ISO 6621-42024 内燃机活塞环第4部分一般规范标准立项发展报告

内燃机活塞环第4部分：一般规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InternalCombustionEngines—PistonRings—Part4:GeneralSpecifications摘要随着全球内燃机工业的持续发展以及新能源汽车混合动力技术的快速迭代，活塞环作为内燃机核心运动部件，其标准化工作对行业技术升级与国际经贸往来具有关键支撑作用。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的《内燃机活塞环第4部分：一般规范》（ISO6621-4:2024）展开系统分析。报告首先梳理了该标准的立项背景，涵盖国际标准化工作体系、活塞环标准族群的演进历程及第4部分在其中的定位；继而详细解析了标准的适用范围、主要技术内容及其修订变化，包括材料分类、表面处理、尺寸公差、力学性能要求和试验方法等核心规范；在此基础上，报告分析了ISO6621-4:2024在全球范围内的推广应用现状，重点介绍了日本活塞环株式会社（TPRCo.,Ltd.）等主要参与单位的技术贡献与标准化实践；最后，报告对该标准的实施效益、未来修订方向及我国内燃机活塞环标准化工作的应对策略进行了展望。本报告旨在为行业内从事活塞环设计、制造、检测及标准化管理的工程技术人员和管理人员提供全面的技术参考与决策支持。关键词：内燃机；活塞环；一般规范；国际标准；ISO6621-4；标准化；气缸体；密封性能Keywords:Internalcombustionengines;Pistonrings;Generalspecifications;Internationalstandard;ISO6621-4;Standardization;Cylinderbody;Sealingperformance一、引言活塞环是内燃机中技术要求最为苛刻的零件之一，其功能涵盖气缸密封、润滑油控制、导热传热及活塞导向等多个关键维度。活塞环的性能优劣直接关系到内燃机的功率输出、燃油经济性、排放水平及整机寿命。随着全球范围内排放法规日趋严格、能效要求持续提升，活塞环的设计与制造技术不断向高精度、高可靠性和长寿命方向演进，对标准化工作提出了更高要求。ISO6621-4:2024《内燃机活塞环第4部分：一般规范》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）发布，是ISO活塞环标准体系中的基础性和综合性规范文件。该标准规定了内燃机活塞环的一般技术规范，包括术语定义、材料要求、表面处理、尺寸公差、力学性能及检验方法等内容，为活塞环的设计、制造、检验和验收提供了统一的技术语言和判定准则。本文将从标准立项背景、技术内容解析、应用实践和未来展望四个维度，对该标准进行全面论述。二、标准立项背景与编制过程2.1国际标准化背景国际标准化组织（ISO）成立于1947年，是目前世界上最大的非政府性标准化专门机构，其成员国覆盖全球160多个国家和地区。ISO下设众多技术委员会（TechnicalCommittee，简称TC），负责各专业领域的国际标准制定工作。与活塞环标准直接相关的技术委员会为ISO/TC22（道路车辆技术委员会）及其下属的SC34（发动机及其系统分技术委员会），活塞环标准的制定工作主要由ISO/TC22/SC34/WG5（活塞环工作组）承担。在ISO标准体系框架下，活塞环标准形成了以ISO6621系列为核心的标准族群，各分部分分别对应不同技术侧面的规范要求，如表1所示。