是什么摧毁了奥托的专利?四冲程发动机的法律之战

内燃机汽车的历史
作者: Deniz Erkan
创建: 13 十月 2026

一个仅停留在纸面上的1862年专利构想,十年后一举推翻了奥托的帝国,并开启了汽车时代的大门.

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打破尼古拉斯·奥托四冲程发动机专利的,是阿尔方斯·博·德·罗沙于1862年申请专利却从未建造过的四冲程循环概念: 1877年8月4日的德国专利DRP 532,因1886年这一更早申请的曝光而被宣告无效. 这个十年来以许可管控支配欧洲发动机生产的垄断体系的崩溃,是本茨、戴姆勒和迈巴赫能够创造出他们首批车辆的先决法律条件.

亮点

德国专利DRP 532, 1877年8月4日; 美国方面随后有US194047(1877年8月14日)以及以奥托和克罗斯利兄弟名义申请的US196473(1877年10月23日).
奥托1876年的发动机,开启了在随后几十年中将此前大气式设计12%的效率提升至超过15%的效率飞跃.
Crossley Brothers于1869年购买了奥托-朗根专利在德国以外的全球权利,并建立了四冲程发动机的独占许可垄断.
该专利于1886年被撤销,原因是博·德·罗沙更早的四冲程专利被认定为在先技术.
撤销之后,到1889年已有超过50家公司开始生产奥托式发动机.

从勒努瓦到奥托: 效率问题是如何解决的?

要理解四冲程发动机的法律之争,需要回到其技术起点. 艾蒂安·勒努瓦于1860年在巴黎生产的内燃机以照明煤气为燃料,不经过压缩直接点火. 结果是一次可以量化的失败: 一台18升容积的机器仅产生2马力(1.5千瓦),燃料效率仅能达到4%. 作为一名流动杂货推销员接触到勒努瓦发动机的尼古拉斯·奥古斯特·奥托,正是为了弥补这一效率差距而开始研究的.

最初的尝试十分艰难. 奥托曾于1861年1月向普鲁士商务部申请液体燃料发动机专利,但被驳回; 1862年的预压缩发动机试验在运行几分钟后便自行毁坏. 转折点出现在1864年: 他与欧根·朗根共同创立的N.A. Otto & Cie——第一家内燃机制造公司——在同一年开发出了大气式发动机. 这一设计产生0.5马力,达到12%的效率,并在1867年巴黎世界博览会上以不到其他煤气发动机一半的耗气量赢得了金奖. 接下来是真正的飞跃.

1876: 安静的发动机与四冲程循环的诞生

1876年5月9日,奥托完成了他的压缩进气式发动机. 该系统为每一次做功冲程使用四个活塞行程: 进气、压缩、膨胀-做功和排气——即每两转发动机完成一次燃烧. 奥托称之为"分层充气"(stratified charge)的装置,实现了气缸内可控的燃烧. 与此前大气式发动机爆炸式、嘈杂的特性相比,这台机器相对安静的运转,也正是同时代人称其为“安静的发动机”的由来.

这里有一个重要的技术细节: 把四冲程循环的诞生仅仅归功于Otto一个人的天才,是一种不完整的叙述. 当公司于1872年重组为Gasmotoren-Fabrik Deutz时,工厂经理是Gottlieb Daimler,首席设计师是Wilhelm Maybach. 人们普遍认为,Franz Rings和Hermann Schumm的贡献促使Otto转向四冲程循环,而Rings-Schumm发动机于1876年秋问世. 预压缩四冲程循环的效率提升也是实实在在的: 效率从1880年代至1890年代间的不足5%提升到了15%.

专利究竟是如何获得的,它究竟保护的是什么?

Otto于1877年8月4日获得德国专利DRP 532; 随后美国于1877年8月14日授予US194047专利,并代表Otto、Francis和William Crossley于1877年10月23日获得"Gas Motor Engine"专利US196473. 然而,这项专利的范围比今天大多数人想象的要窄. 专利要求的核心焦点并不是四冲程工作的理念; 而是围绕分层充量和可控燃烧的布置方式展开的. 这一区别后来在法庭上起到了决定性作用,因为针对这一基本概念的大范围测试,找不到能够支持专利所主张的广泛范围的证据.

