Кроме механических нагрузок, поршень подвергается действию высоких температур в период сгорания топлива и расширения образовавшихся газов. Кроме того, он нагревается также вследствие трения его боковой поверхности о стенки цилиндра.

Поршни изготовляются из алюминиевого сплава или чугуна.

Поршни из алюминиевого сплава (двигатели ГАЗ-53А, М-21, ЗИЛ-130 и др.) имеют наибольшее распространение, что объясняется следующим:
1) поршни из алюминиевого сплава значительно легче чугунных, а чем меньше масса поршня, тем меньше силы инерции, действующие в двигателе;
2) они обладают хорошей теплопроводностью, поэтому у карбюраторного двигателя можно несколько повысить степень сжатия, не опасаясь, что возникнет детонационное сгорание смеси; 3) при применении алюминиевых поршней улучшается наполнение цилиндра горючей смесью, так как она при впуске меньше нагревается от поршня.

Рис. 1. Поршень:
1 — юбка; 2 — канавка для маслосъемного кольца; 3 — канавки для компрессионных колец; 4 — днище поршня; 5 — головка поршня; в — Т-образный разрез; 7 — отверстие; 8 — прилив (бобышка); 9 — канавка для стопорного кольца; 10 — отверстие для поршневого пальца

В то же время поршни из алюминиевого сплава имеют некоторые недостатки по сравнению с чугунными: при нагревании алюминиевые поршни значительно расширяются и их механическая прочность уменьшается, кроме того, они отличаются меньшей износостойкостью и большей стоимостью.

Для повышения прочности поршней из алюминиевого сплава и сохранения постоянства их размеров и форм поршни подвергают термической обработке — старению.

Чугунные поршни применяются, как правило, в двигателях с небольшим числом оборотов коленчатого вала (2000—2500 об/мин) или с большой нагрузкой на поршневую группу. Так, поршни дизелей ЯАЗ-М204 и ЯАЗ-М206 отлиты из специального ковкого чугуна большой прочности.

Для улучшения приработки поршней к цилиндрам двигателя их покрывают слоем олова толщиной 0,004—0,006 мм.

Поршень состоит из днища, головки. На внешней поверхности головки поршня проточены кольцерые канавки для поршневых колец. Поршень двигателя ГАЗ-53А имеет три кольца: два компрессионных и одно маслосъемное. Верхнюю часть поршня, где располагаются поршневые кольца, называют улотни-тельным поясом, так как кольца предотвращают прорыв газов между поршнем и цилиндром.

По окружности канавки, в которую устанавливается маслосъемное кольцо, просверлены сквозные отверстия для отвода масла в картер двигателя.

Юбка является направляющей поршня при движении его в цилиндре и, кроме того, передает боковое усилие от шатуна стенкам цилиндра.

На внутренней стороне юбки имеется два массивных прилива, называемых бобышками. Они соединяются ребрами с днищем поршня. В бобышках сделаны отверстия для установки пальца. В каждой бобышке проточена кольцевая канавка для размещения стопорного кольца. Иногда в бобышки поршня запрессовывают бронзовые втулки с винтовыми канавками на внутренней поверхности. Бронзовые втулки поршня являются подшипниками скольжения для пальца, а проточенные на них канавки служат для смазки пальца. Для упрочнения и лучшего отвода тепла днище поршня делают массивным (поршень дизеля ЯМЗ-236) или с внутренней стороны иногда усиливают ребрами (поршень дизеля ЯАЗ-М204). У большинства дизелей днища поршней охлаждаются маслом, поступающим из распылителей.

В четырехтактных карбюраторных двигателях применяются поршни с плоским днищем, получившие широкое распространение из-за простоты изготовления и меньшего нагрева при работе.

Поршень дизеля имеет фасонное днище, образующее камеру сгорания. Кольцевой выступ на днище поршня предотвращает осаждение топлива на стенках цилиндра в момент впрыска.

При нагреве поршень расширяется больше, чем цилиндр, и возникает опасность заклинивания поршня. Чтобы избежать подобных явлений и обеспечить нормальную работу двигателя, диаметр поршня должен быть меньше диаметра цилиндра, т. е. между поршнем и цилиндром должен быть диаметральный зазор. Если этот зазор большой, то из цилиндра в картер будут просачиваться газы, а в камеру сгорания из картера — масло. При холодном двигателе поршень будет стучать о стенки цилиндра и заметно возрастет износ сопрягаемых деталей. Чтобы устранить эти отрицательные явления, применяют поршни, у которых диаметр юбки больше диаметра головки; делают юбку разрезной, что повышает ее упругость; придают юбке овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца); применяют охлаждение поршней и т. п.

Юбка поршней двигателей М-21 и ГАЗ-53А имеет Т-образные разрезы; поршни других двигателей имеют только подрезку — дуговой вырез на головке, расположенный ниже колец, или другие разрезы юбок. Это дает возможность устанавливать поршни с малыми зазорами между юбкой и цилиндром. Поршни, на юбках которых имеются разрезы с одной стороны, устанавливаются в двигатель так, чтобы боковое давление при рабочем ходе испытывала та часть поршня, где нет разреза. Для правильной установки поршня в цилиндре на его днище иногда выбивают стрелки или слово «Перед».

Поршни двигателей ГАЗ-53А, М-21 и др. имеют разрезную коническую юбку овального сечения. Во время работы двигателя юбка нагревается, и несколько деформируется в направлении оси поршневого пальца, вследствие чего форма юбки приближается к цилиндрической и зазор между поршнем и цилиндром везде становится одинаково минимальным.

Для правильной установки поршней ГАЗ-53А на их боковой поверхности имеется надпись «Перед».

Юбка поршня двигателя ЗИЛ-130 не имеет разреза, но выполнена в виде конуса овального сечения. Разность между наибольшим и наименьшим диаметрами юбки этого поршня составляет 0,52 мм.

Для достижения равномерного бокового давления поршня на стенки цилиндра отверстие под поршневой палец располагают в середине поршня. В двигателе М-21 ось отверстия для поршневого пальца смещена на 1,5 мм вправо (по ходу автомобиля) от оси поршня. Вследствие этого в в. м. т. не происходит быстрого перебрасывания поршня от одной стенки цилиндра к другой, и стук поршня уменьшается.

Рис. 2. Поршень в сборе с шатуном:
а — дизеля ЯМЗ-236; б — дизеля ЯАЗ-М204; 1 — шатун; 2— втулка верхней головки шатуна; 3 — поршневой палец; 4 — стопорное кольцо; 5 — распылитель масла; в — поршень; 7 — компрессионные кольца; 8 — верхнее маслосъемное кольцо; 9 — нижнее маслосъемное кольцо; 10 — масло-дозирующая втулка; 11 — верхний вкладыш шатуна; 12 — замковая шайба; 13 — длинный болт; 14 — нижний вкладыш шатуна; 15 — короткий болт; 16 — верхнее компрессионное кольцо; 17 — заглушка поршневого пальца; 18 — расширитель маслосъемпого кольца: 19 — канал в стержне шатуна; 2С — ребра на днище поршня; 21 — кольцевой выступ на днище поршня