淺談發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻的專(zhuān)利情況分析

朱鑫

摘要：在專(zhuān)利局內(nèi)網(wǎng)中國(guó)專(zhuān)利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)活塞冷卻相關(guān)的分類(lèi)號(hào)和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，獲得有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻的相關(guān)專(zhuān)利，并對(duì)上述專(zhuān)利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而摸清發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻在專(zhuān)利上的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)、重要的冷卻方式、冷卻材質(zhì)等。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；活塞；冷卻；專(zhuān)利

引言

無(wú)論是一般的往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，還是旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)或是自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞的高溫高壓以及高速運(yùn)動(dòng)的工作環(huán)境，使得活塞的溫度以及摩擦程度不均勻，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力以及熱變形，從而對(duì)活塞強(qiáng)度可靠性以及耐熱負(fù)荷性均具有較高的要求。為了延長(zhǎng)活塞的壽命，除了在活塞的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)對(duì)活塞冷卻也是應(yīng)對(duì)活塞熱負(fù)荷常規(guī)采用的技術(shù)手段。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的冷卻類(lèi)型

活塞分為活塞頭、活塞裙以及活塞銷(xiāo)座三部分。而對(duì)于活塞的冷卻，可以利用冷卻介質(zhì)、結(jié)構(gòu)或物理隔熱，而根據(jù)常見(jiàn)的冷卻方式的冷卻介質(zhì)位置的來(lái)源可以分為活塞內(nèi)腔冷卻、噴射冷卻或是組合式冷卻。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻的專(zhuān)利情況分析

2.1 樣本構(gòu)成

在中國(guó)專(zhuān)利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中的中文文摘庫(kù)CNABS中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行分類(lèi)號(hào)和關(guān)鍵詞的檢索，以中文文摘庫(kù)中檢索的相關(guān)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的900多篇文獻(xiàn)（包括發(fā)明和實(shí)用新型）為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)初步整理和篩選，選擇了250篇進(jìn)行相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)的具體分析，通過(guò)摘要、權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的閱讀，對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了初步分析。

2.2 活塞冷卻的專(zhuān)利分析

2.2.1 活塞冷卻申請(qǐng)趨勢(shì)分析

圖1為國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻的申請(qǐng)量的趨勢(shì)圖，其中考慮到2018年有大部分文獻(xiàn)并未公開(kāi)的原因，并不關(guān)注2017-2018的申請(qǐng)量的下落趨勢(shì)。從圖1可以看出，國(guó)內(nèi)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的專(zhuān)利申請(qǐng)始于上世紀(jì)80年代，在2002年前，國(guó)內(nèi)專(zhuān)利數(shù)量基本未增長(zhǎng)，在2002年到2010年，國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利數(shù)量出現(xiàn)了平緩增長(zhǎng)，在2010年到2016年期間，國(guó)內(nèi)鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)造，更多的企業(yè)也逐漸重視了專(zhuān)利在商業(yè)戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要性，活塞冷卻的專(zhuān)利數(shù)量出現(xiàn)了猛漲。

2.2.2活塞冷卻分類(lèi)號(hào)申請(qǐng)量分析

圖2為國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞領(lǐng)域各分類(lèi)號(hào)下的申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)分析，各分類(lèi)號(hào)存在一定量的交叉重疊，一篇文獻(xiàn)具有兩個(gè)不同的上述分類(lèi)號(hào)，均計(jì)入各分類(lèi)號(hào)的組下。從圖2可以看出，活塞冷卻的申請(qǐng)量的方向在于F02F3/22中的通過(guò)液體對(duì)活塞內(nèi)的密封腔進(jìn)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(guò)文獻(xiàn)的細(xì)讀分析，可以發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)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(qǐng)人專(zhuān)利分布分析

從圖3可以看出，巴西的馬勒國(guó)際有限公司在活塞冷卻方面的專(zhuān)利較多，專(zhuān)利數(shù)量有明顯優(yōu)勢(shì)，中國(guó)的吉利、山東濱州渤?；钊?、廣西玉柴也具有活塞冷卻方面的一定專(zhuān)利數(shù)量的積累。

2.2.4活塞冷卻具體方式分析

通過(guò)隨機(jī)對(duì)250篇專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行摘要、權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的閱讀，確定文獻(xiàn)具體的冷卻方式，250篇文獻(xiàn)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(nèi)腔的液體冷卻，可能通過(guò)其他的液壓供油方式，也有較少的活塞外部設(shè)置獨(dú)立的冷卻水套進(jìn)行冷卻，14篇涉及通過(guò)噴嘴噴射冷卻液至活塞內(nèi)腔進(jìn)行組合冷卻，剩余的3篇為空氣冷卻。

常見(jiàn)的活塞冷卻方式，通過(guò)冷卻噴嘴噴射冷卻液至活塞外部和內(nèi)腔進(jìn)行組合冷卻，該冷去方式通常是潤(rùn)滑油從油底殼中進(jìn)行過(guò)濾后，通過(guò)潤(rùn)滑油泵將其泵送到各潤(rùn)滑部件，通過(guò)活塞桿或是活塞壁面等設(shè)置的潤(rùn)滑油通道，通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油道的壓力進(jìn)行控制，在需要對(duì)活塞進(jìn)行冷卻時(shí)，在一定的油壓下將潤(rùn)滑油傳送至潤(rùn)滑油噴嘴處，從而該噴嘴將潤(rùn)滑油噴射至活塞外部或是活塞內(nèi)腔開(kāi)設(shè)的進(jìn)油通道中，通過(guò)內(nèi)腔設(shè)置的回油孔，潤(rùn)滑油又回流至油底殼中，從而循環(huán)對(duì)活塞進(jìn)行冷卻。

對(duì)于噴射冷卻，較多的文獻(xiàn)研究對(duì)機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)功率等某一項(xiàng)或是多項(xiàng)的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油的噴射的開(kāi)閉以及流量，也有大量文獻(xiàn)對(duì)于噴嘴本身的結(jié)構(gòu)以及噴射閥進(jìn)行改進(jìn)。

3結(jié)論

從上述專(zhuān)利分析，可以看出，活塞冷卻主要專(zhuān)利集中在噴射冷卻、活塞內(nèi)腔冷卻以及兩者的混合冷卻。而專(zhuān)利發(fā)展趨勢(shì)在于噴射冷卻的噴射控制。該活塞冷卻領(lǐng)域也是較為成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人主要以實(shí)用新型的方式申請(qǐng)為主，附有少量的發(fā)明專(zhuān)利。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞冷卻的專(zhuān)利申請(qǐng)，可以考慮如何利用該較低品位的能量為方向。