1.活塞的构造
（1）活塞的作用。活塞的作用是与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室，并承受气缸中气体压力，通过活塞销将作用力传给连杆，以推动曲轴旋转。
（2）工作条件和材料。活塞在高温、高速和高压的环境下工作，从而要承受很高的热负荷、惯性力和很高的气体压力。所以要求活塞应具有足够的刚度和强度；质量尽可能小；导热性好；要有足够的耐热性、耐磨性；温度变化时，尺寸和形状的变化要小。汽车发动机活塞广泛采用的是铝合金，有的柴油发动机活塞采用高级铸铁或耐热钢制造。
（3）活塞的结构。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分，如图3-3-14所示。
图3-3-14 活塞的基本结构
活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状取决于燃烧室的形式。汽油发动机活塞顶部多采用如图3-3-15所示的几种形式。
图3-3-15 汽油发动机活塞顶部形状
柴油发动机活塞顶部，如图3-3-16所示。
图3-3-16 柴油发动机活塞顶部形状
当气门升程比较大时，为了不使活塞和气门的运动出现干涉，在活塞顶平面上加工出了气门让坑，如图3-3-17所示。气门让坑不能过深，否则会影响混合气的运动，从而影响燃烧过程。
图3-3-17 带气门让坑的凹顶活塞
活塞头部是最下边一道活塞环槽以上的部分，主要用来安装活塞环，以实现对气缸的密封，同时将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
汽油发动机一般有2～3道环槽，上面1～2道用来安装气环，实现气缸的密封，最下面的一道用来安装油环。柴油发动机一般有4道环槽，最下面的一道用来安装油环。在油环槽底面上钻有许多径向回油孔，当活塞向下运动时，油环把气缸壁上多余的机油刮下来经回油孔流回油底壳。若发动机温度过高，第一道环容易产生积炭，出现过热卡死现象。故有的发动机活塞设计有冷却油道，用专门油管对其供油，如图3-3-18所示。
图3-3-18 有专门油管冷却的活塞
活塞环槽以下的部分称为活塞裙部，其作用是为活塞在气缸内做往复运动导向和承受侧压力。活塞裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向。气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。若间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，活塞裙部应有足够的实际承压面积，以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面，承受压缩侧向力的一面称次推力面。为了改善铝合金的磨合性，通常可对活塞裙部进行表面处理。汽油发动机的铸铝活塞裙部外表面一般做镀锡处理，柴油发动机用铸铝活塞裙部进行表面磷化，锻造铝活塞裙部表面喷涂石墨层。
（4）活塞常见的结构上的控制措施。
①为了消除活塞在高温下沿轴线产生上大下小的膨胀变形的不利影响，把活塞制成上小下大的阶梯形或锥形，这样活塞在工作时由于膨胀变形，便会接近成为一个圆柱体，如图3-3-19所示。
图3-3-19 活塞制成上小下大的阶梯形或锥形
②针对活塞裙部受热，沿圆周将产生椭圆形变形的特征，把活塞裙部加工成反方位的（短轴沿座孔轴线，长轴垂直于座孔轴线）椭圆形，如图3-3-20所示。其目的在于保证活塞在工作状态下成为圆柱形（裙部横断面椭圆度消失，成为一个圆）。
图3-3-20 活塞裙部加工成反方位的椭圆形(www.xing528.com)
③活塞按其裙部结构形式不同可分为拖板式活塞和筒式活塞，如图3-3-21所示。拖板式活塞只保留垂直于孔座轴线方向的裙部，切掉孔座两端的裙部，并使孔座深陷不再与缸壁接触，这种结构是在行程较小的发动机上为防止活塞与曲轴上的平衡重相碰而设计的。对于行程较大的发动机则一般采用筒式活塞即全裙式活塞。
图3-3-21 活塞裙部结构形式
④在活塞裙部开绝热-膨胀槽，以控制活塞膨胀变形量，如图3-3-22所示。其中，横槽叫绝热槽，竖槽叫膨胀槽。绝热-膨胀槽一般开在受侧压力较小的裙部一侧。
图3-3-22 开槽活塞
⑤铝合金活塞在铸造时嵌铸入“恒范钢片”或“筒形钢片”，来控制销座处的膨胀和裙部的变形，如图3-3-23所示。恒范钢片是镍的质量分数为33%～36%的低碳合金钢，其线膨胀系数仅为铝合金的1/10左右。
图3-3-23 铝合金活塞嵌铸“恒范钢片”
2.活塞的维修
（1）活塞的正常耗损。活塞的磨损主要是活塞环槽的磨损、活塞裙部的磨损和活塞销座孔的磨损等。活塞环槽的磨损较大，以第一道环槽的磨损最为严重，各环槽由上而下逐渐减轻；活塞裙部的磨损较小，活塞裙部虽与气缸壁直接接触，但单位面积的压力较小，润滑条件较好，所以磨损也较轻；活塞销座孔上下方向磨损较大而水平方向磨损较小，工作时活塞受气体压力和往复惯性力的作用，使活塞销座孔产生上下方向较大而水平方向较小的椭圆形磨损。
（2）活塞的异常损坏。活塞的异常损坏主要是活塞刮伤、活塞烧顶和活塞脱顶等，如图3-3-24所示。活塞刮伤主要是由于活塞与气缸壁的配合间隙过小，使润滑条件变差，以及气缸内壁严重不清洁，有较多和较大的机械杂质进入摩擦表面而引起的。活塞顶部烧蚀则是发动机在长期超负荷或爆燃条件下工作的结果。活塞脱顶，即活塞头部与裙部分离，其原因是活塞环的开口间隙过小或活塞环与环槽底无背隙，当发动机连续在高温、高负荷下工作时，活塞环开口间隙被顶死，与缸壁之间发生粘卡，而活塞裙部受到连杆的拖动，使活塞在头部与裙部之间拉断。
图3-3-24 活塞的异常损坏
（3）活塞的选配。当活塞发生异常损坏及气缸的磨损超过规定值时，就要对气缸进行修复后选配活塞。选配活塞时应注意以下几点：
①气缸的修理尺寸是哪一级，也应选用哪一级修理尺寸的活塞。
②同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞，以保证其材料和性能的一致性。
③在选配的成组活塞中，其尺寸差一般为0.01～0.15 mm，质量差为4～8 g，涂色标记应相同。
3.活塞的安装
活塞在结构设计和制造过程中所采取的各种措施均有特定指向，因此，在活塞顶部刻有方向标记，安装活塞时应注意按规定方向安装，绝对不允许装反，如图3-3-25所示。
图3-3-25 活塞的安装标记
活塞安装到气缸体内时应采用活塞安装专用工具，如图3-3-26所示。
图3-3-26 用专用工具安装活塞
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