（1）功用

活塞的功用是承受燃气燃烧后的膨胀压力，并通过活塞销和连杆将此力传递给曲轴，以驱动曲轴旋转；活塞顶部还与气缸盖和气缸壁共同构成燃烧室。

（2）材料

汽车发动机广泛采用铝合金作为活塞材料，经铸造或锻造后加工而成。个别汽车柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。铝合金活塞具有重量轻（约为同样结构的铸铁活塞的50%～70%），导热性好（约为铸铁的3倍）的优点，而铸铁的成本低、耐热性好，且膨胀系数小，能减小活塞与气缸壁的装配间隙。

（3）要求

活塞的工作条件极其恶劣，它不仅受到高温、高压燃气的作用，而且受到往复运动所产生的巨大惯性力和交变载荷的作用，所以要求活塞的材料保证质量尽可能轻、导热性好、膨胀变形小和强度高。

（4）活塞的结构

活塞的基本结构由活塞顶部、环槽部和裙部三大部分组成，如图2-27所示。

1）活塞顶部。活塞顶部是燃烧室的重要组成部分，用来承受气体压力，其形状取决于燃烧室的选择与设计。常见的活塞顶部形状有平顶、凹顶、凸顶等结构形式，如图2-28所示。

图2-27 活塞的结构

图2-28 活塞顶部形状

a）平顶 b）凹顶 c）凸顶

平顶活塞结构简单、受热面积小，多用于汽油机。凹顶活塞主要是为了构成较合理的燃烧室形状，防止活塞顶碰气门，凹坑的大小还可以用来调节发动机的压缩比。图2-29所示。发动机的活塞顶部即为凹顶结构，顶部为盆形顶双边凸台。凸顶活塞可以提高发动机的压缩比。

活塞顶部标有一定的记号，如箭头、三角、缺口、F字等，安装时应将记号朝前。有的活塞顶部还刻有缸号和加大尺寸等，如图2-30所示。

2）活塞环槽部。是指活塞环槽及以上的部分，用来安装活塞环，它是活塞的防漏部分，两环槽之间部分结构称环岸。

环槽的数量一般有2～3道，上面的1～2道用来安装气环，最下面的一道用来安装油环。油环槽底面圆周上钻有许多与活塞内腔相通的泄油孔或泄油槽，以便油环从缸壁上刮下来的多余机油，由此经活塞内壁流回油底壳。环槽断面与活塞环的断面形状基本一致，通常为矩形或梯形。环槽常因活塞环的碰撞而磨损，特别是第一道环槽磨损最快。为了提高环槽寿命，一般在环槽部位铸入用耐热材料制造的环槽护圈，如图2-31所示。

图2-29 凹顶活塞

图2-30 活塞顶上的记号

有的活塞在第一道环槽上面，切出一道比环槽窄的隔热槽，使第一道环所受的热量大为减少，以消除第一道环过热后产生积炭和卡死在环槽中的可能性。

3）活塞裙部。一般是指油环槽以下的部分，其功用是为活塞在气缸内作往复运动导向，并承受侧压力。因而裙部要有一定的长度，保证可靠的导向；又要有足够的面积，以防活塞对气缸壁单位面积压力过大，破坏润滑油膜，加大磨损。

图2-31 活塞环槽护圈

裙部的基本形状为一薄壁圆筒，完整的称为全裙式。高速发动机为了减轻活塞重量，将沿活塞销座孔轴线方向（不受侧压力）的裙部去掉一部分，形成拖板式活塞。拖板式活塞裙部的弹性较大，可以减小活塞与气缸壁间的装配间隙。

在活塞裙部的上部制有活塞销座。活塞销座为厚壁圆筒结构，用来安装活塞销，是活塞与连杆的连接部分。为了限制活塞销在座孔中的轴向窜动，座孔外端面处加工有卡簧槽，用来安装卡簧。销座孔有很高的加工精度。

发动机工作时，由于活塞裙部周围壁厚的差异和受侧压力大小的不同，会使其产生变形。

（5）活塞的变形特征及预防措施

1）变形特征。活塞在工作时，产生变形的主要原因是热膨胀，其次是侧压力。活塞变形的特征及具体原因是：

①整个活塞的热膨胀量大于气缸的热膨胀量，使活塞与气缸的配合间隙变小。这是由于活塞的温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁。

②活塞头部的热膨胀量大于裙部，沿活塞轴向，膨胀量上大下小。因为活塞上部的温度比下部高，且活塞的壁厚是上厚下薄。

③活塞裙部圆周方向的变形量不均匀，变成近椭圆形，长轴沿销座孔轴线方向。这是因为销座处金属多，热膨胀量大，以及侧压力挤压裙部所致，如图2-32所示。

2）预防措施。鉴于活塞的上述变形特征，为了使活塞在正常的工作温度下与气缸壁间保持有比较均匀而合适的间隙，确保活塞的正常工作，活塞在结构上常采取以下一些措施：

图2-32 活塞的变形

①活塞制成上小下大的锥形，使活塞^a）销座热膨胀b）挤压变形c）弯曲变形d）裙部变形在工作时（热态）接近成为一个圆柱体。

②活塞裙部加工成椭圆形，其短轴沿活塞销座孔轴线方向，长轴垂直于活塞销座孔轴线方向。使活塞在工作时（热态）接近一个圆柱形。圆度误差一般为0.15～0.50mm。柴油机活塞的圆度误差比汽油机大些。(www.daowen.com)

