双顶置凸轮轴的工作原理是，其凸轮轴直接装在缸盖上，这种设计简化了往复运动，减少了往复运动的质量，非常适合用于高速发动机。然而，这种设计的正时传动机构较为复杂，且拆装缸盖时会有一定的困难。另外，顶置双凸轮轴的设计意味着进、排气门分别由一根轴进行控制。
气门的开闭是由顶柱推动的，这个顶柱的顶端要么紧贴摇臂，要么与凸轮直接接触。凸轮是固定在凸轮轴上的，而凸轮轴则通过正时皮带或链条与飞轮相连，从而确保与曲轴的同步转动。在凸轮的转动下，或者通过摇臂（在单凸轮轴设计中常用），或者直接顶压顶柱（在双凸轮轴设计中常用），气门得以开闭控制。
对于SOHC单顶置凸轮轴设计，所有气缸的气门凸轮都串联在一根轴上。这种设计的优点在于结构简单，非常适合小排量发动机。然而，其缺点也显而易见，即进气门与排气门的正时角是固定的，无法根据发动机的不同转速进行灵活调整。
相比之下，DOHC双顶置凸轮轴设计则将进气门和排气门的凸轮分别安装在两根独立的轴上。这种设计的复杂性相对较高，但提供了更大的灵活性，允许单独调整进气门与排气门的正时角，从而优化发动机在不同转速下的效率。大排量发动机以及多气门（至少每缸四气门，两进两排）发动机通常采用这种设计。此外，配备可变正时技术的发动机也几乎都是DOHC的，例如VVT-i和Vi-TEC等。对于小排量发动机或双气门（一进一排）发动机来说，SOHC设计则更为常见。
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