浅谈发动机活塞冷却的专利情况分析

朱鑫

摘要：在专利局内网中国专利检索数据库中对活塞冷却相关的分类号和关键词进行检索，获得有关发动机活塞冷却的相关专利，并对上述专利进行统计分析，从而摸清发动机活塞冷却在专利上的技术发展脉络、重要的冷却方式、冷却材质等。

关键词：发动机；活塞；冷却；专利

引言

无论是一般的往复活塞式发动机，还是旋转活塞发动机、摆动活塞发动机或是自由活塞发动机，活塞的高温高压以及高速运动的工作环境，使得活塞的温度以及摩擦程度不均匀，容易产生热应力以及热变形，从而对活塞强度可靠性以及耐热负荷性均具有较高的要求。为了延长活塞的寿命，除了在活塞的结构和材质上进行改进，通过对活塞冷却也是应对活塞热负荷常规采用的技术手段。

1 发动机活塞的冷却类型

活塞分为活塞头、活塞裙以及活塞销座三部分。而对于活塞的冷却，可以利用冷却介质、结构或物理隔热，而根据常见的冷却方式的冷却介质位置的来源可以分为活塞内腔冷却、喷射冷却或是组合式冷却。

2 发动机活塞冷却的专利情况分析

2.1 样本构成

在中国专利检索数据库中的中文文摘库CNABS中对发动机活塞冷却的专利申请进行分类号和关键词的检索，以中文文摘库中检索的相关的活塞发动机冷却的900多篇文献（包括发明和实用新型）为研究对象，经过初步整理和筛选，选择了250篇进行相关专利文献的具体分析，通过摘要、权利要求和说明书的阅读，对相关技术发展进行了初步分析。

2.2 活塞冷卻的专利分析

2.2.1 活塞冷却申请趋势分析

图1为国内发动机活塞冷却的申请量的趋势图，其中考虑到2018年有大部分文献并未公开的原因，并不关注2017-2018的申请量的下落趋势。从图1可以看出，国内的活塞发动机冷却的专利申请始于上世纪80年代，在2002年前，国内专利数量基本未增长，在2002年到2010年，国内的专利数量出现了平缓增长，在2010年到2016年期间，国内鼓励发明创造，更多的企业也逐渐重视了专利在商业战争中的重要性，活塞冷却的专利数量出现了猛涨。

2.2.2活塞冷却分类号申请量分析

图2为国内发动机活塞领域各分类号下的申请量统计分析，各分类号存在一定量的交叉重叠，一篇文献具有两个不同的上述分类号，均计入各分类号的组下。从图2可以看出，活塞冷却的申请量的方向在于F02F3/22中的通过液体对活塞内的密封腔进行冷却，以及F01P3/08只冷却活塞的外部，如喷射冷却。上述活塞冷却的方式为活塞冷却的主要方式，而通过文献的细读分析，可以发现，近年来活塞冷却的方向主要集中在喷射冷却方式上，尤其是喷射冷却的活塞冷却控制。

2.2.3活塞冷却主要申请人专利分布分析

从图3可以看出，巴西的马勒国际有限公司在活塞冷却方面的专利较多，专利数量有明显优势，中国的吉利、山东滨州渤海活塞、广西玉柴也具有活塞冷却方面的一定专利数量的积累。

2.2.4活塞冷却具体方式分析

通过随机对250篇专利文献进行摘要、权利要求和说明书的阅读，确定文献具体的冷却方式，250篇文献中，有157篇涉及到喷射冷却尤其是冷却喷嘴和喷射冷却控制方面，76篇涉及到活塞内腔的液体冷却，可能通过其他的液压供油方式，也有较少的活塞外部设置独立的冷却水套进行冷却，14篇涉及通过喷嘴喷射冷却液至活塞内腔进行组合冷却，剩余的3篇为空气冷却。

常见的活塞冷却方式，通过冷却喷嘴喷射冷却液至活塞外部和内腔进行组合冷却，该冷去方式通常是润滑油从油底壳中进行过滤后，通过润滑油泵将其泵送到各润滑部件，通过活塞杆或是活塞壁面等设置的润滑油通道，通过对润滑油道的压力进行控制，在需要对活塞进行冷却时，在一定的油压下将润滑油传送至润滑油喷嘴处，从而该喷嘴将润滑油喷射至活塞外部或是活塞内腔开设的进油通道中，通过内腔设置的回油孔，润滑油又回流至油底壳中，从而循环对活塞进行冷却。

对于喷射冷却，较多的文献研究对机油压力、机油温度、发动机负荷、发动机转速、发动机功率等某一项或是多项的结合来调节润滑油的喷射的开闭以及流量，也有大量文献对于喷嘴本身的结构以及喷射阀进行改进。

3结论

从上述专利分析，可以看出，活塞冷却主要专利集中在喷射冷却、活塞内腔冷却以及两者的混合冷却。而专利发展趋势在于喷射冷却的喷射控制。该活塞冷却领域也是较为成熟的发动机领域，国内申请人主要以实用新型的方式申请为主，附有少量的发明专利。对于发动机的活塞冷却的专利申请，可以考虑如何利用该较低品位的能量为方向。