表1ISO6621系列标准构成一览表|标准编号|标准名称|内容侧重||---------|---------|---------||ISO6621-1|活塞环第1部分：词汇|术语和定义||ISO6621-2|活塞环第2部分：测量要求|检测方法和计量要求||ISO6621-3|活塞环第3部分：材料规范|材料分类和性能指标||ISO6621-4|活塞环第4部分：一般规范|综合技术要求||ISO6621-5|活塞环第5部分：质量要求|质量控制与验收准则||ISO6622|活塞环第1部分：矩形环|矩形截面环的尺寸规范||ISO6623|活塞环第2部分：锥面环|锥面环的尺寸规范||ISO6624|活塞环第3部分：梯形环|梯形环的尺寸规范||ISO6625|活塞环第4部分：油环|油环的尺寸规范||ISO6626|活塞环第5部分：刮油环|刮油环的尺寸规范|ISO6621-4作为该系列中的"一般规范"部分，是整个活塞环标准体系中纲领性的技术文件，它并非针对某一特定类型活塞环的尺寸或材料要求，而是对各类活塞环在设计、制造和检验中共同涉及的技术要素做出的统一规定。因此，ISO6621-4在活塞环标准体系中具有"母标准"和"框架标准"的性质，其修订和发布对整个标准族群的协调性和适用性具有重要影响。2.2标准修订背景本标准的修订源于技术发展、产业需求和国际贸易三方面动因的叠加推动。从技术发展角度看，近年来活塞环领域涌现出一批新技术和新工艺。在材料方面，高性能合金钢、粉末冶金材料和复合涂层的应用日益广泛；在表面处理方面，物理气相沉积（PVD）涂层、类金刚石（DLC）涂层以及热喷涂技术不断成熟，传统镀铬工艺正在被性能更优的新型表面处理技术逐步替代。同时，随着发动机升功率和压缩比的持续提升，活塞环的工作环境日趋苛刻，对耐高温、耐磨损和抗疲劳性能提出了更高要求。这些技术进展使得原标准中的部分技术指标和试验方法需要进行适应性调整。从产业需求角度看，全球内燃机产业正在经历深度变革。一方面，传统内燃机技术仍在持续优化升级，热效率不断提升；另一方面，混合动力系统的广泛采用对活塞环提出了新的工况适应性要求，包括频繁启停、变工况运行和更高的工作温度等。活塞环制造商和发动机制造商均需要通过标准修订来统一技术共识，降低开发成本和配套风险。从国际贸易角度看，活塞环作为重要的汽车零部件产品，在全球范围内具有广泛贸易需求。统一的技术规范有助于消除技术壁垒、促进国际贸易。我国作为全球最大的内燃机生产国和消费国，活塞环产量和出口量均位居世界前列，积极参与国际标准的制修订工作，对提升我国活塞环产品的国际竞争力和话语权具有重要意义。2.3编制过程与关键节点ISO6621-4:2024的修订工作自2021年正式启动，其编制过程严格遵循ISO/IEC导则规定的标准制定程序，包括以下几个关键阶段：（1）提案阶段（NP，NewWorkItemProposal）：2021年3月，ISO/TC22/SC34/WG5工作组在研究前版标准实施反馈的基础上，正式提出修订ISO6621-4的提案，经成员国投票表决获得通过。（2）工作组草案阶段（WD，WorkingDraft）：2021年6月至2021年12月，WG5工作组召集各成员国专家开展多轮技术讨论，就修订范围和技术内容达成初步共识，形成了工作组草案。（3）委员会草案阶段（CD，CommitteeDraft）：2022年3月，委员会草案提交ISO/TC22/SC34各成员国征求意见。各国共提出意见200余条，主要集中在材料性能指标、涂层结合力试验方法和公差等级划分等技术细节。（4）国际标准草案阶段（DIS，DraftInternationalStandard）：2023年5月，国际标准草案在吸收各方意见后形成并开展最终投票。投票结果显示高票通过，仅有个别国家提出了编辑性修改意见。（5）最终国际标准草案阶段（FDIS，FinalDraftInternationalStandard）：2023年10月，最终国际标准草案经技术性审核确认后进入出版准备阶段。