汽車引擎燃燒技術依然重要

作者:日經BP社   |   2015 / 09 / 21

文章來源:日經技術   |   圖片來源:日經技術


【日經BP社報導】汽車引擎燃燒技術存在著提高引擎熱效率、CO2減排技術、廢氣達標等諸多課題。為解決這些課題,純電動汽車和氫能源動力汽車等新一代汽車應運而生,與實用化相關的研發也在推進。但是,JEITA(日本電子資訊技術產業協會)預測認為,配備汽油引擎和柴油引擎的汽車的產量在2017年仍將超過95%,新一代汽車的產量不足5%。也就是說,對於汽車引擎燃燒技術,提高引擎熱效率、CO2減排、廢氣達標等技術開發愈發重要。

日本專利廳通過開展“2014年度專利申請技術動向調查”,調查日本國內外汽車引擎燃燒技術相關專利的申請動向和研發動向,以及市場環境和政策走向,為今後日本應當開展的研發、技術開發指明方向(日本專利廳的調查報告概要)。下面介紹該調查的主要內容。

圖1為本次調查的技術總覽。在本次調查中,“汽車引擎燃燒技術”的調查對象可以分成“燃燒技術”和“利用燃燒減少廢氣成分的技術”兩個部分。“燃燒技術”又可分為燃燒控制技術、燃料噴射裝置、進氣系統裝置、點火系統裝置、燃燒室及相關部件(活塞、氣缸體、氣缸蓋等)、模型技術、燃燒形態(稀薄燃燒、HCCI燃燒等)和特殊機構類型(可變壓縮比機構等)。“利用燃燒減少廢氣成分的技術”又可分為利用燃燒減少NOx的技術、減少CO和HC的技術、減少PM的技術和減少SOx的技術。本次調查的範圍不包括汽油、柴油以外的其他燃料。另外,使用觸媒轉換器等物質的廢氣凈化控制也不在調查範圍之內。

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圖1:汽車引擎燃燒技術的技術總覽

市場環境:全球汽車市場呈現增長趨勢,中國的銷量激增

全球汽車市場的規模逐年遞增,銷量於2013年突破了8000萬輛(圖2)。在主要國家中,中國市場的銷量近年來增速迅猛(圖3)。

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圖2、全球汽車市場(單位:萬輛)

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圖3、主要國家的汽車銷量

政策走向:各國標準趨於嚴格

在日美歐中韓,隨著消費者環保、提高燃燒效率的意識不斷提升,排放標準、燃效標準愈發嚴格(圖4)。順應這一趨勢,不只是汽車企業,德國的FVV(接受國家和企業援助的內燃機研究聯盟)、美國的ACCESS(美國能源部的提高燃效項目)等也在開展許多與燃燒技術相關的舉措(圖5,圖6)。在汽車企業中,也出現了與分擔其開發工作的企業合作開發技術的舉措。比如說,福特正在與AVL(總部設在奧地利的工程公司)、FEV(研發引擎等、總部設在德國的企業)等進行合作開發(圖7)。

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圖4、主要國家強化標準的動態

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圖5、產官學合作的舉措(FW的事例)

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圖6、產官學和作的舉措(ACCESS的事例)

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圖7、企業的舉措(福特的事例)

專利申請動向:日本的申請最多

按照申請人的國籍,統計汽車引擎燃燒技術專利的申請件數可以發現,歷年的申請件數基本持平。國籍比例中,日籍申請人佔40.5%,人數最多,其次是歐籍25.3%、美籍22.8%。

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圖8:各國申請人的申請件數推移及申請件數比例
(在日美歐中韓的申請,申請年(優先權主張年)2001~2012年)

各申請地和申請人國籍的申請件數:美國在中國的申請多於日本

按照申請地劃分,在本國申請的件數基本呈增加趨勢。特別是日本企業,與歐洲企業和美國企業相比,在本國申請的比例有所擴大。比較在中國的申請件數,美籍申請人的申請件數多於日籍申請人(圖9)。

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圖9:按申請國和申請人國籍統計的專利申請件數
(在日美歐中韓的申請,申請年(優先權主張年)2001~2012年)

