Днище поршня карбюраторных двигателей плоское, поэтому проще в изготовлении и меньше нагревается при работе. Днище поршня двухтактных двигателей для лучшей продувки цилиндров выпуклое. В днище поршня дизелей имеется выемка — часть камеры сгорания. Форма выемки способствует лучшему перемешиванию воздуха с поступающим в цилиндр топливом и более полному его сгоранию. Для улучшения смесеобразования камеру сгорания смещают от оси поршня на 1…3 мм в сторону форсунки, а для увеличения прочности и улучшения отвода теплоты днище поршня делают массивным и с внутренними ребрами.

Головка поршня имеет четыре (в дизелях) или три (в карбюраторных двигателях) канавки под кольца. Вместе с кольцами она служит уплотняющей частью поршня. В нижней канавке и под ней просверлены отверстия 5 для отвода масла, снимаемого кольцом со стенок цилиндра. В головке поршня дизелей СМД-62, КамАЗ-740, СМД-18Н, Д-245 имеется чугунная или стальная вставка под верхнее поршневое кольцо. Она в 2…3 раза уменьшает изнашивание канавки по высоте.

В приливах под головкой поршня (бобышках) сделаны отверстия под поршневой палец и для подвода масла к нему, а также кольцевые канавки для стопорных колец. У поршней некоторых Двигателей с наружной стороны бобышек выполнены неглубокие выемки — холодильники. В них накапливается масло, охлаждающее бобышки.

Юбка поршня направляет движение поршня в цилиндре. В дизелях А-41, Д-240, ЯМЗ-240Б и Д-144 на ней проточена канавка для пятого поршневого кольца. Иногда нижний торец юбки выполнен в виде скребка, счищающего масло с зеркала цилиндра. Нижняя утолщенная часть придает ей жесткость.

Юбка поршня некоторых дизелей под бобышками укорочена. Благодаря этому снижается масса, а щеки коленчатого вала не задевают за поршень. Юбку делают конусной или бочкообразной, овальной в сечении, а у карбюраторных автомобильных двигателей еще и с разрезами. Это позволяет получить наименьший зазор между ней и стенками цилиндра в холодном двигателе и предупредить заклинивание поршня при его нагревании.

У нагревшегося во время работы поршня форма юбки приближается к цилиндрической, а зазор становится минимальным. Разрез юбки несколько ослабляет ее прочность, поэтому при установке поршня в цилиндр разрез нужно расположить со стороны наименьшего давления на цилиндр.

Некоторые конструктивные особенности. Для свободного перемещения поршня в цилиндре между ними имеется зазор, который выбирают так, чтобы расширяющийся от нагревания поршень не заклинило в цилиндре и было обеспечено образование масляной пленки. Излишне большой зазор может вызвать стук поршня о стенку цилиндра. Так как верхняя часть поршня нагревается больше нижней, вверху диаметр его несколько меньше, чем внизу.

Поверхность поршня нередко покрывают тонким слоем олова, чтобы улучшить его приработку и уменьшить изнашивание в первоначальный период работы. По массе, диаметрам юбки и отверстия под поршневой палец поршни делятся на несколько групп. Метки группы проставлены на днище поршня. На двигатель ставят поршни и цилиндры одинаковых групп. На некоторых поршнях имеются стрелки или иные обозначения, указывающие правильное расположение поршня в цилиндре.

Поршневые кольца. От их состояния зависят работоспособность и длительность нормальной работы двигателя. На поршне установлено от трех до пяти колец (рис. 2).

Компрессионные кольца установлены в верхней части поршня и нужны для уплотнения между цилиндром и поршнем. Они свободно входят в канавки поршня, но не пропускают газы из надпоршневого пространства в картер, и передают теплоту от нагретого поршня охлаждаемым стенкам цилиндра.

Кольца отливают из специального чугуна. Наружный диаметр кольца, имеющего вырез в стыке (замок), больше внутреннего диаметра цилиндра и свободно входит в канавку поршня. При установке поршня с кольцами в цилиндр за счет выреза их сжимают. Силой упругости, а также давлением газов, проникающих в канавку поршня, кольцо плотно, без просвета, прижимается к зеркалу цилиндра по всей окружности.

