Chức năng của đầu xi lanh là làm kín xi lanh, tạo thành khoang đốt cháy cùng với piston và chịu được tác động của khí nhiệt độ cao và áp suất cao. Đầu xi lanh chịu tải trọng cơ học do lực khí và bu lông xi lanh siết chặt gây ra, cũng như tải trọng nhiệt cao do tiếp xúc với khí nhiệt độ cao. Để đảm bảo xi lanh được làm kín tốt, đầu xi lanh không được hư hỏng hoặc biến dạng. Vì lý do này, đầu xi lanh phải có đủ độ bền và độ cứng.
Chức năng của đầu xi lanh là làm kín khí, cùng với piston tạo thành khoang cháy, chịu được tác động của khí nhiệt độ cao và áp suất cao. Điều kiện làm việc của đầu xi lanh là:
1) Đầu xi lanh phải chịu nhiệt độ cao và áp suất khí cao, dẫn đến lực siết bu lông trước đáng kể và ứng suất cơ học cao.
(2) Cấu trúc đầu xi lanh phức tạp, trường nhiệt độ không đồng đều nghiêm trọng, dẫn đến ứng suất nhiệt cao. Trong trường hợp nghiêm trọng, có thể gây ra nứt và biến dạng toàn bộ đầu xi lanh
Do đó, các yêu cầu thiết kế cho đầu xi lanh là
(1) Có độ cứng và độ bền đủ, ít biến dạng trong quá trình vận hành, đảm bảo độ kín.
(2) Bố trí hợp lý buồng đốt, van và đường dẫn khí để đảm bảo hoạt động của động cơ.
(3) Khả năng gia công tốt, trường nhiệt độ đồng đều nhất có thể, giảm ứng suất nhiệt và tránh hiện tượng nứt nhiệt.
Đầu xi lanh thường được đúc từ gang xám chất lượng cao hoặc gang hợp kim, trong khi động cơ xăng sử dụng trong ô tô thường sử dụng đầu xi lanh hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có độ dẫn nhiệt tốt, có lợi cho việc cải thiện tỷ số nén của động cơ. Thứ hai, nó có hiệu suất đúc tuyệt vời và phù hợp để đúc các chi tiết có cấu trúc phức tạp. Nhưng cần chú ý đến việc làm mát đầu xi lanh hợp kim nhôm và kiểm soát nhiệt độ của mặt phẳng đáy của nó dưới 300 độ. Nếu không, quá nhiệt của mặt phẳng đáy sẽ gây ra biến dạng dẻo và cong vênh.
Đầu xi lanh là một bộ phận hình hộp có cấu trúc phức tạp. Có các lỗ cho đế van nạp và xả, lỗ dẫn hướng van, lỗ lắp bugi (cho động cơ xăng) hoặc lỗ lắp kim phun được gia công trên đó. Ngoài ra còn có áo nước, cổng nạp và xả, và buồng đốt hoặc các bộ phận của buồng đốt được đúc bên trong đầu xi lanh. Nếu trục cam được lắp trên đầu xi lanh, cũng có các lỗ ổ trục cam hoặc đế ổ trục cam được gia công và các đường dẫn dầu bôi trơn của chúng trên đầu xi lanh.
Đầu xi lanh của động cơ làm mát bằng nước có ba dạng cấu trúc: tích hợp, phân đoạn và nguyên khối. Trong động cơ nhiều xi lanh, nếu tất cả các xi lanh chia sẻ cùng một đầu xi lanh, thì đầu xi lanh được gọi là đầu xi lanh tích hợp; Nếu có một đầu cho mỗi hai xi lanh hoặc một đầu cho mỗi ba xi lanh, thì đầu xi lanh là đầu xi lanh phân đoạn; Nếu mỗi xi lanh có một đầu, thì đó là đầu xi lanh loại đơn. Tất cả các động cơ làm mát bằng không khí đều có một đầu xi lanh.