vignette|Mécanisme de commande de soupapes en tête par tiges et culbuteurs. Les moteurs à soupapes en tête ( ou OHV) sont des moteurs à quatre temps et soupapes commandées. Celles-ci, contrairement à celles des moteurs à soupapes latérales ( ou SV), sont situées dans la culasse au-dessus des cylindres. La disposition en tête permet d'avoir un meilleur rendement, une meilleure circulation des gaz et un meilleur taux de compression que ceux des moteurs à soupapes latérales. Les moteurs à soupapes en tête existent en toutes sortes d'architectures (en V, en ligne), ainsi qu'à allumage commandé ou de type Diesel. Ils sont les plus répandus dans l'industrie automobile depuis plusieurs décennies, et sont également utilisés dans l'aviation et divers autres secteurs.
Il en existe deux grandes variantesDepuis la généralisation des arbres à cames en tête, la littérature spécialisée de langue anglaise tend à les désigner comme "ohc" (pour "overhead cam"), et à restreindre l'usage du terme "ohv" aux seuls moteurs culbutés. Dans cet article en langue française, il a été choisi de s'en tenir à l'interprétation littérale de l'expression "à soupapes en tête" qui conduit à considérer que les moteurs culbutés comme ceux à arbre à cames en tête sont "à soupapes en tête". Pour alléger le texte mais éviter toute confusion, seules les abréviations françaises ACT, SACT (simple arbre à cames en tête), DACT (double arbre à cames en tête) sont utilisées, et aucune abréviation n'est utilisée pour désigner les moteurs culbutés. : les moteurs culbutés, historiquement les plus anciens, qui ont leur arbre à cames en bas du moteur, et ceux à arbre à cames en tête (ACT ou, en anglais, OHC).
Historique vignette|upright|Prototype du moteur diesel de 1894 à soupapes en tête. Les premiers moteurs à combustion interne étaient basés sur des moteurs à vapeur et utilisaient des soupapes glissantes.. Ce fut le cas pour le premier moteur Otto qui fonctionna avec succès pour la première fois en 1876.
À partir de 1885 et du Daimler Reitwagen, les moteurs à soupapes deviennent de plus en plus courants. Apparaissent ainsi :
les moteurs semi-culbutés (ou ) : leurs soupapes d'admission, situées dans la culasse et actionnées par l'aspiration créée par le piston, étaient qualifiées d'« automatiques » ou « atmosphériques » ; leurs soupapes d'échappement, étaient elles entraînées par un arbre à cames situé dans le bas du bloc moteur. Cette configuration fut utilisée sur des voitures, des motos et des avions, notamment ainsi par les frères Wright entre 1904 et 1910 pour les premiers moteurs d'avions jamais réalisés; les moteurs à soupapes latérales (« sv » ou ) qui équiperont la plupart des véhicules automobiles terrestres jusqu'aux années 1950.
Les premiers moteurs dont toutes les soupapes sont en tête apparaissent à la fin des années 1890 : le prototype du moteur diesel de 1894 utilisait des soupapes en tête actionnées par un arbre à cames, des tiges de poussée et des culbuteurs, devenant ainsi l'un des premiers moteurs culbutés, et, en 1896, William F. Davisle dépose le brevet américain relatif à un moteur culbuté utilisant un liquide de refroidissement pour maintenir la culasse à la bonne température. Certaines sources suggèrent que quelques véhicules équipés de moteurs à soupapes en tête auraient été construits avant 1900, notamment en Italie et aux États-Unis, mais aucun moteur de ce type ne semble avoir été construit en série avant le début du .
Moteurs culbutés Les moteurs culbutés sont les premiers moteurs à soupapes en tête produits en série : Buick dépose en 1902 un brevet pour un moteur à soupapes en tête et lance en 1904 son premier moteur utilisant cette technologie. Ce bicylindre à plat aux cylindres opposés avec deux soupapes par cylindre équipe la Model B en 1904 puis la Model C à partir de 1905 : c'est un grand succès, avec vendus dès 1905.
L' utilisation de moteurs culbutés sur des automobiles, des motos ainsi que des avions se développe à partir des années 1910. Très répandus jusque dans les années 1950, ces moteurs sont ensuite progressivement supplantés par les moteurs à arbre à cames en tête. Certains constructeurs d'automobiles et de motos, ainsi que des spécialistes de l'aviation légère, continuent cependant de proposer des modèles à moteurs culbutés dans les années 2020.
