汽车发动机是复杂的机电一体化产物，为了实现由热能到机械能的转换，同时为了达到优异的性能指标，发动机包含有多个机构和系统。
尽管发动机生产厂家和年代不同有所差别。但就整体而言都是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、进排气系统、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、起动系统等组成。如果是汽油发动机还有点火系统，增压发动机还有增压系统。
1. 机体组
发动机机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩盖、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。
机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的安装机体。
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气缸盖用来密封气缸顶部，并与活塞和汽缸壁一起形成燃烧室。气缸盖和气缸体内的水道和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。
机体是气缸体与曲轴箱的连铸体是结构极为复杂的箱形零件在机体的前后壁和汽缸之间横隔板上铸有支撑曲轴的主轴承座或主轴承座孔以及满足润滑需要的纵、横油道。在水冷发动机气缸的外壁铸有冷却水套和布水室，以增强散热。
2. 曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功能是将活塞的往返运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞连杆组、曲轴飞轮组的零件组成。
活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。
连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来称作连杆，有时也称连杆体为连杆。连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。
曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。多缸直列式发动机曲轴的曲拐数与汽缸数相同。
3. 配气机构
配气机构的作用是按照发动机的工作顺序和工作循环要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新气（汽油机是汽油和空气的混合气体，柴油机是新鲜空气）进入气缸，废气排出气缸。配气机构有气门传动组和气门组两部分组成。
气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、正时链条/正时皮带、挺柱及其导杆，推杆、摇臂和摇臂轴等，其作用是使进、排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。
气门组包括气门、气门导管、气门弹簧（部分发动机有内、外气门弹簧）、气门油封、上下气门弹簧座、气门锁片等组成。气门组安装在气缸盖上，在凸轮轴、液压挺柱、摇臂的作用下开启和关闭。
4. 进排气系统
进气系统的功用是将新鲜气体或纯净的空气尽可能多的供入气缸内,并尽可能使各气缸进气量保持一致，为各缸热功转换提供物质基础。进气系统一般包括空气滤清器、进气管道、进气温度压力传感器、涡轮增压器（如装配）、节气门体等。
发动机排气系统主要功用是排除气缸内燃烧的废气。气缸内燃烧后的废气经过排气系统排出时具有一定的压力脉动，不仅会造成排气系统的震动同时还会产生排气噪声。因此为了降低排气噪音一般车用发动机都采用排气消声器。排气系统一般包括排气歧管、三元催化转换器、前后氧传感器、消声器和排气管道等。
5. 燃油供给系统
燃油供给系统功用是根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量的、清洁的、雾化良好的燃油。同时燃油供给系统还需要储存相当数量的燃油，保证汽车有足够的续航里程。
燃油供给系统主要由油箱、电动燃油泵、燃油分配管、燃油压力调节器和喷油器等组成。
油箱的功用是用来储存燃油，其数目、容量、形状及安装位置均随车型而异。一般汽车油箱容量可满足车辆续航500~800km。油箱一般是密闭的，采用钢板或塑料制成。上部有加油口和加油盖。油箱上装有燃油泵、燃油量传感器等。燃油泵的作用是将燃油从油箱里吸出，目前主要采用电动燃油泵。
6. 冷却系统
冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，又要在冬季防止发动机过冷。在发动机冷起动后，还要保证发动机快速升温，尽快达到正常的工作任务。目前汽车发动机绝大多数采用水冷式冷却系统。
汽车发动机水冷系统采用强制循环水冷，利用冷却液泵力高冷却液的压力，强制另冷却液在发动机中循环流动。
7. 润滑系统
润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。
8. 点火系统
汽油发动机汽缸内燃料与空气的混合气（可燃混合气），在压缩行程终了时采用高压电火花点火。为了在汽缸中定时地产生高压电火花，汽油发动机设置了专门的点火装置，称为发动机点火系统。
点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在汽缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。
9. 起动系统
通常把发动机曲轴在外力的作用下开始转动到发动机自动怠速运转的全过程称为发动机起动过程。
起动系统的作用就是在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能带动发动机以足够高的转速运转，以顺利起动发动机。
当发动机进入自行运转状态后，起动系统应立即与曲轴分离并停止工作，以防止发动机高速运转时起动机产生很大离心力致使损坏。
