淺談內燃機排放控制技術的專利分析

鄧肇升

摘 要：本文介紹了內燃機排放控制技術的專利分析，未來內燃機排放控制技術的發展方向，并介紹了世界各大汽車廠商在內燃機排放控制技術的專利申請量，以及這些公司在中國申請內燃機排放控制技術的專利的趨勢。

關鍵詞：內燃機；排氣處理；專利申請量

1 內燃機技術的發展歷程

20世紀是內燃機的高速發展時期，20世紀60年代后期，內燃機電子控制技術誕生，通過20世紀70年代的發展，于80年代趨于成熟，隨著人類進入電子時代，21世紀的內燃機也將步入“內燃機電子時代”。

2 發動機排氣處理裝置中的應用

排氣處理裝置的電控的主要分類號是F01N 9/00和F01N 11/00，20世紀90年代與這兩個分類號有關的專利申請約2800個；但進入21世紀后，與這兩個分類號有關的專利申請約8200個。可見，發動機尾氣的處理的方法正漸漸地從以前的機械式轉變為電控式。

一般來說，各個廠商都是通過氧傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等一系列的傳感器來監測催化轉換器、柴油機微粒過濾器、SCR系統等發動機尾氣凈化器的運轉。然而，由于發動機千變萬化的實際工作狀況，傳感器的誤差和故障等原因，這種簡單的判定方式不足以滿足日益嚴格的廢氣控制要求。另外，得益于電子控制單元的運算能力大幅提高，各大廠商紛紛通過修改控制方法，利用電子控制單元的超強的運算能力去加強排氣處理裝置的監控和診斷，從而進一步優化排氣處理裝置的處理效果。

在專利申請總體來說，總體上，有接近7成的排氣處理裝置的電控專利是在21世紀提出的。其中，主題上是控制方法的專利占排氣處理裝置的電控這方面的專利的申請量的4成左右，但這些關于控制方法的專利又有8成半以上是在21世紀以后提出的。可見，現在對于排氣處理裝置的電控的改進從過去的集中于硬件的改進逐漸趨向于對控制方法的改進。雖然，在21世紀以后，主題上是控制方法的專利占排氣處理裝置的電控的專利大概是5成左右，但是在這些主題上不是控制方法的專利中，有很多是表面上主題是一種裝置，但其裝置的核心是對方法的改進。

這些對于方法的保護的專利中，大部分都是對控制策略的優化。這種優化普遍都是通過多次測量數據，或者是通過其它間接的數據對直接的數據進行預測，從而得到多組數據，然后對各組數據間的差異進行分析，從而減少單個數據的偶然性誤差，提高工作的可靠性。

3 發動機排氣處理裝置的電子控制技術主要申請人

在發動機排氣處理裝置的電子控制技術領域，申請量比較多的幾家公司分別是博世、豐田、福特、通用、現代，這恰好也反映出發動機排氣處理裝置的電子控制技術在德國、日本和美國的技術比較先進。在這三家公司當中，豐田公司尤其活躍，它不僅僅只在日本國內申請這方面的專利，還通過巴黎條約，在德國和美國申請，還有一部分是PCT申請。

與此同時，豐田公司也很注意在中國申請發動機排氣處理裝置的電子控制技術的專利。在中國申請的有關發動機排氣處理裝置的電子控制技術的專利約有2200件，但豐田公司就占有約250件，超過了10%。

豐田公司的發明一般是通過溫度傳感器確定三元催化轉換器是否處于最佳的工作狀態，因此，其對溫度的測量特別的嚴謹。除了溫度傳感器自身的測量數據以外，還通過發動機本身的運行數據來對溫度進行估算，兩者相差較大時，則判斷是哪組溫度傳感器發生故障，當判斷出發生故障的傳感器后，就果斷放棄該傳感器得出的數據。除了使用溫度傳感器，氧傳感器或者是空燃比傳感器也是一種很重要的手段。通過氧傳感器或者是空燃比傳感器，ECU判斷三元催化轉換器有沒有充分發揮作用，或者是超負荷運作，然后通過控制發動機的運轉，去優化發動機的排放。當然，以上改進除了對控制單元進行改進外，對于三元催化轉換器也進行了改進，還有對于傳感器的擺放位置也作出了修改，在作出了上述的改進后，發動機也變得更智能了。豐田公司的專利基本上是對于其公司以前申請過的專利作出一步一步的改進。豐田公司在發動機排氣處理裝置的電子控制技術領域的在華發明申請普遍是在2005以后的。由于專利有地域性的限制，從發明的申請量可以看出豐田公司越來越看重中國這個新興的市場。

雖然豐田公司的在發動機排氣處理裝置的電子控制技術領域的申請量超過了10%，但真正的在華申請大戶是通用公司，有420多件，接近20%，而且這些申請都是集中在2010年以后的。可以看出，這幾年由于我國的專利制度逐漸得到國外公司的認同。通用公司在發動機排氣處理裝置的電子控制技術領域的申請方向跟豐田公司是大同小異的，也是朝著智能化的方向發展，但是方法是各不相同。另外，它的專利涉及的面會更廣一些，還包含了專門針對柴油機的控制方法和混合動力車輛的燃燒策略。

除了以上幾家大公司以外，也有很多汽車廠商也針對發動機排氣處理裝置的電子控制技術進行申請，雖然大多數公司對于零件的擺放是相似的，但是控制的方法是不盡相同的，所以這方面的申請也是非常靈活多樣的。

4 總結

現在，綠色環保，節能減排是內燃機發展的大趨勢，利用電子技術的精確控制，可以有效地精確配置發動機對燃料的使用，也可以很好地對發動機的尾氣排放進行控制，使發動機變得更加智能。

參考文獻：

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[2]周慶輝.現代汽車排放控制技術[M].北京：北京大學出版社， 2010.

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