Верхняя часть цилиндра, где происходит воспламенение и сгорание топлива, подвергается нагреву (tz = 2000… 2500 °С) и коррозирующему воздействию продуктов сгорания.

Цилиндры по конструкции можно подразделять на три основные группы:
а) цилиндры, изготовленные в виде отдельных деталей, которые крепятся к общему картеру (рис. 2, а);
б) цилиндры в виде одной общей отливки — блока цилиндров (рис. 2, б), который крепится к картеру;
в) цилиндры, отлитые как блок совместно с верхней частью картера, — блок-картер (рис. 2, в).

Цилиндры индивидуального изготовления крепятся к картеру при помощи несущих шпилек, которые ввертывают в тело картера и прижимают к нему цилиндр с головкой. Давление газов в этом случае через головку цилиндра передается на шпильки. Таким образом, шпильки воспринимают продольные усилия, а цилиндры нагружены давлением газов только в радиальных направлениях.

Такая конструкция цилиндров весьма технологична в изготовлении, проста в техническом обслуживании и ремонте, однако недостаточно жестка. Применяется на двигателях с воздушным охлаждением.

Цилиндры, изготовленные индивидуально или в виде блока, крепятся к картеру болтами. Такие цилиндры подвержены действию газов как в продольном, так и в радиальных направлениях. Блочная конструкция цилиндров обеспечивает достаточную жесткость и возможность применения жидкостного охлаждения.

Цилиндры, выполненные совместно с картером в виде блочной отливки, наиболее распространены. Они отличаются большой жесткостью и прочностью конструкции, хотя несколько сложны в изготовлении и ремонте. Двигатели с такой конструкцией цилиндров имеют жидкостное охлаждение и допускают применение вставных гильз. Продольная нагрузка от газов здесь воспринимается блоком рубашек охлаждения.

Поскольку цилиндры изнашиваются значительно быстрее, чем другие элементы блока, в большинстве современных двигателей цилиндры изготавливают в виде сменных гильз, вставляемых в соответствующие гнезда блока.

Гильзы цилиндров могут быть сухими (не соприкасаются с охлаждающей жидкостью) или мокрыми (наружные нерабочие поверхности таких гильз омываются охлаждающей жидкостью). На рисунке 3 представлены конструктивные схемы гильз цилиндров.

Двигатель, схема которого показана на рисунке, имеет блок-картер с водяной рубашкой и цилиндрами в виде специальных расточек. В верхней наиболее нагруженной части цилиндра сделана дополнительная расточка цилиндра под больший диаметр и запрессована короткая сухая гильза из антикоррозионного (кислотоупорного) чугуна. Такая конструкция цилиндров позволяет несколько увеличить срок службы двигателя и при необходимости заменить изношенные гильзы.

Однако чаще применяют двигатели с вставными мокрыми гильзами (рис. 3, б), которые в случае износа могут быть заменены без выбраковки всего блок-картера.

В последнее время все большее применение находят двигатели с комбинированными гильзами цилиндров (рис. 3, в). Мокрые гильзы имеют расточки в верхней части для запрессовки в них коротких сухих гильз из высокопрочного антикоррозионного чугуна. При изготовлении комбинированной гильзы расход высококачественного чугуна значительно снижается.

Вставные гильзы обычно изготовляют из высокопрочного чугуна, а для повышения твердости и износостойкости их рабочую поверхность подвергают закалке с нагревом токами высокой частоты.

Внутренняя тщательно обработанная рабочая поверхность называется зеркалом цилиндра. Она обрабатывается с большой точностью: ее овальность и конусность не должны превышать более 0,02 мм.

При установке мокрой гильзы в блок-картер добиваются, чтобы охлаждающая жидкость не попадала в поддон картера и в цилиндр и чтобы обеспечивалась возможность свободного изменения длины гильзы при ее нагревании и охлаждении.

Герметичность посадки гильзы по нижнему посадочному пояску в блок обеспечивается резиновыми уплотняющими кольцами в канавках гнезда или гильзы, по верхнему — за счет плотной посадки специально обработанного буртика и пояска гильзы. Иногда под буртик гильзы устанавливают медное уплотняющее кольцо.

Верхний торец гильзы несколько выступает над плоскостью блок-картера, что необходимо для надежной фиксации гильзы в гнезде и тщательного уплотнения цилиндра путем обжатия прокладки между головкой и блоком цилиндров.

Таким образом, гильза, зафиксированная в верхней части, может свободно удлиняться в сторону нижнего торца, не нарушая герметичности водяной рубашки и цилиндра.

Блок-картер вляется остовом двигателя. Он представляет собой литую, коробчатой формы деталь, на внешних поверхностях которой и внутри устанавливаются детали и узлы двигателя. Сверху к блок-картеру крепят головки цилиндров, снизу — поддон картера. Для надежного уплотнения рабочих полостей цилиндров и картера на плоскости разъема блок-картера с головками цилиндров и поддоном укладывают уплотнительные прокладки.

Материалом для изготовления блок-картеров являются серый чугун и алюминиевый сплав, обладающие хорошими литейными свойствами.

Головка цилиндров плотно закрывает цилиндры сверху, образуя камеры сгорания, в которых происходит воспламенение и интенсивное горение топлива. Форма камеры сгорания оказывает решающее влияние на использование теплоты при работе двигателя — быстроту и полноту сгорания топлива. Камера сгорания должна обеспечивать достаточное завихрение свежего заряда для получения легковоспламеняемой однородной рабочей смеси, быть компактной (иметь минимальное отношение поверхности стенок к объему), чтобы сократить потери теплоты через стенки к концу сжатия.

Головка цилиндров двигателя с расположением клапанов в блок-картере и с жидкостным охлаждением имеет камеры сгорания, двойные стенки для образования водяной рубашки охлаждения, отверстия для установки свечей зажигания и для крепления головки к блоку цилиндров.

В случае расположения клапанов в головке цилиндров последняя значительно усложняется. Такая головка, кроме камер сгорания, водяной рубашки, отверстий для свечей зажигания или форсунок, имеет также впускные и выпускные каналы с клапанами. На головке цилиндров монтируются детали привода клапанов.

Головки цилиндров отливают из чугуна или алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав легче чугуна и лучше отводит теплоту.

Уплотнительную прокладку между головкой цилиндров и блок-картером изготавливают из упругих, теплостойких материалов: асбеста, мягкой стали, меди, алюминия. На тракторных дизелях и карбюраторных двигателях применяют комбинированные асбостальные или медноасбестовые уплотнительные прокладки.