Головки цилиндров выполняют в виде единой отливки для одного ряда цилиндров или индивидуально для каждого цилиндра.

Индивидуальные головки позволяют минимизировать их терми­ческие деформации, что позволяет повысить эксплуатационную на­дежность газового стыка, облегчить монтажно-демонтажные рабо­ты при производстве, ремонте и эксплуатации двигателя. Головки данного типа обычно используют в двигателях, форсированных наддувом.

Ввиду высоких газовых и термических нагрузок для обеспечения необходимой жесткости головки ее нижнюю опорную стенку со стороны привалочной плоскости делают достаточно массивной. При этом снижается вероятность коробления седел клапанов и по­вышается надежность газового стыка. Опорная стенка в головках из алюминиевого сплава имеет приблизительно в 1,5 раза большую толщину, чем в чугунных.

В головки из алюминиевого сплава двигателей с искровым зажиганием свечи ввертывают в бронзовые втулки бобышек, кото­рые со всех сторон омываются охлаждающей жидкостью.

В дизелях с разделенными камерами сгорания вихревые камеры и предкамеры располагают в головке и выполняют составными. Верхняя часть вихревой камеры располагается в теле головки, а ни­жняя изготовляется из жаростойкой стали и монтируется с внутрен­ней стороны головки заподлицо с привалочной ее плоскостью. Предкамеры устанавливают в специальную полость головки с на­ружной ее стороны.

При жидкостном охлаждении для снижения тепловой нагруженности головки в ней создают системы каналов и полостей для циркуляции охлаждающей жидкости. В дизелях жидкость поступает в головку из блока цилиндров к наиболее ее нагретым зонам к форсунке/свече, к седлу и приливам направляющей втулки выпуск­ного клапана, к перемычкам между клапанами, к выпускным пат­рубкам, к вихревой камере или предкамере. В ДсИЗ охлаждающая жидкость в головку подается насосом непосредственно из ради­атора. Для интенсификации охлаждения наиболее термонагруженных зон организуют направленное движение жидкости с помощью специальных запрессованных распределительных трубок, направля­ющих ребер и т. п.

Головка цилиндров является одним из наиболее нагруженных элементов двигателя. Она нагружается усилиями от предваритель­ной затяжки, воспринимает и передает на анкерные связи усилия от давления газов. Характерной особенностью условий работы головки цилиндров являются высокие термические напряжения, по величине значительно превышающие механические. Это является следствием высоких температур и больших их градиентов между отдельными элементами ее конструкции. При неудачно организо­ванном охлаждении в перемычках между клапанами могут образо­вываться трещины вплоть до появления прогаров. При больших термических деформациях головки может наблюдаться разгермети­зация клапанов и газового стыка.