Поршневая группа является составляющим элементом кривошипно-шатунного механизма. Ее эффективная работа возможна лишь при согласованном взаимодействии со всеми элементами КШМ: неподвижными – цилиндром и головкой цилиндра, подвижными – шатунной группой и группой коленчатого вала. Иногда поршневую группу рассматривают вместе с цилиндром и называют цилиндропоршневой.

В процессе работы двигателя элементы поршневой группы подвержены воздействию высоких переменных механических (от давления газов и инерционных сил) давлений и тепловых нагрузок, вызывающих значительные деформации и напряжения в деталях, а также высокие удельные давления в сопряженных подвижных элементах. При этом возрастают потери на трение, что может привести к задирам и заклиниванию поршня в цилиндре.

В большинстве случаев надежность поршневой группы определяет надежность всего двигателя.

Поршневая группа включает поршень, поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные), поршневой палец и элементы, ограничивающие его осевые перемещения (для пальца плавающего типа).

Поршень обеспечивает необходимую для эффективной организации рабочего процесса форму камеры сгорания. Его днище воспринимает давление газов, развивающееся в надпоршневом пространстве при реализации в нем рабочего цикла, и через палец передает усилие на шатун.

Для предотвращения утечек рабочего тела из камеры сгорания в картер используются компрессионные кольца, образующие лабиринтное уплотнение надпоршневого пространства.

Так как для уменьшения потерь на трение стенки цилиндра со стороны картера орошаются маслом, то для предупреждения попадания избыточного количества масла со стенок цилиндра в камеру сгорания используются маслосъемные кольца.

Наличие зазора между поршнем и цилиндром при изменении направления боковой силы N приводит к поперечным смещениям поршня – его перекладкам. Интенсивность этого процесса определяется зазором, скоростью изменения силы N в момент перекладки, положением центра масс поршня относительно оси пальца, общей высотой поршня и другими его конструктивными параметрами. За цикл работы двигателя процесс перекладки поршня происходит всякий раз при изменении знака силы N. Наибольшая интенсивность ударного взаимодействия поршня с гильзой при перекладке имеет место в начале такта расширения в зоне ВМТ, что вызывает повышенный шум и вибрацию двигателя, износ, увеличение расхода масла и высокочастотную вибрацию гильз, сопровождающуюся кавитационной эрозией их наружных поверхностей.

Поверхности деталей поршневой группы, формирующие объем камеры сгорания, подвергаются интенсивному эрозионному и коррозионному износу. Контактирующие поверхности сопряженных подвижных элементов, движущихся с большими относительными скоростями в условиях ограниченного смазывания в присутствии абразива, подвержены механическому износу.

Механические потери на трение поршневой группы составляют 45...65 % от суммарных потерь на трение в двигателе, из них до 50 % приходится на долю поршневых колец.

Для поршней современных автотракторных двигателей характерны следующие эксплуатационные дефекты: эрозионный износ и разрушение поверхностей верхней кольцевой канавки; разрушение днища поршня в результате образования трещин на кромках камеры сгорания, а также его обгорание и прогорание; интенсивное отложение нагара на элементах головки поршня; потеря подвижности первого компрессионного кольца; потеря упругости и пригары колец; наволакивание металла и задиры на элементах пнлиндропоршневой группы; износ торцовых поверхностей колец и боковых поверхностей юбки; образование трещин в бобышках поршня.

Данные дефекты приводят к ухудшению мощностных, экономических и токсических показателей работы двигателя, вплоть до выхода его из строя.

Функциональное назначение, условия работы и характерные дефекты предопределяют следующие конструктивные и технологические требования к элементам поршневой группы: надежная герметизация внутрицилиндрового пространства – утечки рабочего тела в картер не должны превышать 0,5...1 % от расхода воздуха; предотвращение попадания чрезмерного количества масла в камеру сгорания – расход масла на угар должен быть не более 0,3...0,6% от удельного эффективного расхода топлива; низкая тепловосприимчивость поверхности днища поршня и эффективный теплоотвод от днища поршня в стенки цилиндра; минимально возможная конструктивная масса при достаточной прочности, жесткости и малой деформации деталей; небольшие потери на трение элементов поршневой группы и их высокая износостойкость.