Поршень — ключевая подвижная деталь поршневых машин: насосов, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания. Он перекрывает сечение цилиндра и перемещается вдоль его оси. В двигателях поршень передаёт давление рабочего тела движущимся частям. В насосах и компрессорах он производит засасывание, сжатие и подачу среды. Являясь главной деталью, поршень подвергается высоким нагрузкам, определяя ресурс и показатели агрегата. Грамотное проектирование, которое обеспечивают современные инженерные системы, позволяет оптимизировать эти характеристики.
Поршень имеет три основные части:
Головкой поршня называют днище с уплотняющей частью. Для передачи усилия используется шток или шатун, соединяемый с поршнем через поршневой палец. В крейцкопфных двигателях применяются двусторонние поршни с двумя днищами. Поршневой палец всегда стальной, его перемещение ограничено стопорными кольцами или он запрессован в шатуне.
Форма днища зависит от типа двигателя и смесеобразования. Вогнутое днище образует компактную камеру сгорания, обеспечивая экономичность, но склонно к нагару. Выпуклая форма увеличивает прочность, но повышает теплоотдачу. Плоское днище — самое простое в изготовлении, популярно в бензиновых ДВС. Жаровым поясом называют расстояние от канавки верхнего кольца до днища. Увеличение его высоты облегчает работу кольца, но растёт масса поршня. Уменьшение высоты ниже допустимого влечёт прогар поршня.
Уплотняющая часть имеет важнейшее значение для работы ДВС. Её состояние определяют по компрессии и угару масла. Поршень имеет компрессионные и маслосъёмные кольца. Типичное количество колец на автомобильных моторах — три. Уменьшение числа колец снижает потери на трение. Канавки маслосъёмных колец имеют отверстия для возврата масла в поддон. По мере износа зазор растёт, увеличивается угар масла. В силуминовых поршнях часто заливают вставку из жаростойкого чугуна под верхнее кольцо, что увеличивает ресурс и выполняет роль термокомпенсирующего элемента.
В тронковых двигателях направляющей частью является юбка. Бобышки юбки передают нагрузки от газовых и инерционных сил, поэтому соединены рёбрами с днищем. Чтобы сократить тепловой зазор без риска задира, юбку изготовляют овальной в плоскости, перпендикулярной оси симметрии, и бочкообразной в плоскости, проходящей через ось симметрии. Требования к материалу: высокая прочность, малая плотность, теплостойкость и коррозионная стойкость. Для поршней применяются серый чугун и алюминиевые сплавы. Чугунные поршни прочнее, жаростойки и износостойки, но обладают большим удельным весом, поэтому применяются в тихоходных двигателях.