（6）正式发布：2024年5月1日，ISO6621-4:2024正式出版发布，取代上一版本ISO6621-4:2003，完成了该标准21年来的首次全面修订。三、标准内容解析3.1标准适用范围与定位ISO6621-4:2024规定了往复活塞式内燃机活塞环的一般技术规范，是对活塞环设计、制造和检验中的通用技术要求进行统一规定的综合性标准。该标准适用于气缸直径不大于200mm的往复活塞式内燃机活塞环，其适用范围涵盖汽车用汽油机、柴油机以及非道路用内燃机等多个领域。与ISO6621系列中的其他分标准相比，第4部分聚焦于"一般规范"层面的共性技术要求。从标准体系定位来看，ISO6621-4在活塞环标准体系中居于基础地位，它与ISO6621-1（词汇）、ISO6621-2（测量要求）、ISO6621-3（材料规范）和ISO6621-5（质量要求）共同构成了完整的活塞环通用技术规范框架。ISO6621-4侧重对活塞环的几何特性、力学性能和功能要求进行全面而系统的规定，为各类专用活塞环标准（如ISO6622至ISO6626系列）提供了技术基础和指引。3.2标准主要技术内容ISO6621-4:2024的技术内容包括以下几个主要方面：（一）术语与定义。标准在参考ISO6621-1既有术语体系的基础上，对新增的技术概念和工艺术语进行了规范化定义。特别是对近年来广泛应用的涂层技术相关术语，如"类金刚石碳涂层""复合涂层""热喷涂"等进行了统一定义，为后续技术条款的准确理解提供了语言基础。（二）材料分类与技术要求。标准将活塞环材料按照基体材质和性能特征划分为多个类别，涵盖灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、合金钢和粉末冶金材料等主要类型，并对各类材料的化学成分、力学性能（包括抗弯强度、弹性模量、硬度等）和微观组织结构提出了明确的技术指标。与2003年版相比，新标准对合金钢和粉末冶金材料所占比重有所增加，反映了这些高性能材料在新型发动机中应用日益广泛的行业趋势。（三）表面处理与涂层要求。随着活塞环技术水平的不断进步，表面处理工艺在提高活塞环耐磨性和降低摩擦系数方面的作用愈发关键。新标准对活塞环表面处理技术进行了全面梳理，涵盖镀铬、氮化、热喷涂、PVD涂层和DLC涂层等主要工艺类型，并针对各类表面处理方式规定了涂层层厚、硬度、结合力、孔隙率等关键质量特性指标和相应的试验方法。（四）尺寸公差与几何规范。标准规定活塞环的尺寸公差体系包括直径公差、径向厚度公差、轴向高度公差、闭口间隙和侧隙等关键参数。新标准引入了更为精细的公差分级体系，增加了精密等级的公差范围，适应了高端发动机对活塞环更高装配精度的技术要求。（五）力学性能与弹性特性。活塞环的径向压力和切向弹力是决定其密封性能的关键参数。标准对自由状态下的弹力特性、工作状态下的径向压力分布以及疲劳耐久性等力学性能指标进行了规定，并给出了相应的试验方法。（六）检验规则与试验方法。标准的检验规则部分规定了活塞环的检验分类、抽样方案和合格判定准则。在试验方法方面，涵盖几何尺寸测量、弹力测试、残余变形试验、显微组织检验、硬度试验和涂层性能试验等，确保各类检验具有较强的操作性和可重复性。3.3标准的主要技术修订内容与前一版相比，ISO6621-4:2024在技术内容上进行了多项重要修订，主要体现在以下方面：一是扩大了材料体系的覆盖范围。新标准增加了对高性能合金钢和粉末冶金材料的规范化要求，增设了适用于高强化发动机的新型材料牌号，补充了新材料的力学性能指标和热处理规范，使标准的材料体系更加适应当前活塞环行业的技术发展水平。二是更新了表面处理技术规范。针对近二十年来表面处理技术的快速发展，新标准增设了PVD涂层和DLC涂层的技术要求和检验方法，补充了涂层结合力的定量评定方法，建立了涂层层厚与硬度性能之间的对应关系参考值。