Характерная черта любого двигателя — число цилиндров и их расположение. Перед тем как разобраться в компоновках различных двигателей, мы должны определить три базовых параметра любого двигателя: диаметр цилиндра, ход поршня и рабочий объем. Диаметр цилиндра соответствует отверстию в блоке; ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Рабочий объем — это объем, который поршень освобождает при его полном ходе, таким образом, если диаметр цилиндра — D, а ход — S, рабочий объем будет л02/48, и для определения объема двигателя нужно умножить полученный результат на число цилиндров. Таким образом, двигатель определенного объема может иметь маленькое количество больших цилиндров, или большое маленьких.


В мире принято измерять диаметр и ход поршня в миллиметрах, а объем двигателя в кубических сантиметрах (см3) или литрах. В Северной Америке большинство жителей продолжают использовать дюймы и кубические дюймы; один литр примерно равен 61 кубическому дюйму.


Сегодня диаметр и ход поршня типичных двигателей легковых автомобилей примерно равны. Высокоэффективные двигатели, созданные для работы при высоких скоростях, могут иметь диаметр цилиндра больше, чем ход поршня. Инженеры называют такие двигатели «короткоходными», в отличие от «длинноходных», у которых ход поршня больше диаметра и которые больше соответствуют экономичным и «тяговитым» двигателям. Короткоходные двигатели оставляют больше пространства для размещения впускных и выпускных клапанов, что очень важно, как мы увидим позже, для получения высокой мощности. Длинноходные двигатели более компактны по длине, но имеют большую высоту, что сказывается на трудности размещения их под низким капотом. Наверное, будет полезно отметить, что если двигатель имеет диаметр и ход поршня примерно равный 86 мм, то его объем будет примерно равен 2 литрам (точнее 1998 см3) при четырех цилиндрах, 3 литра при шести цилиндрах и 4 литра при восьми.


Сегодня огромное большинство двигателей маленьких автомобилей имеет 4-цилиндровые рядные двигатели, в то время как большие автомобили в основном оборудованы шестицилиндровыми V-образными двигателями. Но некоторые маленькие автомобили имеют двигатели с двумя или тремя цилиндрами, некоторые среднеразмерные автомобили оборудованы 5-цилиндровыми двигателями, а автомобили высшего класса могут иметь V-образные 8- и 12-цилинд-ровые двигатели, в то время как встречаются также и 10-цилиндровые двигатели.


Почему существует так много компоновок? Есть две вещи, которые нужно всегда помнить. — необходимость равномерной работы и реальный размер цилиндров. Для равномерности работы чем больше цилиндров — тем лучше. Поскольку только один из четырех тактов в цикле рабочий, одноцилиндровый двигатель будет толкать коленчатый вал один раз за каждые два оборота.


Это не представляет проблемы для газонокосилок и не является большой проблемой для мотоциклов (хотя в настоящее время большинство мотоциклов имеет, как минимум, два цилиндра), но когда требуется больше мощности, как на автомобиле, где цилиндр имеет больший объем, неравномерность работы двигателя более заметна. Ответ прост — использовать больше цилиндров с распределенными рабочими тактами так, что поток мощности почти непрерывен. На самом деле он не может быть непрерывным, он всегда формируется серией импульсов, по одному на каждый рабочий ход. Чем больше цилиндров в двигателе, тем чаще импульсы, и при наличии 12 цилиндров достигается почти совершенная равномерность работы двигателя.


Пульсации мощности в двигателе можно уменьшить с помощью маховика, установленного на заднем конце коленчатого вала. Маховик накапливает энергию при вращении. В действительности он запасает часть энергии при рабочем ходе и отдает ее в трансмиссию в промежутках. Чем больше и тяжелее маховик, тем лучше он это делает. С другой стороны, конструктор двигателя стремится к тому, чтобы его двигатель, а следовательно, и маховик, был как можно более легким и компактным. Кроме того, массивный маховик мешает двигателю быстро набрать обороты (или сбросить их), когда водитель воздействует на акселератор. Помимо того, что двигатель становится более «вялым», это может также (как мы увидим позже) стать большим недостатком при переключении передач. Таким образом, мы пришли к первому из многих технических компромиссов, заключенных в конструкции любого двигателя (и любого автомобиля). Тяжелый маховик уравновешивает работу двигателя, но делает двигатель «вялым» и создает проблемы для конструкторов коробки передач. Если нужно подготовить двигатель обычного автомобиля к серьезным гонкам, то необходимо облегчать маховик, потому что хорошая приемистость и легкое переключение передач для гоночного автомобиля гораздо важнее, чем исключительно равномерная работа двигателя.


Итак, чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем большую массу должен иметь маховик, чтобы обеспечить соответствующую равномерность работы. В 2-цилиндровом двигателе (например, в таком, как старый Citroen модели 2CV), маховик выглядит огромным. В двигателе V-12 он может быть сделан таким маленьким, что становится почти незаметным, добавляя очень малую величину к размерам двигателя, в основном, его размер определяется диаметром сцепления или гидротрансформатора, которые необходимы для передачи крутящего момента от двигателя.