内燃机动力性、经济性、排放性和可靠性与活塞温度的时空分布息息相关。因而，在当前内燃机高强化与有害排放物严格控制的形势下，活塞温度研究又重新获得了高度重视。然而，活塞温度研究存在诸多不足。一方面是现有研究方法的不成熟，不仅缺乏可靠有效的活塞高周瞬态温度测量装置，而且模拟仿真边界条件计算方法的选取不明确，活塞高周瞬态温度场分布规律也不清楚。另一方面是现有研究方法的局限，当前研究方法仅能获取试验测量和模拟仿真工况的活塞温度，对于其他工况无能为力。有鉴于此，本文主要开展了下述工作。　　首先在继承现有活塞稳态温度存储式测量系统工作原理的基础上，研制出新的活塞高周瞬态温度测量系统，以解决现有装置体积大、功耗高、采集速度慢和存储量小的难题。在硬件上，将电路板整合为一块，进行统一控制与供电，所有芯片更换为满足使用要求的最小封装芯片，对信号调理模块、模数转换模块和数据存储模块进行了重点改进，同时还增加了曲轴相位测量模块。在软件上，采用单片机掉电唤醒定时器和霍尔传感器的交替唤醒方式降低电路的功耗。测试结果表明，新设计的活塞高周瞬态温度存储式测试系统具有功耗低、续航时间长、测量精度高、采样速度快等一系列优点，满足内燃机活塞温度测量要求。　　接着利用研制的活塞高周瞬态温度存储式测试系统，在不同转速、不同扭矩、不同冷却水温和机油温度下，对二种柴油机离散多工况下活塞顶部稳态温度进行了测量与研究，结果表明：活塞顶部稳态温度分别随转速与扭矩的增加而增加，与涡轮后排气温度之间不存在单调变化的关系，冷却水与机油温度在正常温度范围内的变化对活塞顶部稳态温度影响很小。此外，还对离散多工况下活塞高周瞬态温度进行了测量与研究，发现活塞高周瞬态温度随内燃机转速和扭矩的增加而增加，高周瞬态温度的时均值和波动幅值也分别随着转速和扭矩的增加而增加。　　然后基于对活塞稳态温度测量结果的分析，提出了活塞稳态温度的预测新方法。研究结果表明，在保持柴油机冷却水与机油温度处于正常范围内的条件下，采用二次多项式对活塞顶部稳态温度随转速与扭矩变化规律进行拟合，可以较好的预测活塞顶部全工况稳态温度，为内燃机缸内全工况传热、燃烧与排放计算及热负荷控制提供数据。　　最后对内燃机一维工作过程仿真和缸内三维燃烧模拟两种活塞温度模拟仿真边界条件计算方法进行了比较与分析，挑选出较优的边界条件计算方法，并进一步研究了活塞高周瞬态温度分布规律。结果表明，缸内三维燃烧模拟是更值得采用的活塞顶部边界条件计算方法，其提供的边界条件具有明显的空间差异性，能够模拟出喷雾、燃烧对活塞温度场的影响以及燃烧期间燃烧室喉口附近不同深度之间快速变化的很大的温度梯度，且模拟仿真精度远高于一维工作过程仿真提供的边界条件；油束对活塞高周瞬态温度的变化特征影响很大，离油束越近，高周瞬态温度的变化速度越快，表面处的温度梯度越大，温度的峰值越高，且峰值相位越提前，温度波动的幅度也越大；燃烧室喉口油束正对区域在各个方向上温度梯度都很大，该处存在很高的快速变化的温度梯度，也存在很大的快速变化热应力，其失效的概率很大。　　通过以上研究，本文将内燃机活塞温度测量装置的性能向前推进了一大步，为活塞高周瞬态温度测量提供了一种条件；提出了活塞顶部全工况稳态温度获取方法，为活塞稳态温度的预测提供了一种新的方法；弄清了两种边界条件计算方法的计算效果，为活塞稳态、高周瞬态温度场仿真边界条件的选取提供了参考；明确了油束分布对活塞高周瞬态温度场的影响，将对活塞高周瞬态温度分布规律的认识向前推进了一步。