淺談發動機活塞冷卻的專利情況分析

朱鑫

摘要：在專利局內網中國專利檢索數據庫中對活塞冷卻相關的分類號和關鍵詞進行檢索，獲得有關發動機活塞冷卻的相關專利，并對上述專利進行統計分析，從而摸清發動機活塞冷卻在專利上的技術發展脈絡、重要的冷卻方式、冷卻材質等。

關鍵詞：發動機；活塞；冷卻；專利

引言

無論是一般的往復活塞式發動機，還是旋轉活塞發動機、擺動活塞發動機或是自由活塞發動機，活塞的高溫高壓以及高速運動的工作環境，使得活塞的溫度以及摩擦程度不均勻，容易產生熱應力以及熱變形，從而對活塞強度可靠性以及耐熱負荷性均具有較高的要求。為了延長活塞的壽命，除了在活塞的結構和材質上進行改進，通過對活塞冷卻也是應對活塞熱負荷常規采用的技術手段。

1 發動機活塞的冷卻類型

活塞分為活塞頭、活塞裙以及活塞銷座三部分。而對于活塞的冷卻，可以利用冷卻介質、結構或物理隔熱，而根據常見的冷卻方式的冷卻介質位置的來源可以分為活塞內腔冷卻、噴射冷卻或是組合式冷卻。

2 發動機活塞冷卻的專利情況分析

2.1 樣本構成

在中國專利檢索數據庫中的中文文摘庫CNABS中對發動機活塞冷卻的專利申請進行分類號和關鍵詞的檢索，以中文文摘庫中檢索的相關的活塞發動機冷卻的900多篇文獻（包括發明和實用新型）為研究對象，經過初步整理和篩選，選擇了250篇進行相關專利文獻的具體分析，通過摘要、權利要求和說明書的閱讀，對相關技術發展進行了初步分析。

2.2 活塞冷卻的專利分析

2.2.1 活塞冷卻申請趨勢分析

圖1為國內發動機活塞冷卻的申請量的趨勢圖，其中考慮到2018年有大部分文獻并未公開的原因，并不關注2017-2018的申請量的下落趨勢。從圖1可以看出，國內的活塞發動機冷卻的專利申請始于上世紀80年代，在2002年前，國內專利數量基本未增長，在2002年到2010年，國內的專利數量出現了平緩增長，在2010年到2016年期間，國內鼓勵發明創造，更多的企業也逐漸重視了專利在商業戰爭中的重要性，活塞冷卻的專利數量出現了猛漲。

2.2.2活塞冷卻分類號申請量分析

圖2為國內發動機活塞領域各分類號下的申請量統計分析，各分類號存在一定量的交叉重疊，一篇文獻具有兩個不同的上述分類號，均計入各分類號的組下。從圖2可以看出，活塞冷卻的申請量的方向在于F02F3/22中的通過液體對活塞內的密封腔進行冷卻，以及F01P3/08只冷卻活塞的外部，如噴射冷卻。上述活塞冷卻的方式為活塞冷卻的主要方式，而通過文獻的細讀分析，可以發現，近年來活塞冷卻的方向主要集中在噴射冷卻方式上，尤其是噴射冷卻的活塞冷卻控制。

2.2.3活塞冷卻主要申請人專利分布分析

從圖3可以看出，巴西的馬勒國際有限公司在活塞冷卻方面的專利較多，專利數量有明顯優勢，中國的吉利、山東濱州渤海活塞、廣西玉柴也具有活塞冷卻方面的一定專利數量的積累。

2.2.4活塞冷卻具體方式分析

通過隨機對250篇專利文獻進行摘要、權利要求和說明書的閱讀，確定文獻具體的冷卻方式，250篇文獻中，有157篇涉及到噴射冷卻尤其是冷卻噴嘴和噴射冷卻控制方面，76篇涉及到活塞內腔的液體冷卻，可能通過其他的液壓供油方式，也有較少的活塞外部設置獨立的冷卻水套進行冷卻，14篇涉及通過噴嘴噴射冷卻液至活塞內腔進行組合冷卻，剩余的3篇為空氣冷卻。

常見的活塞冷卻方式，通過冷卻噴嘴噴射冷卻液至活塞外部和內腔進行組合冷卻，該冷去方式通常是潤滑油從油底殼中進行過濾后，通過潤滑油泵將其泵送到各潤滑部件，通過活塞桿或是活塞壁面等設置的潤滑油通道，通過對潤滑油道的壓力進行控制，在需要對活塞進行冷卻時，在一定的油壓下將潤滑油傳送至潤滑油噴嘴處，從而該噴嘴將潤滑油噴射至活塞外部或是活塞內腔開設的進油通道中，通過內腔設置的回油孔，潤滑油又回流至油底殼中，從而循環對活塞進行冷卻。

對于噴射冷卻，較多的文獻研究對機油壓力、機油溫度、發動機負荷、發動機轉速、發動機功率等某一項或是多項的結合來調節潤滑油的噴射的開閉以及流量，也有大量文獻對于噴嘴本身的結構以及噴射閥進行改進。

3結論

從上述專利分析，可以看出，活塞冷卻主要專利集中在噴射冷卻、活塞內腔冷卻以及兩者的混合冷卻。而專利發展趨勢在于噴射冷卻的噴射控制。該活塞冷卻領域也是較為成熟的發動機領域，國內申請人主要以實用新型的方式申請為主，附有少量的發明專利。對于發動機的活塞冷卻的專利申請，可以考慮如何利用該較低品位的能量為方向。