Automobiles vignette|Coupe d'un moteur de VW Coccinelle (1945) : les culbuteurs sont visibles aux extrémités gauche et droite. En Europe, l'utilisation de moteurs culbutés commence dans les années 1910 sur des modèles de course ou sportifs, comme l'Alfa Roméo 20-30, puis se généralise à partir du milieu des années 1930 : plus économes que leurs prédécesseurs à soupapes latérales, ces moteurs équipent alors non seulement des berlines familiales ou puissantes, mais aussi des modèles populaires qui connaissent une très grande diffusion, comme la Volkswagen Coccinelle ou la Citroën 2CV. Certains constructeurs américains continuent de lancer de nouveaux modèles de moteurs culbutés durant les années 2010. Parmi les marques et modèles européens illustrant cette variété et longévité d'usage se trouvent notamment :
Austin : moteur BMC série-A, quatre cylindre en ligne monté de 1951 au début des années 2000 sur divers modèles, notamment Morris Minor et Mini Austin . La gamme de ce moteur va de / à / ; Citroën : la Traction Avant, fabriquée de 1934 à 1957, est dotée de moteurs en ligne de quatre et six cylindres ( à et 32 à ). Des variantes de ces moteurs équiperont les DS et certaines CX jusqu'à la fin des années 1970. La 2 CV, fabriquée à plus de d'exemplaires entre 1948 et 1970, est dotée d'un bicylindre à plat de 375 à ; Fiat équipe nombre de ses modèles de moteurs culbutés à quatre ou six cylindres en ligne du milieu des années 1930 , telles les Fiat 1500 (1935)et 1100 (1939), au milieu des années 1960, avec notamment la Fiat 1300. De très petits modèles, comme la Fiat 500 Nuova (1957), en sont également dotés; Ford (Europe) : le moteur V6 Cologne équipe plusieurs versions de Ford Capri, Taunus , Granada jusque dans les années 1970. La gamme de ce moteur va de / à / ; Renault : le moteur Billancourt à quatre cylindres en ligne de / équipe la 4CV, produite de 1947 à 1961. Des variantes de ce moteur équipent plusieurs autres modèles des années 1950 (Dauphine) au début des années 1970 (Renault 5). Volkswagen : la Coccinelle (1938-2003), voiture vendue à plus de d'exemplaires, est dotée d'un moteur bicylindre à plat de à délivrant 25 à . Ce moteur équipe également le Combi entre 1950 et 1990. Aux États-Unis, les moteurs à soupapes latérales restent plus longtemps dominants, même si Buick utilise des moteurs culbutés sans interruption depuis 1904. Les moteurs culbutés connaissent un développement rapide à partir des années 1950, d'abord pour équiper des modèles puissants, comme les « muscle cars », puis se conformer aux exigences réglementaires croissantes. Parmi les marques et modèles américains illustrant cette évolution se trouvent notamment : vignette|Schéma d'un moteur Buick culbuté huit cylindres en ligne (1915).