В сечении поршневые кольца имеют разную форму. Верхнее кольцо наиболее нагружено от давления газов, сильно нагревается и работает при недостаточном смазывании. Оно прямоугольного сечения и прижимается к зеркалу цилиндра всей рабочей поверхностью. Чтобы эта поверхность кольца истиралась меньше, ее покрывают тонким пористым слоем хрома. Хром стоек против истирания, а его поры заполняются маслом. Кольцо тоже прямоугольного сечения, но с внутренней выточкой или фаской. Сопротивление изгибу такого кольца в верхней части уменьшается благодаря выточке. Поэтому при установке в цилиндр кольцо «скручивается» и прижимается к зеркалу цилиндра нижней кромкой. При этом края его торца упираются в верхнюю и нижнюю плоскости канавки, чем устраняется осевое перемещение кольца в ней, а его уплотняющее действие улучшается.

Кольцо — прямоугольное, но с небольшим наклоном рабочей поверхности. Рабочая поверхность кольца 4 бочкообразной формы и хромирована, поэтому лучше скользит по масляной пленке зеркала цилиндра; соприкасающиеся поверхности изнашиваются меньше.

Рабочая поверхность кольца наклонена под углом от 30’ до 90’, поэтому кольцо называется «минутным». У кольца наклон рабочей поверхности больше (до 10°). При движении поршня вверх масляная пленка, имеющаяся на зеркале цилиндра, подобно клину отжимает такое кольцо от поверхности трения, а при движении поршня вниз кольцо счищает масло с этой поверхности.

В кольце имеется проточка на нижней рабочей поверхности. Так образуется скребок для лучшего снятия масла с зеркала цилиндра. Сечение кольца представляет собой одностороннюю трапецию с наклоном к центру кольца. Трапециевидные кольца лучше прилегают к зеркалу и при появлении нагара в канавках не заклинивают в них.

Во время движения поршня кольца прижимаются то к верхним, то к нижним плоскостям канавок и создают этим необходимое уплотнение, препятствующее прорыву газов в картер через канавки. Однако при этом компрессионные кольца могут перекачивать в камеру сгорания масло, снимаемое ими со стенок цилиндра: когда поршень движется вниз, масло собирается в зазоре между кольцом и нижней плоскостью канавки, а когда перемещается вверх, это масло выдавливается в зазор между кольцом и верхней плоскостью канавки. Разрежение в цилиндре при такте впуска тоже способствует этому.

Маслосъемное кольцо установлено ниже компрессионных и необходимо для предотвращения чрезмерного поступления масла в камеру сгорания. Оно направляет снятое со стенок цилиндра масло в картер. Масло будет сниматься больше,

если увеличить удельное давление кольца на зеркало цилиндра. Для этого сечение кольца коробчатое. Сила упругости этого широкого кольца передается зеркалу цилиндра через две узкие рабочие кромки, между которыми имеется проточка и сквозные щели для отвода масла в картер.

В некоторых двигателях давление кольца на стенку цилиндра повышают установкой в канавку пружинящего радиального расширителя А в форме многогранника. Вместо одного кольца коробчатого сечения в канавку ставят два кольца 10 скребкового типа, иногда с общим радиальным расширителем.

В качестве радиального расширителя используют также упругую витую пружину Б с пропущенной в нее стальной проволокой.

Маслосъемное кольцо — сборное, состоит из двух тонких с хромированными рабочими кромками разрезных колец В, распираемых осевым Г и радиальным А расширителями. Вместо двух расширителей А и Г иногда ставят один тангенциальный расширитель Д.

В замках поршневых колец, вставленных в цилиндр, должен быть зазор для их расширения (удлинения) при нагревании. Чтобы Затруднить прорыв газов через этот зазор, его делают как можно меньшим, а замки соседних колец разводят в противоположные стороны по окружности, но так, чтобы они не оказались против бобышек поршня. На каждом изучаемом двигателе имеется свой набор поршневых колец (форма их сечения рассматривается на лабо-раторно-практических занятиях).