基于專利視角的汽車發動機技術發展分析

摘要：通過對汽車發動機領域的國內外專利進行檢索、統計，并對汽車發動機領域專利申請的總體趨勢、地域分布、技術構成和主要申請人進行分析，聚焦關鍵技術發展與未來趨勢，進一步明晰汽車發動機技術專利的戰略方向，在專利技術層面與專利戰略布局方面給出建議。

關鍵詞：汽車；發動機；專利技術

汽車發動機是為汽車提供動力的裝置，是汽車最重要的零部件之一。近年來，隨著汽車行業的不斷發展，汽車發動機技術也正經歷著深刻的變革。新能源汽車市場的持續擴大導致傳統的燃油發動機需求不斷下降，環保節能、高效、低排放、智能化與輕量化設計將成為未來發動機技術的重要發展趨勢。

本文通過對汽車發動機領域的國內外專利進行檢索、統計，并對汽車發動機領域專利申請的總體趨勢、地域分布、技術構成和主要申請人進行分析，并根據分析結果給出建議。

本文所采用的專利文獻數據主要源自HimmPat專利檢索系統以及智慧芽專利檢索系統，檢索截止日期為2024年9月17日。通過選取關鍵詞、構建檢索式，再對檢索結果進行降噪篩選處理，最終得到165 356件專利。

全球汽車發動機技術的申請概況

1.全球專利申請趨勢分析

汽車發動機領域的專利申請總體趨勢可以劃分為三個階段，如圖1所示，各個階段在申請專利方面的側重點也存在差異。

（1）萌芽期（1893年前） 這一階段的專利申請數量很少，但已涌現。1859年，法國工程師勒努瓦制造了第一臺內燃機，為后續內燃機的發展奠定了基礎。這一時期關于煤氣機的相關技術專利開始出現，推動了內燃機技術的初步發展。

（2）技術起步階段（1894－1964年） 隨著汽車工業的發展，關于發動機的專利申請數量逐漸增加，主要的研發方向是對蒸汽機的改進和內燃機的基本結構設計。

（3）快速發展及穩定階段（1965－2024年） 汽車發動機領域專利數量從1965年開始出現快速增長趨勢，至2011年后趨于穩定（圖1呈下降趨勢是因為近兩年的專利未完全公開，按照往年數量比對預測，可以得出近兩年的專利申請趨于穩定）。主要因為汽車工業迅猛發展，對發動機的性能和可靠性要求不斷提高，專利申請的重點逐漸轉向提升發動機的動力輸出、熱效率以及新能源、智能化等方面。

2.全球專利地域分布分析

通過統計汽車發動機技術專利申請量（見圖2）可以看出，相關專利申請量最多的是中國，占全球申請總量的31.98%，其他依次是日本、韓國、德國和美國，分別占全球申請總量的22.10%、15.35%、9.32%和4.93%，這也和汽車產業在各個國家的發展情況及市場占有量相符合。

德國、美國和英國等歐美汽車強國的發動機技術起步較早，積累了豐富的經驗和專利儲備，之后，日本、韓國、中國等汽車產業大國相繼崛起，在汽車發動機領域的專利申請數量實現了重大突破。

據統計，近20年來，各個國家在汽車發動機領域的專利申請趨勢呈現出不同特點。德國、美國、英國等歐美國家的汽車發動機專利申請量始終保持穩定發展態勢，日本和韓國的申請量先后超越歐美國家。

隨著中國汽車產業的不斷發展，各企業也加大了對汽車發動機的研發，2004年，中國發動機產業的專利申請量超過韓國，2008年，專利申請量繼續攀升，超越日本，成為全球之首。特別是在2010－2024年期間，中國每年的相關專利申請量已遠超過其他國家，國內車企在發動機技術方面取得了一系列重要突破，這也說明，國內企業在專利布局方面已具備一定的認知水平，專利申請制度也趨于完善。

3.技術構成分析

通過對近20年來汽車發動機領域專利申請的IPC主分類號分布情況進行分析，相關專利申請主要集中在以下技術分支：B60K占比23.7%，B60W占比15.16%，B60L占比14.36%，F02D占比10.02%。

