很长一段时间里，两冲程发动机是摩托车的首选。但随着环保法规日益严苛，两冲程发动机已不再适合市场需求，逐渐退出历史的舞台，其独有的轻量化、高功率特点也只能留存在摩友的记忆里。经过技术革新，绝大部分新车型已装配四冲程发动机，虽不能在重量和功率上完胜两冲程发动机，但四冲程发动机拥有稳定性和可塑性等优点，更适合当今市场需要。
根据不同的动力需求，不同形式的四冲程汽油发动机被装配在各种摩托车上，发挥出独有的动力特性。但由于体积限制，两轮摩托车发动机的气缸数量还是无法比拟汽车发动机，但已经完全能满足摩托车的使用需求。
单缸发动机
单缸发动机最大特点是结构简单，零部件数量少，便于维修和维护。但由于单独部件重量较大，不适合用于长时间高转速运转。多配备在车身重量较低和不追求极限马力输出的车型上。单缸发动机从布局上可分为立式和卧式两种，但由于重力原因，卧式发动机下缸壁磨损较大，加上机油沉积问题，已经很少用在新车型上。单缸发动机从配气机构上多分为两气门和四气门，输出动力特性有所区别，还有比较少见的三气门和更多气门的配气方式就不做具体分析了。
代表车型：KTM 690 DUKE
并列双缸发动机
并列双缸发动机类似于两个单缸发动机并排放置，曲轴直接相连。根据曲轴相位角度不同，直列双缸发动机分为同步双缸和异步双缸两种：同步双缸声音较为绵密动听，动力特性更偏重于低速扭矩输出；异步双缸则在高转速表现更好，虽然没有同步双缸的声音好听，但高速性能要优于同步双缸。还有一种拥有270度相位曲轴的发动机，动力响应非常灵敏，而且在各种转速下都拥有强大的扭矩，动力特性与V型双缸极为相似。
代表车型：Honda CRF1000L
V型双缸发动机
V型双缸发动机与并列双缸发动机最大区别在于曲轴，V型双缸发动机曲轴更短，两个活塞连杆距离更近，运转时相比并列双缸发动机震动更低，在大排量车型中尤为明显，这也是超过公升排量发动机很少采用并列双缸的原因。V型发动机整体宽度并不像并列双缸那么宽，可以降低车身宽度，但占用纵向空间较大。还有一种V型双缸被横置安装，由于此类发动机曲轴方向与车身方向相同，多数选用了轴传动的驱动方式。
代表车型：哈雷ULTRA LIMITED
水平对置双缸发动机
水平对置双缸发动机扭矩输出较大，而且在很低转速就能输出很高的马力，因此常被安装在车身较重的摩托车上。两个气缸安装在曲轴的两侧，发动机纵向占用空间较小，且整体重心较低，但是随之而来的问题就是车身宽度急剧增加，致使摩托车通过能力被限制，而且在发生摔车时，发动机也很容易受到损伤。而且两个活塞均采用水平布置，对下缸壁磨损非常严重，这导致很多水平对置发动机轻微烧机油问题。
代表车型：BMW R 1200 GS
并列三缸发动机
并列三缸发动机在并列双缸发动机的基础上，各方面性能表现都得到提高，三个气缸循环工作，震动表现和马力输出都非常优秀，在同样排量的发动机中，并列三缸发动机各个转速下动力输出比双缸发动机都要更顺更强，而且扭矩的响应速度也完全超越双缸发动机几个层次，但由于三缸发动机对技术要求和加工工艺要求较高，目前只有极少数品牌厂家在摩托车上安装三缸发动机，而且小排量车型中从未出现过三缸车型。
代表车型：Yamaha MT-09
并列四缸发动机
并列四缸发动机是强调性能的摩托车使用最为广泛的发动机，由于气缸数量增加，每个零件重量非常小，在发动机高转速运转时对马力损失影响非常小，即使发动机以超高转速运转，也能输出强大的马力和扭矩，这是单缸、双缸发动机都无法做到的。四个气缸在发动机运转时交替做功、衔接密切，震动轻微。唯一弊端就是发动机宽度较大，发动机整体重量较沉，不是追求极限性能的摩托车，完全没有必要装配此类发动机。
代表车型：BMW S 1000 RR
V型四缸发动机
相比并列四缸发动机来说，V型四缸发动机宽度明显收窄，所以在同样空间内，选用V型四缸发动机可以把排量做得更大，从而得到更大的马力。选用V型四缸发动机的车型往往研发成本较大，同时制造成本也非常高，所以只有一些追求驾驭体验和极限性能的车型才会搭载此类发动机。另外，输出强大的马力必然消耗更多的燃油，而且V型四缸发动机的维护费用很高，致使搭载V型四缸发动机的车型使用成本也很高。
代表车型：DUCATI Panigale V4
直列六缸发动机
直列六缸发动机最大特点就是发动机动力输出非常顺滑，而且发动机震动做到了极致，总体表现完全超出了内燃机应有的层次，达到了近乎电动机的运转品质。不过带来的问题也是不少，六个气缸并排放置，致使发动机宽度非常夸张，只能安装在车身尺寸较大的车型上，而且发动机重量也很大，严重影响摩托车整车重量的控制。在声音方面，直列六缸发动机的排气声浪非常细腻柔滑，完全不像四缸发动机那样暴躁。
代表车型：BMW K 1600 B
水平对置六缸发动机
对置六缸发动机同样拥有顺滑的动力和震动的抑制，不过重心较低，多装配在旗舰型旅行摩托车上，如此硕大的发动机安装在摩托车上，但在发动机上方并不会占用太大空间，可以给其他摩托部件留出安装空间。但对置六缸发动机纵向尺寸较长，所以安装此类发动机的摩托车轴距也会很长。并且因为曲轴方向和车身方向相同，采用轴传动最为合适，因此行驶品质受到限制。而且在并列六缸发动机面前，对置六缸发动机震动还是相对较大。
代表车型：Honda GL1800C
当然，摩托车装配的发动机除此以外还有很多种，但是并没有得到普及，就不做过多介绍了。
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