Патент DRP № 37435

Патент DRP № 37435 — это немецкий охранный документ (патент), выданный в 1893 году на имя инженера Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel) и описывающий конструкцию двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Данный патент, официально зарегистрированный в Германской империи (Deutsches Reichspatent) под номером 37435, считается основополагающим для создания дизельного двигателя — одного из ключевых изобретений XIX века, получившего широкое промышленное применение.

История создания

Предпосылки и предшественники

К концу XIX века двигатели внутреннего сгорания (ДВС) уже существовали, но работали в основном на газе или лёгких нефтепродуктах (бензине) с использованием карбюратора и системы зажигания от искры. Основными недостатками таких двигателей были низкий термический КПД (около 10–15%) и высокая пожароопасность. Рудольф Дизель, работая в компании Maschinenfabrik Augsburg (ныне MAN), стремился создать двигатель, способный работать на тяжёлом топливе (сырой нефти, каменноугольной пыли) и достигающий более высокого КПД за счёт сжатия воздуха до высоких температур.

Разработка и подача заявки

Дизель начал теоретические исследования в 1890 году, опираясь на работы Сади Карно о термодинамических циклах. В 1892 году он опубликовал брошюру «Теория и конструкция рационального теплового двигателя», где изложил принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия. 27 февраля 1892 года Дизель подал заявку на патент в Императорское патентное ведомство Германии (Kaiserliches Patentamt). Патент был выдан 28 февраля 1893 года под номером 37435 с приоритетом от 27 февраля 1892 года. Официальное название патента: «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателя» (Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungskraftmaschinen).

Первый прототип и неудачи

Первый действующий прототип двигателя, построенный по патенту DRP № 37435, был испытан в Аугсбурге в августе 1893 года. Однако конструкция оказалась неработоспособной: из-за слишком высокой степени сжатия (около 30:1) и отсутствия системы охлаждения произошёл взрыв в цилиндре, едва не убивший изобретателя. Дизель был вынужден модифицировать конструкцию, снизив степень сжатия до 20:1 и добавив водяное охлаждение. Успешный запуск двигателя состоялся 17 февраля 1894 года, но он работал всего несколько минут. Лишь в 1897 году, после многочисленных доработок, был создан стабильно работающий дизельный двигатель мощностью 20 л. с. при 172 об/мин.

Содержание патента

Основные пункты

Патент DRP № 37435 описывал следующие ключевые элементы:

• Принцип воспламенения от сжатия: топливо впрыскивается в цилиндр в конце такта сжатия, когда воздух нагрет до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива (обычно 500–800 °C).
• Высокая степень сжатия: воздух сжимается до давления 30–40 атм (3–4 МПа), что обеспечивает нагрев до 600–700 °C.
• Отсутствие системы зажигания: в отличие от бензиновых двигателей, дизельный двигатель не требует свечи зажигания или магнето.
• Использование тяжёлого топлива: предусматривалась работа на сырой нефти, каменноугольной смоле, а также на растительных маслах (впоследствии — на дизельном топливе).
• Рабочий цикл: четырёхтактный цикл (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск) с впрыском топлива в конце такта сжатия.

Отличия от более поздних конструкций

Патент № 37435 содержал ряд недостатков, которые были устранены в последующих разработках:

• Система впрыска: в патенте предполагался впрыск топлива сжатым воздухом (пневматический впрыск), что было сложно и неэффективно. Современные дизельные двигатели используют механический или электронный впрыск.
• Материалы: из-за высоких температур и давлений требовались специальные жаропрочные стали, которые в 1890-х годах были дороги и редки.
• Регулировка: патент не описывал систему регулировки мощности, что делало двигатель нестабильным в работе.

Значение и влияние

Промышленная революция

Патент DRP № 37435 стал основой для создания дизельного двигателя, который произвёл революцию в промышленности и транспорте. К 1900 году двигатели Дизеля начали устанавливаться на электростанции, корабли, насосы и компрессоры. Первый дизельный двигатель мощностью 60 л. с. был установлен на заводе MAN в 1898 году. К 1910 году дизельные двигатели стали основой для морского флота (подводные лодки, торговые суда) и железнодорожного транспорта (тепловозы).

Экономический эффект

Высокий КПД (до 40% против 15–20% у паровых машин и 20–25% у бензиновых ДВС) позволил значительно снизить расход топлива. Дизельное топливо было дешевле бензина и менее пожароопасно. Это способствовало развитию грузоперевозок, судоходства и строительства. К 1930-м годам дизельные двигатели стали доминировать в тяжёлой технике.

Правовые и патентные споры

Патент № 37435 стал предметом многочисленных судебных разбирательств. Ряд изобретателей (в частности, английский инженер Герберт Акройд Стюарт, запатентовавший двигатель с «горячей головкой» в 1890 году) оспаривали приоритет Дизеля. В 1901 году немецкий суд признал патент Дизеля частично недействительным из-за наличия предшествующих разработок, однако он сохранил силу в отношении ключевого принципа — воспламенения от сжатия. В 1913 году, после смерти Дизеля, патент перешёл в общественное достояние.

Критика и ограничения

Технические недостатки

Первые дизельные двигатели были громоздкими, тяжёлыми (соотношение массы к мощности — около 100 кг/л. с.) и требовали сложного обслуживания. Система пневматического впрыска была ненадёжной, а топливные насосы часто выходили из строя. Лишь с развитием гидравлики и электроники в XX веке удалось создать компактные и эффективные дизельные двигатели для автомобилей.

Экологические аспекты

Современные дизельные двигатели критикуются за выбросы оксидов азота (NOₓ) и твёрдых частиц (сажи). В 2015 году разразился «дизельгейт» — скандал с фальсификацией данных о выбросах компанией Volkswagen (организация признана нежелательной в РФ? нет, но деятельность VW в РФ ограничена санкциями). Однако патент № 37435 не предусматривал никаких экологических норм, так как в XIX веке они отсутствовали.

Интересные факты

• Патент № 37435 был выдан на имя Рудольфа Дизеля, но фактическим владельцем патента стала компания Maschinenfabrik Augsburg (MAN), которая финансировала разработки. Дизель получал роялти в размере 0,5% от продаж каждого двигателя.
• В 1898 году Дизель продал права на патент в США компании American Diesel Engine Company за 1 миллион долларов (около 30 миллионов долларов в ценах 2020 года).
• Первый дизельный двигатель, работающий на растительном масле (арахисовом), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Это предвосхитило современные биодизельные технологии.
• Патент № 37435 был аннулирован в 1913 году после смерти Дизеля, но его принципы остаются основой всех современных дизельных двигателей.

Источники

1. Rudolf Diesel. «Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors». — München, 1892.
2. Kaiserliches Patentamt. Patentschrift Nr. 37435: «Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungskraftmaschinen». — Berlin, 1893.
3. Lyle Cummins. «Diesel’s Engine: A Comprehensive History». — Carnot Press, 1993.
4. Hans-Joachim Braun. «The German Economy in the Twentieth Century». — Routledge, 1990.
5. MAN SE. «125 Jahre Dieselmotor: Geschichte und Entwicklung». — Augsburg, 2018.