2.3.1 活塞
1.功用和工作特点
活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转，同时，活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。
由于活塞顶部直接与高温、具有一定腐蚀性的燃气相接触，并受到高速运动、周期变化的气体压力和惯性力作用，且润滑条件、散热条件都差，因此活塞的工作条件是极为恶劣的，对于活塞的制造以及工艺也提出了相应的要求：
1）制造必须有较高的精度，以保证活塞与气缸壁之间有较小的摩擦因数。
2）材料必须有较小的质量，以降低惯性。
3）有足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域内要有较大的强度，防止活塞环损坏。
4）活塞顶部耐热、裙部有一定弹性。
5）良好的导热性能及合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙。
6）一定的耐磨性能，以防止周期性运动带来的过度磨损。
2.活塞的成形方法
汽车发动机活塞常用铝硅合金材料，采用铸造、锻造、液态模锻等方法制造。
3.活塞的基本构造
活塞的基本构造可分为顶部1、头部2和裙部7三部分，如图2-42所示。
图2-41 JV型发动机活塞连杆组分解图
1—第一道气环 2—第二道气环 3—组合油环 4—活塞销 5—活塞 6—连杆 7—连杆螺栓 8—连杆轴承 9—连杆轴承盖
图2-42 活塞的基本结构
a）全剖 b）部分剖 1—活塞顶部 2—活塞头部 3—活塞环 4—活塞销座 5—活塞销 6—活塞销锁环 7—活塞裙部 8—加强肋 9—环槽
（1）活塞顶部 塞顶部的形状与选用的燃烧室形式有关。活塞顶部的形状主要有平顶、凸顶和凹顶三种。汽油机活塞顶部多采用平顶（图2-43a），其优点是吸热面积小，制造工艺简单，燃烧室结构紧凑。有些汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用凹顶活塞（图2-43b），凹坑的大小还可以用来调节发动机的压缩比。凸顶活塞（图2-43c）主要用于二冲程汽油机。
图2-43 活塞顶的形状
a）平顶 b）凹顶 c）凸顶
（2）活塞头部 活塞头部是最下端活塞环槽以上至活塞顶以下的部分。其主要作用有：
1）承受气体压力，并传给连杆。
2）与活塞环一起实现气缸的密封。
3）将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。头部切有若干用以安装活塞环的环槽。汽油机一般有2～3道环槽，上面1～2道用以安装气环，下面一道用以安装油环。在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下来的多余机油经过这些小孔流回油底壳。
活塞头部一般做得较厚，以便于热量从活塞顶部经活塞环传给气缸的冷却壁面上，从而防止活塞顶部的温度过高。
有的发动机活塞在第一道环槽上面切出比环槽窄的隔热槽，其作用是隔断从活塞顶部流下来的部分热流通路，迫使热流方向转折，把原来应由第一道活塞环散走的热量，分散给第二、三环，以消除第一环过热后产生积炭和卡死在环槽中的可能性。
（3）活塞裙部 活塞裙部是指活塞环槽以下的所有部分，其作用是为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。
图2-44 活塞裙部的椭圆变形
a）弯曲变形 b）销座热膨胀变形 c）挤压变形 d）裙部综合变形
活塞工作时，燃烧气体的压力均匀作用在活塞顶上，而活塞销给予的支反力则作用在活塞裙部的销座处，由此而产生的变形是裙部直径沿活塞销座轴线方向增大（图2-44a）。侧压力FN的作用也使活塞裙部直径在同一方向上增大（图2-44b）。此外，活塞销座附近的金属堆积受热后膨胀量大，致使裙部在受热变形时，在沿活塞销座轴线方向的直径增量大于其他方向。图2-44c所示活塞工作时产生的机械变形和热变形，使其裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆（图2-44d）。鉴于上述情况，为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁间保持比较均匀的间隙，以免在气缸内卡死或引起局部磨损，必须预先在冷态下把活塞制成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。为了减少销座附近处的热变形量，有的活塞将销座附近的裙部外表面制成下陷0.5～1.0mm。活塞裙部形状可以做成变椭圆桶形，即在活塞裙部的不同部位其椭圆度不同，椭圆度由下而上逐渐增大，即活塞裙部横截面越往上越扁，裙部纵向截面呈桶形，其轮廓线为一抛物线，故也称抛物线形活塞裙部。图2-45所示为活塞裙部的不同形状和结构。
图2-45 活塞裙部的不同形状和结构
a）锥形裙部活塞 b）椭圆形裙部活塞 c）活塞的膨胀槽和绝热槽 d）恒范钢片式活塞 e）热膨胀自动调节式活塞
（4）活塞销座 活塞销座的作用是将活塞顶部气体作用力经活塞销传给连杆。活塞销座通常有肋片与活塞内壁相连，以提高其刚度。
活塞销座孔内有的设有安放弹性卡环的卡环槽。卡环用来防止活塞销在工作中发生轴向窜动。
活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但也有些高速汽油机的活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面，如图2-46a所示。图中活塞销座轴线向在做功行程中受侧向力的一面偏移了1～2mm，这是因为，如果活塞销对中布置，则当活塞越过上止点时侧压力的作用方向改变，会使活塞敲击气缸壁面发出噪声，而如果把活塞销偏移布置（图2-46b），则可使活塞较平稳地从压向气缸的一面过渡到另一面，而且过渡时刻早于达到最高燃烧压力的时刻，可以减轻活塞“敲缸”，减小噪声，改善发动机工作的平顺性。
图2-46 活塞销偏置及其原理
a）活塞销偏移布置 b）活塞销偏移布置原理