浅谈内燃机排放控制技术的专利分析

邓肇升

摘 要：本文介绍了内燃机排放控制技术的专利分析，未来内燃机排放控制技术的发展方向，并介绍了世界各大汽车厂商在内燃机排放控制技术的专利申请量，以及这些公司在中国申请内燃机排放控制技术的专利的趋势。

关键词：内燃机；排气处理；专利申请量

1 内燃机技术的发展历程

20世纪是内燃机的高速发展时期，20世纪60年代后期，内燃机电子控制技术诞生，通过20世纪70年代的发展，于80年代趋于成熟，随着人类进入电子时代，21世纪的内燃机也将步入“内燃机电子时代”。

2 发动机排气处理装置中的应用

排气处理装置的电控的主要分类号是F01N 9/00和F01N 11/00，20世纪90年代与这两个分类号有关的专利申请约2800个；但进入21世纪后，与这两个分类号有关的专利申请约8200个。可见，发动机尾气的处理的方法正渐渐地从以前的机械式转变为电控式。

一般来说，各个厂商都是通过氧传感器、压力传感器、温度传感器等一系列的传感器来监测催化转换器、柴油机微粒过滤器、SCR系统等发动机尾气净化器的运转。然而，由于发动机千变万化的实际工作状况，传感器的误差和故障等原因，这种简单的判定方式不足以满足日益严格的废气控制要求。另外，得益于电子控制单元的运算能力大幅提高，各大厂商纷纷通过修改控制方法，利用电子控制单元的超强的运算能力去加强排气处理装置的监控和诊断，从而进一步优化排气处理装置的处理效果。

在专利申请总体来说，总体上，有接近7成的排气处理装置的电控专利是在21世纪提出的。其中，主题上是控制方法的专利占排气处理装置的电控这方面的专利的申请量的4成左右，但这些关于控制方法的专利又有8成半以上是在21世纪以后提出的。可见，现在对于排气处理装置的电控的改进从过去的集中于硬件的改进逐渐趋向于对控制方法的改进。虽然，在21世纪以后，主题上是控制方法的专利占排气处理装置的电控的专利大概是5成左右，但是在这些主题上不是控制方法的专利中，有很多是表面上主题是一种装置，但其装置的核心是对方法的改进。

这些对于方法的保护的专利中，大部分都是对控制策略的优化。这种优化普遍都是通过多次测量数据，或者是通过其它间接的数据对直接的数据进行预测，从而得到多组数据，然后对各组数据间的差异进行分析，从而减少单个数据的偶然性误差，提高工作的可靠性。

3 发动机排气处理装置的电子控制技术主要申请人

在发动机排气处理装置的电子控制技术领域，申请量比较多的几家公司分别是博世、丰田、福特、通用、现代，这恰好也反映出发动机排气处理装置的电子控制技术在德国、日本和美国的技术比较先进。在这三家公司当中，丰田公司尤其活跃，它不仅仅只在日本国内申请这方面的专利，还通过巴黎条约，在德国和美国申请，还有一部分是PCT申请。

与此同时，丰田公司也很注意在中国申请发动机排气处理装置的电子控制技术的专利。在中国申请的有关发动机排气处理装置的电子控制技术的专利约有2200件，但丰田公司就占有约250件，超过了10%。

丰田公司的发明一般是通过温度传感器确定三元催化转换器是否处于最佳的工作状态，因此，其对温度的测量特别的严谨。除了温度传感器自身的测量数据以外，还通过发动机本身的运行数据来对温度进行估算，两者相差较大时，则判断是哪组温度传感器发生故障，当判断出发生故障的传感器后，就果断放弃该传感器得出的数据。除了使用温度传感器，氧传感器或者是空燃比传感器也是一种很重要的手段。通过氧传感器或者是空燃比传感器，ECU判断三元催化转换器有没有充分发挥作用，或者是超负荷运作，然后通过控制发动机的运转，去优化发动机的排放。当然，以上改进除了对控制单元进行改进外，对于三元催化转换器也进行了改进，还有对于传感器的摆放位置也作出了修改，在作出了上述的改进后，发动机也变得更智能了。丰田公司的专利基本上是对于其公司以前申请过的专利作出一步一步的改进。丰田公司在发动机排气处理装置的电子控制技术领域的在华发明申请普遍是在2005以后的。由于专利有地域性的限制，从发明的申请量可以看出丰田公司越来越看重中国这个新兴的市场。

虽然丰田公司的在发动机排气处理装置的电子控制技术领域的申请量超过了10%，但真正的在华申请大户是通用公司，有420多件，接近20%，而且这些申请都是集中在2010年以后的。可以看出，这几年由于我国的专利制度逐渐得到国外公司的认同。通用公司在发动机排气处理装置的电子控制技术领域的申请方向跟丰田公司是大同小异的，也是朝着智能化的方向发展，但是方法是各不相同。另外，它的专利涉及的面会更广一些，还包含了专门针对柴油机的控制方法和混合动力车辆的燃烧策略。

除了以上几家大公司以外，也有很多汽车厂商也针对发动机排气处理装置的电子控制技术进行申请，虽然大多数公司对于零件的摆放是相似的，但是控制的方法是不尽相同的，所以这方面的申请也是非常灵活多样的。

4 总结

现在，绿色环保，节能减排是内燃机发展的大趋势，利用电子技术的精确控制，可以有效地精确配置发动机对燃料的使用，也可以很好地对发动机的尾气排放进行控制，使发动机变得更加智能。

参考文献：

[1]龚金科.汽车排放及控制技术[M].北京：人民交通出版社， 2012.

[2]周庆辉.现代汽车排放控制技术[M].北京：北京大学出版社， 2010.

[3]国际专利分类表（第8版·2008.01 修订）[S].知识产权出版社.endprint