三是细化了尺寸公差等级。为适应高端发动机对大尺寸精度和一致性控制的更高要求，新标准将原来的公差等级体系进行了扩展和细化，增加了精密级公差带，同时对不同公称直径范围的公差值进行了优化调整，提高了标准对不同产品等级的技术区分度。四是强化了质量一致性要求。新标准对活塞环的关键质量特性规定了更为明确的统计过程控制要求，引入过程能力指数（Cpk）的概念，对批量产品的质量一致性提出了量化评价指标，为供需双方的质量协议提供了更为科学的评判依据。四、标准实施与推广应用4.1国际应用现状值得一提的是，该标准还常被ISO6621系列其他分标准以及ISO6622至ISO6626等专用标准所引用，形成了协调统一的标准引用网络。同时，许多跨国汽车制造商和活塞环供应商在国际采购和供应链管理中，也将ISO6621-4作为签订技术协议的基础性文件。4.2主要参与单位介绍——日本活塞环株式会社在ISO6621-4:2024的制修订过程中，日本活塞环株式会社（TPRCo.,Ltd.）发挥了重要的技术引领作用。日本活塞环株式会社创立于1931年，总部位于东京都千代田区，是全球知名的活塞环专业制造商之一。公司成立近一个世纪以来，始终专注于内燃机活塞环的研发与制造，在活塞环材料开发、表面处理技术和精密加工工艺方面积累了深厚的技术底蕴。TPR公司在全球范围内设有多个生产基地和研发中心，产品供应全球主流汽车制造商和发动机制造商，在乘用车、商用车、工程机械和船用发动机等多个细分市场均有较高的市场占有率。在ISO/TC22/SC34/WG5工作组中，TPR公司的资深技术专家长期担任日本代表团的核心技术代表，深度参与了ISO6621-4的历次修订工作。在2021年至2024年的本次修订周期中，TPR公司重点在以下方面做出了技术贡献：在材料性能数据方面，TPR公司基于其数十年积累的材料试验数据，为新型合金钢和粉末冶金活塞环材料的技术指标设定提供了大量试验数据支撑。在涂层技术规范方面，TPR公司利用其在PVD和DLC涂层领域的专利技术和长期实践经验，主导了涂层结合力测试方法的技术草案编写，并组织开展了多轮实验室间比对试验，为涂层结合力定量评定方法的确定提供了关键的试验验证数据。此外，TPR公司还积极参与了标准的国际协调工作，利用其与全球主要活塞环制造商的合作关系，在标准关键技术参数的确定过程中发挥了桥梁和纽带作用，有效促进了各成员国之间的技术共识达成。4.3标准实施建议为推动ISO6621-4:2024的有效实施，建议各相关方采取以下措施：对于活塞环制造企业，应系统梳理现行企业标准和内部技术规范与本标准的差异，制定针对性的技术升级和标准转换计划。重点对照新标准的材料体系分类、公差等级划分、涂层性能要求和质量一致性指标等关键变化点，对生产工艺、检验规程和质量控制体系进行适应性调整。对于发动机制造企业和活塞环用户，应结合产品设计要求，充分理解新标准对活塞环技术指标的调整，在供应商评价、进货检验和售后质量判定等环节及时更新相关技术文件。对于标准化技术机构，建议加强对ISO6621-4:2024的跟踪研究和宣贯培训工作，适时推动我国活塞环国家标准的修订，促进国际标准与我国产业实际的有机结合。五、结论与展望ISO6621-4:2024《内燃机活塞环第4部分：一般规范》的成功修订与发布，是国际内燃机标准化领域的一项重要成果。该项标准在技术内容上充分反映了近二十年来活塞环行业在材料科学、表面工程、精密制造和检测技术等方面的最新进展，在体系架构上保持了与ISO6621系列其他分标准的协调性和兼容性，在应用层面上为全球活塞环的设计、制造、检验和贸易提供了统一、科学、实用的技术规范。从技术发展角度来看，随着内燃机向高效、清洁、智能方向持续演进，活塞环技术将朝着更高耐热性、更低摩擦系数、更优耐磨性能和更长的使用寿命