A estrutura do motor deve ser suficientemente rígida para poder suportar as elevadas pressões a que estão sujeitos os mancais do virabrequim e as demais peças internas. É constituída basicamente por duas partes ligadas por meio de parafusos: a superior chamada de cabeçote do motor e a inferior chamada de bloco do motor, que contém o virabrequim. Tanto o cabeçote como o bloco podem ser de ferro fundido, embora também se utilize o alumínio na sua fabricação por ser mais leve e permitir uma melhor dissipação do calor.
Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas no cabeçote. No cabeçote do motor existe, para cada cilindro uma câmara de explosão, um coletor de admissão, um coletor de escapamento, uma válvula de escapamento, uma válvula de admissão e um orifício com rosca para o alojamento da vela.
O motor recebe a mistura gasosa através das válvulas de admissão e expele os gases resultantes da combustão através das válvulas de escapamento. O mecanismo de abertura e fechamento das válvulas situa-se normalmente na parte superior do cabeçote do motor.
No bloco do motor encontram-se os cilindros e os mancais do virabrequim, no qual estão ligadas as bielas que, por sua vez, estão ligadas aos pistões. O bloco do motor pode ainda alojar a árvore de comando o qual comanda o abrir e o fechar das válvulas.
Às vezes, a árvore de comando está alojada no cabeçote do motor. Tanto o cabeçote como o bloco do motor contém uma série de dutos denominados câmaras de água nos quais circula a água de arrefecimento.
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