وظيفة رأس الأسطوانة هي إحكام غلق الأسطوانة وتشكيل مساحة احتراق مع المكبس وتحمل تأثير الغاز عالي الحرارة والضغط. يتعرض رأس الأسطوانة لأحمال ميكانيكية ناجمة عن قوى الغاز وشد مسامير الأسطوانة، بالإضافة إلى الأحمال الحرارية العالية بسبب ملامسة الغاز عالي الحرارة. لضمان إحكام غلق الأسطوانة بشكل جيد، يجب ألا يتلف رأس الأسطوانة أو يتشوه. لهذا السبب، يجب أن يتمتع رأس الأسطوانة بالقوة والصلابة الكافيتين.
وظيفة رأس الأسطوانة هي سد الغاز وتشكيل مساحة احتراق مع المكبس وتحمل تأثير الغاز عالي الحرارة والضغط. حالة عمل رأس الأسطوانة هي:
1) يتعرض رأس الأسطوانة لدرجة حرارة عالية وضغط غاز مرتفع، مما يؤدي إلى قوة شد مسبقة كبيرة للمسامير وإجهاد ميكانيكي عالي.
(2) هيكل رأس الأسطوانة معقد، والحقل الحراري غير متساوٍ بشدة، مما يؤدي إلى إجهاد حراري مرتفع. في الحالات الشديدة، يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تشققات وتشوهات عامة في رأس الأسطوانة
لذلك، فإن متطلبات التصميم لرأس الأسطوانة هي
(1) تتمتع بالصلابة والقوة الكافية، مع أدنى حد من التشوه أثناء التشغيل، مما يضمن الختم.
(2) ترتيب غرفة الاحتراق والصمامات وممرات الهواء بشكل معقول لضمان الأداء الوظيفي للمحرك.
(3) قابلية المعالجة الجيدة، ومجال درجة الحرارة موحد قدر الإمكان، وانخفاض الإجهاد الحراري، وتجنب ظاهرة التشقق الحراري.
تُصنع رؤوس الأسطوانات عمومًا من الحديد الزهر الرمادي عالي الجودة أو الحديد الزهر السبائكي، بينما تستخدم محركات البنزين المستخدمة في السيارات غالبًا رؤوس أسطوانات من سبائك الألومنيوم. تتمتع سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة، وهو أمر مفيد لتحسين نسبة ضغط المحرك. ثانيًا، تتمتع بأداء صب ممتاز وهي مناسبة لصب الأجزاء ذات الهياكل المعقدة. ولكن من الضروري الانتباه إلى تبريد رأس أسطوانة سبائك الألومنيوم والتحكم في درجة حرارة مستواها السفلي أقل من 300 درجة. وإلا فإن ارتفاع درجة حرارة المستوى السفلي سيؤدي إلى تشوه بلاستيكي وانحناء.
رأس الأسطوانة هو مكون على شكل صندوق ذو بنية معقدة. توجد فتحات لمقاعد صمام السحب والعادم، وفتحات توجيه الصمامات، وفتحات تثبيت شمعات الإشعال (لمحركات البنزين) أو فتحات تثبيت الحاقن عليها. توجد أيضًا أغلفة مائية ومنافذ سحب وعادم وغرف احتراق أو أجزاء من غرفة الاحتراق مصبوبة داخل رأس الأسطوانة. إذا تم تركيب عمود الكامات على رأس الأسطوانة، فهناك أيضًا فتحات محامل كامات أو مقاعد محامل كامات وممرات زيت التشحيم الخاصة بها على رأس الأسطوانة.
يتكون رأس الأسطوانة في المحركات المبردة بالماء من ثلاثة أشكال هيكلية: متكاملة ومجزأة ومتجانسة. في المحرك متعدد الأسطوانات، إذا كانت جميع الأسطوانات تشترك في نفس رأس الأسطوانة، فإن رأس الأسطوانة يسمى رأس أسطوانة متكامل؛ إذا كان هناك رأس واحد لكل أسطوانتين أو رأس واحد لكل ثلاث أسطوانات، فإن رأس الأسطوانة يكون رأس أسطوانة مجزأ؛ إذا كانت كل أسطوانة لها رأس واحد، فهي رأس أسطوانة من نوع واحد. تحتوي جميع المحركات المبردة بالهواء على رأس أسطوانة واحد.