Ở động cơ nắp xi lanh phẳng (flathead engine), các bộ phận của cơ cấu phân phối khí đều được chứa trong thân động cơ và có thể sử dụng 'nắp lồi', về cơ bản là một tấm kim loại đơn giản được bắt vít vào nắp xi lanh.

Do cơ cấu xupap hông giữ tất cả các bộ phận chuyển động trong thân động cơ, nó có ưu điểm bánh răng dẫn động trục cam nhỏ và do đó ít chịu tác động của sự giãn nở nhiệt trong khối xi lanh, giúp phù hợp cho những động cơ kích thước lớn. Nếu sử dụng bộ truyền động xích để dẫn động trục cam ở cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh, chiều dài xích tăng thêm có thể gây ra sự cố do mòn và trượt xích nếu không được bảo dưỡng thường xuyên.

Động cơ nắp phẳng trước đây được sử dụng khi tính chất nhiên liệu đơn giản, chỉ số octan còn thấp và do đó yêu cầu tỷ số nén thấp. Điều này làm cho thiết kế buồng đốt của xi lanh động cơ ít quan trọng hơn và không cần thiết kế các cửa (nạp/xả) và luồng hòa khí quá chi tiết. Một khó khăn gặp phải vào thời điểm này là tỷ số nén thấp cũng có nghĩa là tỷ lệ giãn nở thấp trong hành trình công suất của piston. Khí thải do đó có nhiệt độ rất cao (cao hơn so với động cơ hiện đại); điều này dẫn đến sự cố van xả thường xuyên bị cháy.

Một cải tiến lớn đối với động cơ nắp phẳng là sự ra đời của thiết kế đầu 'nắp xi lanh dòng xoáy' (turbulent head) phát minh bởi Harry Ricardo. Điều này làm giảm không gian bên trong buồng đốt và các cửa nạp–xả, nhưng các đường dẫn luồng khí cháy bên trong nắp xi lanh được tính toán chi tiết hơn, thiết kế này cho phép dòng ra–vào buồng đốt hiệu quả hơn. Quan trọng nhất, nó đã sử dụng dòng chảy rối của luồng khí cháy trong khoang nắp máy để hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Điều này tự nó cho phép tỷ số nén cao hơn và động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Giới hạn về hiệu suất của động cơ xupap hông không phải là lưu lượng dòng khí đi qua các xupap, mà là hình dạng của buồng đốt. Với động cơ tốc độ cao và tỷ số nén cao, việc này dẫn đến quá trình đốt cháy diễn ra không hoàn toàn và có hiệu quả thấp. Hình dạng của một buồng đốt của cơ cấu xupap hông vốn có chiều ngang rộng hơn đường kính xi lanh để đến vị trí nắp xupap. Buồng đốt của động cơ xupap hông không thuận lợi, dễ gây ra hiện tượng kích nổ.[9] Điều này trái ngược với kích thước lý tưởng cho quá trình đốt và tỷ số nén cao là thể tích nhỏ và chiều cao thấp. Do đó, ở các động cơ hiện đại và hiệu suất cao, các xupap được thiết kế gần vào trung tâm của buồng đốt. Ngoài ra, diện tích thoát nhiệt của buồng đốt ở động cơ xupap đặt lớn, làm giảm hệ số nạp đầy của động cơ.[9]