ISO 6626-22024 内燃机活塞环第2部分铸铁制窄宽度螺旋弹簧加载控油环标准立项发展报告

内燃机活塞环第2部分：铸铁制窄宽度螺旋弹簧加载控油环标准立项发展报告EnglishTitleStandardizationDevelopmentReport:InternalCombustionEngines—PistonRings—Part2:Coil-Spring-LoadedOilControlRingsofNarrowWidthMadeofCastIron摘要活塞环作为内燃机核心运动部件之一，其性能直接关系到发动机的功率输出、燃油经济性及排放水平。其中，控油环承担着控制润滑油消耗、维持气缸壁面油膜的关键功能，对发动机全寿命周期的可靠性具有决定性影响。随着全球范围内排放法规持续加严与内燃机热效率不断攀升，对控油环的控油精度、耐磨性能及结构紧凑性提出了更高要求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年7月1日正式发布了ISO6626-2:2024《内燃机活塞环第2部分：铸铁制窄宽度螺旋弹簧加载控油环》标准，该标准取代了此前的ISO6626-2:2011版本。新标准在继承原有技术框架的基础上，结合近年来材料科学、精密铸造工艺及表面处理技术的发展成果，对窄宽度铸铁螺旋弹簧加载控油环的结构型式、尺寸公差、材料性能及检验方法进行了系统修订与技术升级。本报告对该标准的立项背景、编制依据、技术内容及行业应用前景进行全面梳理与分析。报告指出，新标准进一步细化了铸铁材质的显微组织要求和力学性能指标，完善了螺旋弹簧的几何精度与弹性衰减试验方法，并针对窄宽度环的结构特点优化了闭口间隙与径向压力的检测规范。同时，标准在术语定义、标注方法及包装标识等方面与ISO6626系列其他部分保持了一致性与协调性。本标准的发布实施将为全球内燃机制造商、活塞环生产企业及零部件供应商提供统一的技术依据，有力推动活塞环产品的国际互换性与质量一致性，对促进内燃机行业的技术进步和国际贸易便利化具有重要的支撑作用。关键词：内燃机；活塞环；控油环；铸铁；螺旋弹簧；国际标准；窄宽度Keywords:Internalcombustionengines;Pistonrings;Oilcontrolrings;Castiron;Coilspring;Internationalstandard;Narrowwidth1引言1.1研究背景内燃机作为当前及未来相当长时期内陆路交通运输、工程机械及发电设备的主要动力装置，其热效率提升与排放控制始终是行业技术攻关的核心方向。活塞环-缸套摩擦副是内燃机中工作条件最为苛刻的摩擦副之一，其摩擦损失约占整机机械损失的25%~50%。在活塞环组中，控油环的作用在于将气缸壁上多余的润滑油刮回油底壳，同时保证活塞环与缸套之间形成必要的润滑油膜。控油环的性能优劣直接决定了发动机的机油消耗率（OilConsumptionRatio）和排放颗粒物中的灰分含量，进而影响后处理系统的耐久性。随着发动机升功率不断增大和排放法规（如欧Ⅶ、国七、EPA2027等）对颗粒物数量（PN）和颗粒物质量（PM）的限值持续收紧，采用窄宽度设计以减小环的往复质量和摩擦功已成为技术发展趋势。螺旋弹簧加载控油环因其径向压力分布均匀、适应性好、刮油能力强等特点，在窄宽度设计中得到了广泛应用。1.2标准修订的必要性ISO6626-2标准的上一个版本发布于2011年，距今已逾十年。在这十余年间，活塞环制造领域取得了多项重要技术进步，主要体现在以下方面：-材料技术方面：高碳合金灰铸铁和可锻铸铁的合金化设计及热处理工艺不断优化，材料的抗弯强度、弹性模量和耐磨性均有显著提升，原有标准的材料性能指标已不能完全反映当前技术水平。-精密加工方面：数控仿形车削、高速磨削及激光加工等精密制造技术的应用，使得窄宽度环（环高≤3mm）的加工精度可稳定控制在微米级，原有公差带显得过于宽泛。-螺旋弹簧技术方面：弹簧钢丝的材料等级提高，缠绕及端部处理工艺改进，弹簧的载荷衰减率大幅降低，原有弹性衰减试验方法已无法满足精确评估的要求。-检测手段方面：光学投影测量、三坐标测量及计算机断层扫描（CT）等无损检测技术的普及，为活塞环几何参数的精密检测提供了更丰富的手段。-国际协调方面：ISO/TC22/SC34（道路车辆-发动机系统分技术委员会）和ISO/TC22/SC41（内燃机分技术委员会）的组织架构调整，以及各成员国在活塞环标准体系上的协调需求，要求本标准与其他ISO6626系列标准保持同步更新。