Buick, qui lance plusieurs générations de moteurs culbutés tout au long du : en ligne à six ou huit cylindres (1914-1953), puis V8 (1953-1981) ; Ford, qui remplace progressivement ses moteurs à soupapes latérales par des moteurs culbutés à partir des années 1950. Le moteur V8 « Y-block » apparait en 1954 et sera produit jusqu'en 1980. Le V8 Windsor (1961-2000) équipe notamment des Ford Fairlane, Falcon, Mustang ou encore F-Series et GT40. Ford utilise continûment des moteurs culbutés depuis et a même lancé un nouveau modèle V8 de de cylindrée en 2019 ; Chrysler, qui lance en 1951 son V8 Hemi , premier d'une famille qui connaitra plusieurs déclinaisons jusqu'au , notamment : Firepower de (1951-1958) et Elephant de (1964-1971). Les modèles les plus récents atteignent . Ces moteurs ont équipé de nombreux modèles, comme les Chrysler 300 (années 1950-1960), Dodge Charger (fin des années 1960), Dodge Ram (depuis 2003), ou encore Plymouth Barracuda (fin des années 1960). Le groupe japonais Toyota, devenu l'un des plus grands constructeurs mondiaux au , lance ses premiers modèles en 1935. Jusqu'au début des années 1960, toute la gamme Toyota est équipée de moteurs culbutés. Toyota continue ensuite de lancer de nouveaux modèles à moteur culbutés jusqu'au début des années 2000. Les moteurs « type T », notamment, sont des quatre cylindres en ligne qui équipent entre 1970 et 1985 des Carina, Celica, Corolla, Corona Et les « type B », moteurs Diesel à quatre cylindres en ligne, équipent depuis 1984 certaines versions de Land Cruiser, Dyna, Coaster
Motos Présents à partir des années 1910 sur des motos de course, les moteurs culbutés deviennent d'un usage général à partir des années 1930, supplantant progressivement les moteurs à soupapes latérales. Quelques marques, comme Harley-Davidson et Moto-Guzzi, proposent encore de tels moteurs en 2025. Parmi les marques et modèles utilisant ou ayant utilisé des moteurs culbutés, se trouvent notamment : BMW, pendant les années 1920-1930, lance simultanément des modèles à soupapes latérales (sv) et culbutés, notamment R52(sv)/R57(culbuté) et R62(sv)/R63(culbuté) en 1928, R11(sv)/R16(culbuté) en 1929, ou encore R12(sv)/R17(culbuté) en 1935, les modèles culbutés délivrant environ 50% de puissance de plus que leurs homologues à soupapes latérales;
Harley-Davidson, premier constructeur mondial dans les années 1920-1940, a continûment utilisé des moteurs V2 culbutés depuis le milieu des années 1930 : Knucklehead (1936-1947), Panhead (1948-1965), Shovelhead (1966-1981), Evolution (1984-2000), Blockhead (1985-1999), Twin Cam 88 (1999-2006), Twin Cam 96 (2007-2017), Milwaukee-Eight (M8) à partir de 2017 ; Honda, premier constructeur mondial de motos depuis les années 1970, a lancé dans les années 1950 de nombreux modèles culbutés, notamment le Super Cub, le Benly 90 J, ou encore le CT 200 ; Indian : le plus grand fabricant de motos au monde jusqu'à la Première Guerre mondiale équipe à partir de 1910 ses modèles de course de moteurs culbutés à quatre soupapes par cylindre, alors que ses modèles commerciaux seront encore pendant plusieurs années IOE ou à soupapes latérales ; Moto-Guzzi : le constructeur italien utilise continûment des moteurs culbutés depuis 1934 (modèle P238). En 2025, plusieurs des modèles de la marque sont dotés de moteurs V2 culbutés ; Triumph, l'un des plus importants constructeurs des années 1920 aux années 1960, introduit un premier modèle à moteur culbuté, le monocylindre sportif « type R », en 1921, puis de nombreux autres modèles culbutés monocylindres (Tiger 70/80/90, années 1930), bicylindres (Thunderbird 6T, années 1950; Bonneville T120, années 1960) et à trois cylindres (Trident T160 V) jusque dans les années 1970.
Avions L'industrie aéronautique connait une évolution très rapide pendant la Première Guerre mondiale. De nombreux modèles de moteurs culbutés sont alors mis au point, et ce type de moteur sera utilisé sur des avions jusqu'à la Seconde Guerre mondiale. Ils ont différentes configurations semblables à celles des automobiles (en ligne, en V, à plat), mais certains ont une disposition radiale, configuration qui ne fut utilisée, à de très rares exceptions près, qu'en aéronautique. Parmi les exemples illustrant la variété de ces moteurs culbutés se trouvent notamment :
les moteurs rotatifs Le Rhône : une gamme de moteurs radiaux rotatifs de 7 à développés entre 1910 et 1920. Le modèle 9J équipait notamment les Nieuport 11 et Nieuport 17 ; le moteur américain Curtiss OX 5, V8 produit à plus de à partir de 1915 ; les moteurs De Havilland Gipsy, en ligne ou en V, produits à partir des années 1920. Des moteurs de cette famille équipent notamment de Havilland DH.82 Tiger Moth ou encore le bimoteur de ligne De Havilland DH.89 Dragon Rapide dans les années 1930 ;