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“國六”來了,我們準備好專利了嗎?
  • 作者:云信知產ME
  • 發表時間:2019-11-05
  • 來源:知識產權報
  • 瀏覽次數:0

近日,汽車“國六”排放標準成為車市關注的焦點。圍繞這一最新標準,長城哈弗、東風汽車等國內車企磨刀霍霍,紛紛推出各自相應的產品。“國六”標準即“國家第六階段機動車污染物排放標準”。目前,我國將“國六”標準分為“國六a”和“國六b”兩個階段,其中“國六b”比歐洲第六代排放標準更加嚴格。今年7月1日起,全國多地已陸續實施該標準。

  在筆者看來,機動車尾氣排放要達到“國六”標準,主流的技術路線是在“國五”標準的選擇性催化還原技術(SCR)基礎上加裝顆粒過濾器以及催化氧化器(DOC)。大量研究表明,壁流式蜂窩陶瓷過濾器(下稱蜂窩過濾器)是目前減少顆粒排放最有效的手段。那么,該領域國內外相關專利技術的研發如何?本文中,筆者對蜂窩過濾器領域的技術進行專利檢索,以期為相關行業提供借鑒。

  巨頭林立,壁壘高筑

  目前,顆粒過濾器主要為柴油顆粒過濾器(DPF)和汽油顆粒過濾器(GPF),兩者過濾機理都是將排氣以一定的流速通過多孔性壁面,這個過程稱為“壁流”(Wall Flow)。蜂窩過濾器由一定孔密度的蜂窩狀陶瓷組成,通過交替封堵蜂窩狀陶瓷過濾體,排氣流被迫從孔道壁面通過,顆粒物被捕集過濾。

  蜂窩過濾器主要由分隔壁、端頭封堵以及中空孔道組成,各個孔道一端是開通的,另一端是封閉的,且在某一端的開口和封閉口是交錯、相間分布的。根據其規格大小,還可以通過粘結壁將多個蜂窩過濾單元粘結起來,并在周圍包覆外皮從而形成一個完整的過濾器。

  筆者通過德溫特世界專利索引數據庫(DWPI)對蜂窩過濾器進行專利檢索,截至2019年5月,全球涉及該技術的相關專利申請共計1433件。1980年至2000年,蜂窩過濾器經歷了一個非常平緩的發展期,每年的專利申請公布量不超過40件。進入21世紀,隨著各國開始實施排放法規,蜂窩過濾器成為行業研究的熱點,2009年相關專利申請達到259件,之后進入技術成熟期。統計分析可知,全球范圍內該領域的專利申請量排名前三位的分別是日本礙子株式會社(NGK)、日本揖斐株式會社(IBIDEN)、美國康寧公司(CORNING)。

  NGK在1980年提交了一件關于蜂窩過濾器的發明專利申請,率先提出了早期蜂窩過濾器的模型,其基本構成為后面顆粒過濾器的發展奠定了重要的基礎。自2000年開始,NGK在我國開始進行專利布局,在相關領域積累了大量的基礎性專利。首先,從蜂窩構件原料上的改進方面,該公司經歷了碳化硅(公告號:CN1273411C)、堇青石(公告號:CN1219575C、CN1200755C)的研究。隨后,NGK進一步研究并提交了關于封堵部成型及制造方法(公告號:CN100344428C)的專利申請,通過光造型法制作具有能夠和填塞單元連通的孔部和能夠嵌合在蜂窩狀結構體的至少一部分上的凸部的填塞部成型用掩模,將掩模固定在蜂窩狀結構體的端面上,使陶瓷漿導入上述填塞單元的內部從而形成填塞部。NGK一直致力于封堵技術的改進,蜂窩孔道形狀設計,實現了僅0.05mm厚的超薄壁,除了四角蜂窩,還開發了有效節減催化劑使用量的六角蜂窩,被全球諸多汽車廠商所采用,成為該領域的專利技術較為突出的龍頭企業。

  IBIDEN是一家以印刷電路板開發和生產為主的企業,盡管其主營業務不是陶瓷過濾器,但其在蜂窩過濾器領域還是提交了近200件專利申請。IBIDEN于1999年提交首件關于蜂窩陶瓷過濾器的專利申請(公開號:JP2000167329A),該技術采用燒結的碳化硅作為載體,壁厚小于0.43mm。2001年進入中國后,IBIDEN首次提交了包覆含有氧化鋁或二氧化硅的無機纖維構成密封墊材的柴油顆粒過濾器(公告號:CN100386507C)的專利申請,隨后其在孔道開孔布置方式、粘結材料、封堵材料等方面做了全方位參數限定。值得注意的是,IBIDEN從2006開始相關專利申請量呈現下滑趨勢,可見其研發重心可能發生轉移。

  1980年,CORNING提交了用擠出法批量生產薄壁堇青石質蜂窩陶瓷過濾器的發明專利申請(公開號:EP0135945B1)。1999年,CORNING進入中國進行專利布局,在以堇青石為主體材料的蜂窩陶瓷過濾體技術領域申請了大量基礎性專利(公告號:CN1107660C、CN1277596C),后面又開發了鈦酸鋁基質的蜂窩載體(公告號:CN1313187C、CN100512919C),鈦酸鋁成分通過將低熱膨脹系數與高熱容量相結合,實現了高性能輕型過濾器的開發;CORNING著重研究了蜂窩過濾器外皮材質及制備工藝(公開號:CN105408290A、CN108821795A),以提高蜂窩過濾器的強度和熱穩定性。另外,CORNING在封堵技術和封堵材料方面也布局一定數量專利。

  值得一提的是,除了上述3家公司外,日立金屬株式會社、歐洲技術研究圣戈班中心、日本電裝公司(Denso)也圍繞改良后的蜂窩陶瓷載體技術提交專利申請。數據顯示,目前,CORNING、NGK和Denso等企業的蜂窩陶瓷產品占據了全球市場份額的90%以上。

  專利短板,亟待補足

  筆者通過中國專利文摘數據庫(CNABS)進行專利檢索發現,涉及蜂窩過濾器相關的專利申請共計791件,其中國內申請人提交的專利申請量占比不足20%,僅有江陰華音陶瓷機電科技有限公司、華玉娣的相關專利申請突破30件;景德鎮陶瓷學院為23件,重慶交通大學、江蘇高淳陶瓷股份有限公司、上海交通大學、南昌航空大學、浙江大學均提交少量專利申請。國內相關專利申請大多集中2015年以后,且其研究方向也僅是將蜂窩陶瓷過濾器與其他部件的結合實現復合功能,如催化劑涂層等,沒有在蜂窩過濾器本身性能上展開系列研究和突破。

  在筆者看來,國外申請人已經經歷了40多年的持續研究,技術研究相對成熟,例如從膨脹機理層面,對主體原料、粘結劑、封堵方法及孔道分布作了多方面研究,并通過參數限定進行了全方位的專利保護。相比之下,我國對于蜂窩過濾器的專利布局起步較晚,研究點較為分散,缺乏核心專利支撐。

  對于“國六”標準來說,蜂窩過濾器是繞不開的專利技術,且相關核心技術掌握在國外巨頭供應商的手中。這意味著,我國機動車消費者可能要在相當長一段時間里為這一知識產權買單。筆者建議,相關企業未雨綢繆,加緊攻關技術,提升專利布局能力。

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