1.3标准编制依据本标准的修订工作严格遵循ISO/IEC导则第2部分的编写规则，并参考了以下权威文件和标准：-ISO6621-1：活塞环第1部分：词汇-ISO6621-2：活塞环第2部分：检验规则-ISO6621-3：活塞环第3部分：材料规格-ISO6621-4：活塞环第4部分：质量要求-ISO6623：活塞环刮油环-ISO6624-1：活塞环第1部分：梯形环-ISO6625：活塞环控油环-SAEJ2813：活塞环试验方法-JISB8032：日本工业标准活塞环本标准由ISO/TC22/SC41内燃机分技术委员会（前身为ISO/TC22/SC5）归口管理，由来自中国、德国、日本、美国、意大利、印度、韩国等主要活塞环生产国的专家共同参与起草。德国联邦物理技术研究院（PTB）和中国的上海内燃机研究所等机构在新标准的技术试验验证工作中承担了重要任务。2标准技术内容概述2.1适用范围ISO6626-2:2024规定了铸铁制窄宽度螺旋弹簧加载控油环的尺寸特征、材料要求、检验方法及标记方式。该标准适用于气缸直径从约30mm至200mm范围内的往复式内燃机用窄宽度螺旋弹簧加载控油环。所谓"窄宽度"通常指环高不大于4mm的控油环结构。标准中涉及的活塞环为整体式铸铁环体与螺旋弹簧的组合结构。2.2结构型式与分类本标准按环体截面形状和弹簧布置方式，将窄宽度铸铁螺旋弹簧加载控油环划分为以下主要型式：-类型A：单刃口等截面环，环体截面形状对称，刮油刃口位于环外圆中间位置，适用于中小缸径发动机。-类型B：双刃口非对称截面环，刮油刃口偏向环的下侧，具有更好的单向刮油特性，适用于高转速发动机。-类型C：带集油槽结构的环体，在环外圆面上设有周向储油槽，可容纳刮下的润滑油并辅助散热。各类型的结构尺寸、公差及表面处理要求的详细规定在标准的正文和附录中给出。标准的图样部分以精密工程图的形式给出了环体截面的详细几何尺寸标注方法。2.3材料与性能要求2.3.1环体材料标准明确规定环体采用合金灰铸铁或合金可锻铸铁制造，其化学成分应符合以下要求：-碳（C）：2.8%~3.6%-硅（Si）：1.8%~3.0%-锰（Mn）：0.5%~1.2%-磷（P）：≤0.35%-硫（S）：≤0.12%-合金元素（Cr、Mo、Ni、Cu、V等）：根据需要适量添加显微组织方面，基体应为细片状珠光体或索氏体，石墨形态应为细小的A型片状石墨或团聚状石墨，不允许有游离渗碳体和粗大的铁素体晶粒存在。硬度要求为98~108HRB（或等效的布氏硬度值）。抗弯强度不低于450MPa。弹性模量不低于90GPa。2.3.2螺旋弹簧材料螺旋弹簧采用油淬火回火弹簧钢丝或碳素弹簧钢丝制造，钢丝直径通常为0.3mm~1.2mm，抗拉强度不小于1800MPa。弹簧的绕制方向应与活塞环在气缸内的运动方向相匹配，即弹簧的螺旋方向应保证环在往复运动时不会发生弹簧的松弛或脱落。2.4尺寸公差标准对窄宽度控油环的关键尺寸给出了严格的公差要求，主要参数包括：-环高（h）：对于名义环高≤3mm的环，公差为±0.010mm；对于环高3mm~4mm的环，公差为±0.015mm。-径向壁厚（a）：径向壁厚公差为±0.20mm，且应保证环体各点壁厚的均匀性要求。-闭口间隙（s）：在标准量规中测量时，闭口间隙的公差范围为名义值±0.20mm。-自由开口尺寸（S）：自由开口尺寸的公差为名义值的±15%。-扭曲度（Twist）：环体在自由状态下的扭曲度不应超过0.10mm，装配后扭曲度不应超过0.05mm。2.5螺旋弹簧加载特性要求螺旋弹簧的加载特性是本标准的核心技术内容之一，主要包括以下要求：-径向压力分布：装配状态下环对缸壁的接触压力应均匀分布，各弧段压力偏差不超过平均值的±20%。-切向力（Ft）：环的切向力应在规定的公差范围内，切向力的名义值根据环的名义直径和环高由公式计算确定。-弹簧弹性衰减：在模拟发动机工况的疲劳试验中，经过10⁷次循环加载后，弹簧的弹性力衰减不应超过初始值的10%。-弹簧端部连接：弹簧端部的对接或搭接结构应保证在工作状态下不发生脱开或重叠。2.6表面处理标准规定了环体外圆面应进行镀铬、氮化、钼涂层或磷化等表面处理，以增强耐磨性和抗拉缸性能。具体表面处理方法及镀层厚度的选择应根据发动机工况条件由供需双方协商确定。标准附录中给出了各种典型表面处理的推荐厚度范围和硬度要求。2.7检验规则标准的检验规则分为型式检验和出厂检验两类：-型式检验：包括环体材料的力学性能试验、显微组织检查、尺寸精度全面检测、径向压力分布测试、切向力测试、弹性衰减试验等。下列任一情况发生时须进行型式检验：新产品定型、材料或工艺重大变更、批量恢复生产时。-出厂检验：每批产品须进行的检验项目包括：外观质量（目视检查）、关键尺寸（环高、径向壁厚、闭口间隙）、硬度抽检等。