各技術類別的申請件數:日本領跑絕大多數技術類別,歐洲在模型技術上佔先

在汽車引擎燃燒技術方面,按照國籍統計各個技術類別的申請件數,日籍的申請件數在絕大多數技術類別中獨佔鰲頭。而在模型技術方面,歐籍的申請件數多於日籍(圖10)。

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圖10:技術類別
按技術類別(燃燒技術及利用燃燒減少廢氣成分的技術)和申請人國籍統計的申請件數(申請年(優先權主張年)2001~2012年)

論文發表件數動向:歐洲的發表件數最多

按照研究機構的國籍統計論文件數,歐籍發表的論文最多,佔42.7%。其次是美籍、日籍。日本發表的論文件數為歐洲的一半以下(圖11)。歐籍發表的論文件數在2007~2009年間大幅增加。這可能是因為排放標準“EURO5”(要求NOx低於0.060g/km,PM低於0.005(乘用車)等)推行在即,使相關研發活躍了起來。

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圖11:按研究機構的國籍統計的論文件數的推移,以及論文件數的比例
(論文發表年:2001~2013年)

歐美的大學和研究機構與企業合著的論文多

以大學和研究機構為對象,按照研究機構統計論文件數,排行榜的前十名如圖12所示。前十名中,大學或研究機構與企業合著的比例為歐洲45%,美國44%,日本9%,中國2%。歐美的大學及研究機構在前十名中佔據了9席。

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圖12:以大學和研究機構為對象,按研究機構統計的論文件數排名,以及前十名的大學或研究機構與企業合著的件數、各國合著件數的比例(論文發表年:2001~2013年)

全部技術類別相加,歐洲的論文件數最多

與專利分析的結果(圖10)不同,全部技術類別相加,歐籍發表的論文最多。其中,關於模型技術的論文件數接近日本的4倍。第二多的是美國,約是日本的3倍(圖13)。

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圖13:技術類別
在各技術類別(燃燒技術及利用燃燒減少廢氣成分的技術)中,各國研究機構的論文件數(論文發表年:2001~2013年)

焦點技術類別的動向:模型技術在歐美發展活躍

由專利申請件數與論文件數的調查結果可知,在汽車引擎燃燒技術中,日本應當關注的技術類別是模型技術。日籍在專利申請件數上輸給歐籍,歐美籍的論文件數分別是日籍的約4倍、約3倍,遙遙領先於日本。

從模型技術專利的申請人來看,豐田名列榜首(表1)。歐洲的申請人在前十名中有6席之多。然而,在論文作者中,豐田雖然躋身第9位,其他席位則全部被歐美機構包攬(表2)。

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表1:各技術類別(模型技術)的申請人前十名
(在日美歐中韓的申請,申請年(優先權主張年)2001~2012年

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表2:各技術類別(模型技術)的研究機構論文件數前十名
(論文發表年:2001~2013年)

日本需要“擺脫”對本國的偏重,制定全球化專利戰略

在歐美,汽車引擎燃燒技術的研發是作為國家計畫,由產官學合作推進(圖5,圖6),因此,歐美的大學及研究機構是通過與企業合作的方式,為達成實用化進行研發。不僅如此,在歐美,分擔汽車廠商開發工作的企業,發揮著帶動隸屬於產學中間領域的應用研究的作用,而日本沒有這樣的企業。

這可能是導致歐美在模型技術方面的論文件數(圖13)分別達到日本的約4倍、約3倍的原因。因此在日本,今後應該也有必要創建分擔汽車企業開發工作的企業,借助這些企業,促進汽車產業與大學的合作,為達成實用化進行研發。

全球的汽車銷量正在逐年遞增(圖2),中國的增長特別突出(圖3)。另一方面,日籍申請人的專利申請件數雖然名列榜首(圖8),但申請大多是在本國國內,在突飛猛進的中國,美籍申請人的申請件數更勝一籌(圖9)。在這種情況下,日本的申請人不能再一味側重日本國內,而是需要觀察各國的市場動向,構建專利申請戰略。(日本專利廳總務部策劃調查課)

日經技術授權轉載》

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