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“国六”来了,专利短板亟待补足
来源:裕阳 2019-12-04 03:17:22 阅读(938)
摘要:“国六”来了,专利短板亟待补足

近日,汽车“国六”排放标准成为车市关注的焦点。围绕这一最新标准,长城哈弗、东风汽车等国内车企磨刀霍霍,纷纷推出各自相应的产品。“国六”标准即“国家第六阶段机动车污染物排放标准”。目前,我国将“国六”标准分为“国六a”和“国六b”两个阶段,其中“国六b”比欧洲第六代排放标准更加严格。今年7月1日起,全国多地已陆续实施该标准。

 

机动车尾气排放要达到“国六”标准,主流的技术路线是在“国五”标准的选择性催化还原技术(SCR)基础上加装颗粒过滤器以及催化氧化器(DOC)。大量研究表明,壁流式蜂窝陶瓷过滤器(下称蜂窝过滤器)是目前减少颗粒排放最有效的手段。那么,该领域国内外相关专利技术的研发如何?本文中,笔者对蜂窝过滤器领域的技术进行专利检索,以期为相关行业提供借鉴。

 

巨头林立,壁垒高筑

 

目前,颗粒过滤器主要为柴油颗粒过滤器(DPF)和汽油颗粒过滤器(GPF),两者过滤机理都是将排气以一定的流速通过多孔性壁面,这个过程称为“壁流”(Wall Flow)。蜂窝过滤器由一定孔密度的蜂窝状陶瓷组成,通过交替封堵蜂窝状陶瓷过滤体,排气流被迫从孔道壁面通过,颗粒物被捕集过滤。

 

蜂窝过滤器主要由分隔壁、端头封堵以及中空孔道组成,各个孔道一端是开通的,另一端是封闭的,且在某一端的开口和封闭口是交错、相间分布的。根据其规格大小,还可以通过粘结壁将多个蜂窝过滤单元粘结起来,并在周围包覆外皮从而形成一个完整的过滤器。

 

通过德温特世界专利索引数据库(DWPI)对蜂窝过滤器进行专利检索,截至2019年5月,全球涉及该技术的相关专利申请共计1433件。1980年至2000年,蜂窝过滤器经历了一个非常平缓的发展期,每年的专利申请公布量不超过40件。进入21世纪,随着各国开始实施排放法规,蜂窝过滤器成为行业研究的热点,2009年相关专利申请达到259件,之后进入技术成熟期。统计分析可知,全球范围内该领域的专利申请量排名前三位的分别是日本碍子株式会社(NGK)、日本揖斐株式会社(IBIDEN)、美国康宁公司(CORNING)。

 

NGK在1980年提交了一件关于蜂窝过滤器的发明专利申请,率先提出了早期蜂窝过滤器的模型,其基本构成为后面颗粒过滤器的发展奠定了重要的基础。自2000年开始,NGK在我国开始进行专利布局,在相关领域积累了大量的基础性专利。首先,从蜂窝构件原料上的改进方面,该公司经历了碳化硅(公告号:CN1273411C)、堇青石(公告号:CN1219575C、CN1200755C)的研究。随后,NGK进一步研究并提交了关于封堵部成型及制造方法(公告号:CN100344428C)的专利申请,通过光造型法制作具有能够和填塞单元连通的孔部和能够嵌合在蜂窝状结构体的至少一部分上的凸部的填塞部成型用掩模,将掩模固定在蜂窝状结构体的端面上,使陶瓷浆导入上述填塞单元的内部从而形成填塞部。NGK一直致力于封堵技术的改进,蜂窝孔道形状设计,实现了仅0.05mm厚的超薄壁,除了四角蜂窝,还开发了有效节减催化剂使用量的六角蜂窝,被全球诸多汽车厂商所采用,成为该领域的专利技术较为突出的龙头企业。

 

IBIDEN是一家以印刷电路板开发和生产为主的企业,尽管其主营业务不是陶瓷过滤器,但其在蜂窝过滤器领域还是提交了近200件专利申请。IBIDEN于1999年提交首件关于蜂窝陶瓷过滤器的专利申请(公开号:JP2000167329A),该技术采用烧结的碳化硅作为载体,壁厚小于0.43mm。2001年进入中国后,IBIDEN首次提交了包覆含有氧化铝或二氧化硅的无机纤维构成密封垫材的柴油颗粒过滤器(公告号:CN100386507C)的专利申请,随后其在孔道开孔布置方式、粘结材料、封堵材料等方面做了全方位参数限定。值得注意的是,IBIDEN从2006开始相关专利申请量呈现下滑趋势,可见其研发重心可能发生转移。

 

1980年,CORNING提交了用挤出法批量生产薄壁堇青石质蜂窝陶瓷过滤器的发明专利申请(公开号:EP0135945B1)。1999年,CORNING进入中国进行专利布局,在以堇青石为主体材料的蜂窝陶瓷过滤体技术领域申请了大量基础性专利(公告号:CN1107660C、CN1277596C),后面又开发了钛酸铝基质的蜂窝载体(公告号:CN1313187C、CN100512919C),钛酸铝成分通过将低热膨胀系数与高热容量相结合,实现了高性能轻型过滤器的开发;CORNING着重研究了蜂窝过滤器外皮材质及制备工艺(公开号:CN105408290A、CN108821795A),以提高蜂窝过滤器的强度和热稳定性。另外,CORNING在封堵技术和封堵材料方面也布局一定数量专利。

 

值得一提的是,除了上述3家公司外,日立金属株式会社、欧洲技术研究圣戈班中心、日本电装公司(Denso)也围绕改良后的蜂窝陶瓷载体技术提交专利申请。数据显示,目前,CORNING、NGK和Denso等企业的蜂窝陶瓷产品占据了全球市场份额的90%以上。

 

专利短板,亟待补足

通过中国专利文摘数据库(CNABS)进行专利检索发现,涉及蜂窝过滤器相关的专利申请共计791件,其中国内申请人提交的专利申请量占比不足20%,仅有江阴华音陶瓷机电科技有限公司、华玉娣的相关专利申请突破30件;景德镇陶瓷学院为23件,重庆交通大学、江苏高淳陶瓷股份有限公司、上海交通大学、南昌航空大学、浙江大学均提交少量专利申请。国内相关专利申请大多集中2015年以后,且其研究方向也仅是将蜂窝陶瓷过滤器与其他部件的结合实现复合功能,如催化剂涂层等,没有在蜂窝过滤器本身性能上展开系列研究和突破。

 

国外申请人已经经历了40多年的持续研究,技术研究相对成熟,例如从膨胀机理层面,对主体原料、粘结剂、封堵方法及孔道分布作了多方面研究,并通过参数限定进行了全方位的专利保护。相比之下,我国对于蜂窝过滤器的专利布局起步较晚,研究点较为分散,缺乏核心专利支撑。

 

对于“国六”标准来说,蜂窝过滤器是绕不开的专利技术,且相关核心技术掌握在国外巨头供应商的手中。这意味着,我国机动车消费者可能要在相当长一段时间里为这一知识产权买单。笔者建议,相关企业未雨绸缪,加紧攻关技术,提升专利布局能力。

 

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