Während des Arbeitstakts eines Verbrennungsmotors wird die im Kraftstoff gebundene Energie im Zylinder in sehr kurzer Zeit in Wärme und Druck umgewandelt. Dieser Vorgang findet explosionsartig statt, wodurch die Temperatur- und Druckwerte im Zylinder in Sekundenbruchteilen sehr stark ansteigen. Unter einem Kolben versteht man im Maschinenbau einen beweglichen Bauteil des Brennraums, der zusammen mit dem Zylinder einen abgeschlossenen Hohlraum bildet. Der Kolben ist für die Abdichtung des Brennraumes verantwortlich.
Außerdem erfüllt der Kolben weitere wichtige Aufgaben. Er schließt den Brennraum ab, leitet die im Brennraum entstehende Wärme ab, unterstützt den Ladungswechsel und die Gemischbildung durch eine spezielle Form der brennraumseitigen Kolbenoberfläche.
Der Kolben ist in seiner Grundstruktur ein einseitig geschlossener Hohlzylinder, der aus Kolbennaben, Schaft und dem Kolbenboden mit Ringpartie besteht. Kolben für Hubkolbenmotoren werden heute überwiegend aus Aluminiumgusslegierungen erzeugt, wobei die Herstellung des Rohlings im Kokillenguss erfolgt.
Der Kolben ist den unterschiedlichsten Kräften ausgesetzt, da er sich bei laufendem Motor im Zylinder ständig auf und ab bewegt. Am jeweiligen Umkehrpunkt wird er stark abgebremst und dann wieder beschleunigt, wodurch Massenträgheitskräfte auf den Kolben wirken. Gemeinsam mit den vom Gasdruck erzeugten Kräften bilden sie die Kolbenkraft. Diese wird auf den Pleuel und auf die Kurbelwelle übertragen.
Der Pleuel steht jedoch nur im oberen und unteren Umkehrpunkt – auch Totpunkt genannt – exakt senkrecht. Durch die Schrägstellung des Pleuels wird der Kolben gegen die Zylinderwand gedrückt. Während eines Arbeitsspiels wechselt die Höhe dieser Kraft mehrfach ihre Richtung und ist abhängig von der Kolbenkraft und dem Winkel, in dem Kolbenboden und Pleuelachse zueinanderstehen. Die Seitenkraft lässt sich auch aus dem Kräfteparallelprogramm ableiten.
Jeder Kolben wird mit Kolbenringen ausgestattet. Der Kolbenring ist ein Dichtelement auf dem Kolben. Seine Aufgabe ist es, den Arbeitsraum abzudichten, die Verbrennungswärme aus dem Kolben zur gekühlten Zylinderwand abzuleiten und das Schmieröl zwischen der Lauffläche des Ringes und der Zylinderwand zu dosieren.
Der Kolbenhub ist in der Kolbenmaschine die Strecke, die der Kolben vom oberen Umkehrpunkt seiner Auf- und Abbewegung bis zum unteren Totpunkt zurücklegt. Diese Strecke wird durch den Kurbelradius der Kurbelwelle bestimmt.