近年來，在新能源汽車市場的有力推動下，電動機、混合動力系統以及燃料電池發動機等新型發動機技術迅速發展，汽車發動機的主要研發方向從傳統的內燃機逐漸轉變到新能源汽車發動機相關技術以及相關的數字化、自動化和人工智能方面。

在傳統的發動機、泵和渦輪機等領域的專利申請呈下降趨勢，更多的專利申請集中在電池技術、混合動力發動機技術、發動機的智能控制系統、熱管理技術、尾氣處理技術及輕量化技術等方面。

4.申請主體分析

汽車發動機領域申請量前十名申請人分別為：豐田汽車、現代汽車、日產汽車、本田汽車、起亞汽車、福特汽車、馬自達汽車、標致雪鐵龍汽車、梅賽德斯-奔馳汽車、雷諾汽車和三菱汽車。可以看出，日韓企業在汽車發動機領域的申請量已超越歐美國家。

1）日本企業一直將大量資源投入到汽車發動機技術的研發中，這也確保了他們在汽車發動機領域的領先地位。其中豐田汽車公司申請量最大，其研發的混合動力系統實現了高效的能量利用和低排放，且擁有大量的專利，涵蓋了電池技術、電動機控制技術、動力分配技術等多個領域，這些專利為豐田在混合動力汽車市場上建立了強大的競爭優勢。

2）韓國的起亞汽車也進入了全球汽車發動機領域專利申請量的前十位。起亞汽車在發動機技術方面與現代汽車共享資源，共同開發新的技術和產品。現代汽車通過不斷的技術創新和研發投入，提高了發動機的性能和質量，其研發的渦輪增壓發動機和直噴技術在市場上受到了廣泛關注。

3）美國福特汽車、法國標致雪鐵龍汽車以及德國梅賽德斯-奔馳汽車，在高性能、大排量發動機等方面具備傳統優勢，并且也在積極探索新能源汽車發動機技術。

4）中國汽車企業雖未能進入前十名，但吉利汽車、奇瑞汽車、長安汽車等不斷加大對發動機技術的研發投入，在發動機技術自主研發方面取得了顯著進展，相關專利申請數量也持續增多。但若要實現技術突破，還需持續提升自身的研發能力和創新水平，深入了解全球行業發展趨勢和技術前沿動態，做好專利布局。

中國汽車發動機專利技術專利分析

近20年來，我國汽車發動機領域專利申請整體呈現明顯增長態勢， 在專利公開類型上，發明申請占比42.03%，實用新型占比48.99%，外觀設計占比8.98%。

中國的汽車發動機領域的技術發展可以分為三個階段：

（1）起步階段（2003年以前） 這個階段的申請量從無到有，緩慢增長，主要因為中國的汽車發動機產業起步較晚，這一時期的發動機技術水平較低，申請量遠遠落后于日韓及歐美國家。

（2）快速發展階段（2004－2020年） 此階段的專利申請量不斷攀升，先后超越韓國、日本、歐美國家，位于全球首位。汽車企業通過學習先進的技術和管理經驗，逐步建立起自己的研發體系，技術水平得到了顯著提高。另外，政府出臺的一系列鼓勵技術創新的政策，促進了產業技術升級，中國汽車發動機在性能和技術方面都取得了一定的突破，專利申請量也隨之激增。

（3）穩定階段（2021－2024年） 這幾年間，專利申請量趨于穩定，專利申請已經從數量轉變到質量，企業更加注重研發方向及布局，專利申請的熱點也逐漸轉向新能源汽車的發動機遠程監控、智能控制等。

1.申請區域分析

如圖3所示，汽車發動機領域專利申請數量排名前列的省份為江蘇、浙江、廣東、安徽和山東，其中，江蘇申請量占比最多，占比為11.58%，其他省份占比分別為9.85%、8.37%、7.67%和5.75%。可見，近20年各省市汽車發動機領域專利申請數量排名前列的均為我國汽車產業較為發達的城市，其中排名前十省市總申請量占全國總數的67.73%。

首先，這些省市在汽車產業發展的初期便著手相關產業布局，歷經長久的積累與發展，已形成了較為完備的汽車產業鏈；其次，這些省市擁有眾多高校和科研機構，在汽車發動機技術的研發上具備較強實力；最后，一些地方政府出臺了一系列汽車發動機領域的政策，進而促進產業的發展。

