων εισαγωγής, ενώ ο άλλος λειτουργεί τις βαλβίδες εξαγωγής. Οι κεφαλές OHC διαθέτουν επίσης πολλαπλές βαλβίδες ανά κύλινδρο και οι σύγχρονες κεφαλές κινητήρων OHC διαθέτουν ενσωματωμένα συστήματα μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων για βελτιωμένη απόδοση