活塞是发动机中工作条件最严酷的零件之一。活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力，这些力都是周期性变化的，且最大值都很大。如增压发动机的最高燃烧压力可达14～16兆帕，这样大的机械负荷作用在形状复杂的活塞上，可能引起活塞变形、活塞销座开裂、第一道环岸折断等。

图1 活塞各部名称

活塞由顶部、头部和裙部组成（图1）。活塞的顶部形状有平顶、凹顶和凸顶（图2），汽油机一般采用平顶活塞，柴油机采用凹顶活塞，而凸顶活塞通常用于二冲程小型汽油机。

图2 活塞顶部形状

活塞顶部与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高，活塞各部的温差很大。温度高使活塞材料的机械强度显著下降，活塞的热膨胀量增大，从而使活塞与其相关零件的正确配合遭到破坏。另外，由于冷热不均所产生的热应力容易使活塞顶表面开裂。柴油机活塞的热负荷比汽油机活塞更为严重，这是因为柴油机活塞与燃烧气体的对流换热比较强烈，燃烧生成的炭烟使火焰的热辐射能力增强，活塞顶上的燃烧室凹坑使活塞受热面积增大等。

活塞头部是指从活塞顶部至油环槽下端面之间的部分（图1）。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。现代汽车发动机普遍采用三环短活塞，三环指上气环、下气环和油环。为了减少摩擦损失，在竞赛汽车发动机的活塞上只安装一道气环和一道油环。活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角半径应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。在强化程度较高的发动机中，第一道环槽温度较高，磨损严重。为了增强环槽的耐磨性，通常在第一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。在高强化直喷式燃烧室柴油机中，在第一环槽和燃烧室喉口处均镶嵌耐热护圈，以保护喉口不致因为过热而开裂。耐热护圈的材料为热膨胀系数与铝合金接近的镍铬奥氏体铸铁或高锰奥氏体铸铁。

活塞头部以下的部分为活塞裙部（图1）。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。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，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。

发动机工作时，活塞在气体和侧向力的作用下发生机械变形；而活塞受热膨胀时还发生热变形。这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大。因此，为使活塞工作时裙部接近正圆形与气缸相适应，在制造时应将活塞裙部的横断面加工成椭圆形，并使其长轴与活塞销孔轴线垂直。现代汽车发动机的活塞均为椭圆裙。

另外，沿活塞轴线方向活塞的温度是上高下低，活塞的热膨胀量自然是上大下小，因此为使活塞工作时裙部接近圆柱形，须把活塞制成上小下大的圆锥形或桶形。桶形裙不仅适应活塞的温度分布，而且裙部与气缸壁之间能够形成双向楔形油膜，使裙部具有较高的承载能力和良好的润滑。

现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。随着内燃机大功率化活塞承受的热量及机械负荷也必然增大。随着内燃机的小型化及轻量化，活塞也趋向小型化。