בראשית ימיה של המכונית צויידו כל המכוניות במערכת תזמון שהתבססה על גל זיזים תחתון בודד, יחיד, ודחיפים, שהיו מוטות פלדה דקים שעברו לכל גובהו של בלוק המנוע, והם אלו שהפעילו את השסתומים.
שסתומי הפליטה והיניקה שכנו לצד תא השריפה, בבלוק המנוע עצמו, ואילו המצת מוקם במרכז תא השריפה.
ראש המנוע היה פלטת ברזל שטוחה שבמרכזה היו חורי המצתים.
למרות המיקום המושלם של המצת, במרכז תא השריפה, מיקום השסתומים בצידי תא השריפה היה רחוק מלהיות מושלם, ועירבול התערובת היה גרוע למדי, כמו גם פינוי הגזים בתום פעולת העבודה.
בנוסף, בשל מבנה ראש המנוע, יחס הדחיסה היה נמוך מאד מה שגרם להספק מנוע נמוך עבור הנפח, דהיינו יכולת תרמודינאמית נמוכה מאד.
יתרונותיו העיקריים של מנוע במבנה זה היו שקט רב, בשל העובדה שכל מיכללי המנוע היו עטופים במתכת עבה, ומומנט גבוה בסל"ד נמוך יחסית.
אולם בתחילת שנות ה 50' זה כבר לא הספיק, ועם השיפור העקבי באיכות הדלק, מה שאיפשר העלאה משמעותית של יחס הדחיסה, נזכרו המהנדסים במנוע הדיזל הראשון שפיתח רודולף דיזל הגרמני.
מנוע זה היה מצוייד אף הוא בגל זיזים תחתון בודד ודחיפים שהעבירו את התנועה לשסתומים, אולם הוא צוייד בראש מנוע שהיה מתקדם בהרבה שבו השסתומים מוקמו בראש עצמו ולא לצידו.
וזה היה מחוייב המציאות, מאחר ומנוע דיזל פועל ביחס דחיסה גבוה מאד, מאחר ופעולת הדחיסה מחחמת את האוויר.
לכן בתחילת שנות ה 50' החלו להופיע מנועים בעלי שסתומים עיליים.
מערכת התזמון היתה זהה לזו של מנוע הראש השטוח, כשההבדל העיקרי היה במיקום השסתומים – בראש המנוע עצמו ולא לצידו, בבלוק המנוע.
מבנה זה איפשר העלאה משמעותית מאד של יחס הדחיסה, מה שהביא לשיפור ניכר בהספקי המנועים.
בסוף שנות ה 50' נעלמו אחרוני המנועים בעלי ראש שטוח, ואת מקומם תפסו מנועים בעלי שסתומים עיליים.
לעומת המנוע בעל הראש השטוח, במנועים אלו נדרש תכנון קפדני ומדוייק של ראש המנוע, כמו אטם ראש איכותי עשוי מאסבסט, אך מנגד ערבול התערובת היה טוב בהרבה ותא השריפה היה יעיל לעין שיעור, למרות שהמצת מוקם בצד תא השריפה ולא במרכזו.
גם מבנה זה לא היה מושלם, והיו לו לא מעט מגבלות – המנוע היה רועש בהרבה, הדחיפים צרכו אנרגיה שלא תורגמה לכוח, ובמנועים ספורטיביים היתה מגבלת סל"ד בשל יכולתם המוגבלת של הדחיפים.
למרות מגבלות מובנות אלו, המשיכו יצרנים לא מעטים לעשות בו שימוש עמוק לתוך שנות ה 2000 – פורד וסקודה עשו בו שימוש עד 2005, ואילו יצרנים אמריקאיים עשו בו שימוש ע לאחרונה ממש.
על מנת להתגבר על מגבלות אלו, פותח המנוע בעל גל הזיזים העליון, אולם על כך בפרק הבא.
