Основным элементом конструкции всех автомобильных двигателей является блок цилиндров, который обычно простирается вверх от центральной линии главной опоры коленчатого вала до места соединения с головкой блока цилиндров. Блок служит структурным каркасом двигателя и несет на себе монтажную площадку, с помощью которой двигатель поддерживается в шасси. Крупные стационарные двигатели и судовые двигатели строятся на фундаменте, или станине, и имеют верхний и нижний картеры, которые отделены от блоков цилиндров. Блок цилиндров автомобильного двигателя представляет собой отливку с соответствующими обработанными поверхностями и резьбовыми отверстиями для крепления головки блока цилиндров, коренных подшипников, масляного поддона и других узлов. Картер образован частью блока цилиндров, расположенной ниже отверстий цилиндров, и штампованным или литым металлическим масляным поддоном, который образует нижний корпус двигателя и служит также резервуаром для смазочного масла, или поддоном.
Цилиндры представляют собой отверстия круглого сечения, проходящие через верхнюю часть блока, с внутренними стенками, расточенными и отполированными для формирования гладких и точных опорных поверхностей. Цилиндры тяжелых двигателей обычно оснащаются съемными гильзами из металла, более износостойкого, чем тот, что используется при отливке блока.
В автомобилях распространены два варианта расположения цилиндров: вертикальное, или рядное (см. часть C на рисунке), и V-образное (см. часть D на рисунке). Рядный двигатель имеет один ряд цилиндров, расположенных вертикально вверх от картера и совмещенных с коренными подшипниками коленчатого вала. V-образный двигатель имеет два ряда цилиндров, обычно образующих угол 60° или 90° между двумя банками. Двигатели V-8 (восемь цилиндров) обычно имеют угол 90°. Некоторые небольшие шестицилиндровые авиационные двигатели имеют горизонтально расположенные цилиндры (см. выше «Двигатели с оппозитными поршнями»).
В проходе, просверленном в блоке по всей длине, находится распределительный вал, который приводит в действие клапаны. В большинстве автомобильных систем распредвалы располагаются по схеме верхнего расположения кулачков (OHC) или двойного расположения кулачков (DOHC). Между передним или задним торцом блока и крышкой образуется отсек для шестерни, цепи или ремня привода распределительного вала от коленчатого вала. Практически во всех современных двигателях используется зубчатый ремень для обеспечения точного и отзывчивого управления приводом клапанов. Корпус колокола формируется в задней части блока цилиндров для размещения маховика и крепления корпуса коробки передач. Водяные рубашки формируются вокруг цилиндров с соответствующими соединительными каналами для циркуляции охлаждающей жидкости.
На конструкцию блока цилиндров влияет расположение клапанов в четырехтактных двигателях и наличие отверстий в цилиндрах в двухтактных. У двигателя с верхним расположением клапанов, который в значительной степени заменил двигатель с Г-образной головкой, клапаны полностью расположены в головке блока цилиндров. Блок цилиндров двигателя с Г-образной головкой удлинен с одной стороны от отверстий цилиндров, а седла клапанов и каналы для впуска и выпуска, а также направляющие клапанов сформированы в этом удлинении блока. Головка блока цилиндров становится просто крышкой с водяной рубашкой, в которой предусмотрены резьбовые отверстия для свечей зажигания, а ее нижняя сторона профилирована таким образом, что над каждым отверстием цилиндра образуется камера сгорания нужного размера и формы. Форма пространства, образующего камеру сгорания, когда поршень находится на самом близком расстоянии от головки цилиндра, и объем, содержащийся в ней, по отношению к рабочему объему поршня, чрезвычайно важны с точки зрения их влияния на производительность. Головка блока цилиндров двигателя с клапанным механизмом более узкая и глубокая, в ней расположены седла клапанов, направляющие клапанов и клапанные отверстия.