2.技術構成分析

從國內專利申請的IPC分類號統計分析來看，B60W、B60K、B60R三個技術分支上的專利申請量最大，是目前研究的熱點技術，這也和中國目前新能源汽車的發展相符合。

通過深入對國內企業汽車發動機相關技術熱點的變化趨勢進行全面分析可知，在2018年以前，國內企業在汽車發動機領域的專利申請主要集中在降低發動機的排放和油耗，增強發動機的可靠性和壽命，優化發動機的燃燒性能等方面。在2019年之后，國內企業對發動機的研發重點開始轉向輕量化和小型化。同時，電子控制技術、混合動力技術也成為了新的研發熱點，這種技術結合了傳統燃油發動機和電動機的優勢，既能提供強大的動力，又能降低油耗和排放，符合未來汽車發展的趨勢。

3.申請主體分析

汽車發動機技術領域的申請量排名前十的申請人為：浙江吉利控股、奇瑞汽車、重慶長安、浙江吉利汽車、中國第一汽車、長城汽車、廣州汽車、安徽江淮汽車、上海汽車和濰柴動力。其中，浙江吉利控股集團表現最為突出，在該領域占據絕對領先地位，自2009年起，吉利集團申請專利的數量開始顯著上升，這彰顯出其在技術研發方面的持續加大投入，同時也體現出吉利集團對通過專利保護技術創新成果的高度重視。吉利集團在專利申請的技術方向不但涵蓋傳統發動機的性能提升、燃油效率優化等方面，還涉及新能源發動機技術以及混合動力系統相關技術。

相較國外的專利申請，我國創新主體在發動機基礎理論研究方面的投入相對較少，例如燃燒理論、熱力學、流體力學等方面的研究深度與廣度與國際先進水平存有差距，這使得專利所涵蓋的技術創新性受到限制，眾多專利僅為在現有技術基礎上的局部改進。此外，我國企業還缺乏專利布局意識，各企業應時刻關注競爭對手的專利申請動態，提升研發能力，做好海外專利布局。

結語

1.專利技術層面

由于我國基礎理論研究方面投入較少，導致技術發展的理論根基不夠深厚，一定程度上限制了專利技術的深度和創新性。另外，在一些核心技術的研究上也存在不足，較多集中在對現有技術的改進、優化以及一些局部創新上，在原創性、突破性的技術創新方面相對較少。因此，建議各企業應緊密關注國內外相關技術申請情況，了解其技術研發動態和創新方向，第一時間掌握關鍵技術動態，對發動機的核心技術、前沿技術，如高效燃燒技術、新型動力轉化技術、先進的排放控制技術等方面進行更深入的研究，提升技術實力。

2.專利戰略層面

我國部分企業存在專利布局意識淡薄的問題，為此，建議企業在專利申請層面，充分考量全球市場布局，加大海外專利申請力度，提升海外市場專利保護水平。同時，企業需增強對競爭對手的防范意識，密切關注其專利申請動態，深入分析競爭對手的專利布局策略與技術優勢，及時調整專利布局策略。企業還可以與高校、科研機構合作，構建產學研合作機制，共同開展技術研發。

此外，企業要優化專利管理機制，設立知識產權管理機構，提升企業創新效率，保證專利申請的質量與數量，強化對專利申請和維護的監控體系，及時把握專利的狀態變化，提高企業專利的轉移轉化能力，將專利成果轉化為實際經濟效益，為企業創造更多價值，切實提高自身競爭力與可持續發展能力。

參考文獻：

[1] 徐晨陽.中國各省份專利質量、專利效率及對經濟增長影響的研究[D].青島：青島科技大學，2018.

[2] 路士宏，姬殿武.汽車發動機新技術的開發與展望[J].產業與科技論壇，2016，15（4）：32-33.

[3] 吳敏明.汽車技術發展趨勢： 低碳化、信息化、智能化[J].中國集成電路，2016（12）：84-86.

[4] 李方生，趙世佳，胡友波.我國新能源汽車產業國際化發展的關鍵問題與對策建議[J]. 科學管理研究，2021，39（5）：72-78.

[5] 張昭昭，王軍雷，王亮亮，等.汽車企業專利申請前評估模型研究[J].汽車文摘，2022（8）：56-62.