出厂检验的抽样方案应符合ISO6621-3的规定。3标准的主要技术变化与ISO6626-2:2011相比，ISO6626-2:2024在以下关键方面进行了重大技术调整：3.1材料性能指标的提升2011版标准中环体材料的抗弯强度要求为≥400MPa，2024版将其提升至≥450MPa。同时，新增了对材料弹性模量的明确要求（≥90GPa），以更好地保证窄宽度环的刚度特性。此外，新标准增加了对合金铸铁中合金元素含量的下限规定，以确保材料性能的一致性和稳定性。3.2尺寸公差体系的细化和收严以环高3mm的控油环为例，2011版标准的公差为±0.020mm，2024版将公差收严至±0.010mm，体现了精密制造技术的进步。标准同时增加了对于环高≤2mm的超窄环的独立公差等级规定，适应了当前小缸径高速汽油机的发展需求。3.3螺旋弹簧试验方法的改进2024版标准引入了基于电磁激振的弹簧疲劳试验方法，代替了2011版中较为简易的机械循环加载方法。新的试验方法可以更精确地模拟弹簧在发动机高速运转条件下的实际受力状态。标准还增加了弹簧钢丝表面质量的无损检测要求，规定了涡流探伤的验收准则。3.4术语定义的更新与统一新标准对部分术语进行了修订以与ISO6621-1的最新版本保持一致，例如对"narrowwidth""coil-spring-loaded"等关键术语给出了更严格的定义。同时增加了中英文对照术语表，促进了国际间的技术交流和标准应用一致性。新标准还增加了术语所对应的图形示例。4主要参与编制单位介绍本标准的修订工作凝聚了全球活塞环行业主要企业和研究机构的集体智慧。以下对标准编制过程中的主要参与单位进行详细介绍。4.1德国联邦物理技术研究院德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）是德国国家计量科学研究院，也是本次标准修订工作中计量溯源和试验验证的核心机构。PTB在精密几何量计量领域拥有超过百年的技术积累，其活塞环量规校准装置的测量不确定度达到亚微米级别。在本标准修订过程中，PTB承担了以下关键任务：-主导完成了各成员国实验室间的活塞环闭口间隙和切向力测量比对试验（InterlaboratoryComparison）；-建立了窄宽度控油环径向压力分布的归一化测量方法并开发了配套标定装置；-为螺旋弹簧弹性衰减试验的新方法提供了精确的力学计量溯源链。PTB在标准修订中的参与有效保障了标准技术指标的计量可追溯性和国际比对的等效性，为建立全球统一的活塞环检测基准提供了坚实的计量技术支撑。4.2中国上海内燃机研究所上海内燃机研究所（ShanghaiInternalCombustionEngineResearchInstitute,SICERI）成立于1956年，是中国内燃机行业权威科研机构，长期承担中国活塞环产品国家标准和行业标准的制修订工作。在本标准修订工作中，上海内燃机研究所代表中国参与了ISO/TC22/SC41的各项工作，在中国活塞环行业组织进行了大量的验证试验和基础数据收集。该所完成了窄宽度控油环在中国典型发动机平台上的台架耐久性验证，累计试验时间超过5000小时，为本标准材料性能指标的提升提供了宝贵的试验数据支持。4.3日本帝国活塞环株式会社日本帝国活塞环株式会社（TPRCo.,Ltd.）是全球著名的活塞环专业制造商，在铸铁冶金技术和精密成型工艺领域具有深厚积累。TPR在本次标准修订中贡献了其在合金灰铸铁材料开发方面的最新研究成果，包括新型Mo-Cr-Cu合金化方案在窄宽度控油环中的应用数据、铸铁显微组织与耐磨性的定量关系模型以及在弹簧疲劳试验方法改进方面的工程经验。4.4德国马勒公司德国马勒公司（MAHLEGmbH）是国际领先的发动机零部件供应商，也是活塞环产品和技术的重要研发机构。马勒公司为标准的修订提供了大量窄宽度控油环在实际发动机运行中的性能数据，特别是环的刮油效率和机油消耗的定量测试结果。这些数据为新标准中闭口间隙公差收严提供了充分的技术依据。5结论与展望5.1结论ISO6626-2:2024《内燃机活塞环第2部分：铸铁制窄宽度螺旋弹簧加载控油环》标准的发布实施，是全球内燃机活塞环标准化工作的重要里程碑。该标准具有以下突出特点：技术先进性。标准充分反映了近十余年来材料科学、精密制造、表面工程和检测技术的最新发展成果，在材料力学性能、尺寸公差精度及试验方法等方面均实现了技术指标的全面提升。系统协调性。作为ISO6626系列标准的重要组成部分，新版标准在术语、定义、标注方法和检验规则等方面与ISO6621系列、IS