③将活塞销座孔外端面向内制成凹陷状，或采用拖板式活塞，使销座两端处有充分的膨胀余地，不会与气缸壁接触。

④为限制活塞裙部的受热膨胀，有些铝合金活塞在活塞销座孔处嵌入线膨胀系数仅为铝合金1/10的“恒范钢片”或“筒形钢片”。图2-33所示发动机的活塞即嵌有这种恒范钢片，以限制活塞的受热膨胀。

另外，发动机活塞与活塞销孔垂直方向的活塞裙部的表面粗糙度值很低，便于活塞上下运动导向，防止拉缸。

活塞采取上述措施之后，在工作状态（热态）下变成接近于正圆柱形，与气缸壁间的间隙比较均匀；在冷态装配时，活塞与气缸壁间的间隙便可减小，可有效防止“冷敲热拉”现象的发生。顺便指出，活塞与气缸壁在冷态下的配合间隙称为气缸装配间隙或配缸间隙，该间隙的确切含义是指垂直于销座轴线方向的活塞裙部下端与气缸壁之间的间隙。

（6）活塞的损伤形式

活塞的常见损伤有活塞环槽磨损、裙部磨损、销座孔磨损等。活塞的非正常损伤有刮伤、擦伤、烧顶、脱顶、裂纹等。

（7）活塞的检修

1）活塞常见损伤的检修。

①活塞环槽的磨损。环槽部是活塞的最大磨损部位，其中第一道环槽磨损最为严重。活塞在高速往复运动中，由于气体压力的作用，使活塞环对环槽的冲击很大，再加上高温的影响，使槽的下平面磨损大，上平面磨损小，并呈内小外大的梯形，如图2-34所示。发动机活塞的环槽磨损极限为：气环环槽应不大于0.20mm，油环环槽应不大于0.15mm。

②活塞裙部磨损。活塞裙部的磨损普遍较小，当活塞裙部与缸壁间隙过大时，发动机易出现敲缸响声，并有严重的窜机油现象。如图2-35所示为活塞裙部磨损的检测。

图2-33 裙部嵌有恒范钢片和筒形钢片的活塞

图2-34 活塞环槽的磨损

图2-35 活塞裙部直径的检测

③活塞销座孔磨损。活塞在工作时，由于气体压力和交变惯性力的作用，使活塞销与销孔座之间发生磨损，其最大磨损发生在座孔的上下方向，即垂直于活塞销座孔，与活塞轴线平行的方向，导致销与座孔配合松旷，出现活塞销响故障。图2-36所示为活塞销座孔磨损的检测。

2）活塞非正常损伤的检修。活塞的非正常损伤形式主要有拉伤、烧顶以及脱顶、裂纹等，如图2-37和图2-38所示。

图2-36 活塞销座孔的检测

图2-37 活塞拉伤

①活塞的拉伤。一般都有明显的痕迹，主要原因有：活塞裙部与气缸壁间隙小，不能形成足够的油膜；机械杂质进入气缸表面；活塞销卡簧在活塞销轴向冲击力的作用下冲击环槽，使气缸和活塞损坏。有些机型的活塞容易出现拉缸，主要是活塞选用的材料、设计及制造工艺不当等原因引起的。活塞轻度拉伤时，在不影响配合间隙的情况下，允许用细砂布打磨后继续使用；活塞拉伤严重时必须更换。

②活塞烧顶。主要原因是发动机在超负荷或爆燃条件下长时间工作。若某一机型容易出现烧顶时，一般它还与活塞的材料和设计有关。发现烧顶后应更换活塞。

③活塞脱顶。主要原因有：活塞环间隙过小，高温下活塞环卡死，活塞与气缸壁发生黏结，而裙部受连杆拖动，造成头部与裙部分离；发动机过热，活塞头部卡死在气缸中，而裙部受连杆拖动，造成头部与裙部分离；设计或制造中留下的缺陷。活塞脱顶时应予以更换。

④活塞裂纹。主要产生于活塞环槽部和活塞销座孔。活塞环对活塞槽部的不断上下撞击，活塞销损伤变形以及发动机发生爆燃，活塞的材料和制造中存在的缺陷，都会引起活塞产生裂纹，严重时活塞会破裂。如图2-39所示，销座裂纹引起活塞的破裂。

3）活塞的选配。在发动机大修或更换气缸体（或气缸套）时，应根据气缸的标准尺寸或修理尺寸同时更换活塞，并注意下列要求：

①活塞的修理尺寸要求。各缸应选用同一修理级别的活塞。发动机活塞的修理尺寸见表2-2。

图2-38 活塞烧顶

图2-39 销座破裂的活塞

表2-2 发动机活塞的修理尺寸 （单位：mm）

②活塞的重量要求。同一组活塞中，各活塞的重量应基本一致，中低转速发动机活塞之间的重量误差应不大于8g，高速发动机应不大于5g。

③活塞的材质要求。在同一台发动机上，应选用同一厂家生产的同一组活塞，以便保证活塞材料、性能、重量、尺寸一致。同组活塞直径差应不大于0.02～0.025mm。

④活塞裙部圆度和圆柱度要求。活塞裙部圆度和圆柱度应符合规定的要求。汽油机活塞裙部锥形的圆柱度因设计而异，一般为0.005～0.030mm，具体尺寸视其车型或结构而定。

⑤活塞与气缸的配合间隙（常称配缸间隙）应符合规定的间隙值（汽油机为0.035～0.045mm）。配缸间隙可以用塞尺来测量，也可以用百分表和千分尺分别测出气缸与活塞的直径，计算得到。