而且桌上早已摆着一份更早的申请: 于1862年1月16日提交申请的Alphonse Beau de Rochas,在概念上为四冲程循环申请了专利——但他从未制造过发动机. 概念的所有者与首台可用发动机制造者之间的这一差异,正是这场持续了一个多世纪的命名之争的核心: 在法国,该循环被称为"Beau de Rochas循环",而由于其技术实现,世界通常称之为"Otto循环"; 一些资料还将Reithmann的名字作为第三种选择提出来.

Crossley的许可垄断: 长达十年的钳制

专利的力量通过许可网络成倍放大. 1867年,Francis和William J. 由Crossley创立的Crossley兄弟公司于1869年购得了Otto和Langen专利在英国以及除德国外的世界范围的权利. 1876年,这些权利扩展到Otto的新型四冲程发动机; Crossley的业务规模之大,以至于公司迁至更大的厂区,并从1878年起开始许可生产. Crossley与Otto签署了授予其在英国独家生产发动机权利的协议.

这一安排使四冲程发动机在欧洲的推广只能经过一个门户. 任何想要依托Otto专利的制造商,要么从Crossley获得许可,要么放弃四冲程循环. Karl Benz的处境就是这种钳制的典型例子: 尽管他于1878年12月31日完成发动机并于1879年获得专利,但制造四冲程发动机仍受到Otto 1877年专利的阻碍. 这道垄断并非技术之墙,而是法律之墙——而这堵墙一直矗立到1886年. 但这一付诸实践的设计所取得的商业成功是不可否认的: 凭借可靠性、高效率和安静运行,十年间共生产了30,000多台奥托循环发动机. 作为Crossley现存最古老的四冲程发动机之一,No. 1355号发动机是这一时期留存至今的具体见证.

1886年发生了什么? 专利无效的剖析

Otto'nun patentinin 1886'da iptali tek lisans duvarını yıktı ve üç yıl içinde 50'den fazla şirket dört zamanlı motor üretmeye başladı.

德国专利局于1886年宣布Deutz本可延续至1891年的专利无效. 理由有两个层面. 第一,Beau de Rochas 1862年的四冲程专利作为在先技术被揭示出来. 第二,也是法律上更有分量的一点: Deutz无法证明自己的分层充气系统与Beau de Rochas的专利有所不同. 公司失去了25项专利中的一项——但恰恰是承载着整个垄断的那一项.

结果立竿见影. 许可壁垒一倒,竞争随即展开: 到1889年,已有50多家公司开始生产奥托设计的发动机. 四冲程循环的技术演进与法律命运在此明确分离. 这一循环的工程价值早在1876年就已被实际证明; 但决定其十年间传播速度和方向的,并非技术优势,而是专利所能依托的法律基础. 地基一旦崩塌,这项创新便摆脱了单一公司的控制,转变为整个行业的共同基础设施.

填补空白的人: Benz、Daimler与Maybach

专利无效的重要性,要从那些在专利战争中等候多年的人随后做了什么来衡量. Daimler与专注于大型固定发动机、对交通应用不感兴趣的Otto之间的分歧不断加深; 他于1882年与Maybach一同离开Deutz. 两人于1883年制造出小巧高效的0.5 hp发动机, 1885年制造出"Grandfather Clock"发动机以及Daimler Reitwagen——首辆内燃机车辆. 他们将转速提升至650 rpm,提供了适合汽车的功率密度; Daimler与Maybach于1885年获得内燃机专利. 还有一个值得注意的细节: Otto从未将Daimler和Maybach列入其专利申请.

Karl Benz的道路则更狭窄,也更具决定性. 他于1886年1月29日获得德国专利37435; Patent-Motorwagen在1885–1887年间开发,按照广为接受的评判,被视为首辆实用汽车. 专利的撤销为Benz扫清了生产四冲程发动机的障碍,而Daimler和Maybach则开始为汽车开发Otto的四冲程发动机——这条路线最终以19世纪90年代末为Emil Jellinek打造并被命名为Mercedes的车辆而达到巅峰. 还有一个平行案例颇具启示意义: 在美国,George Selden声称"发明"了汽车的专利,同样给早期汽车工业蒙上了类似的阴影; 随着奥托案的出现,“专利保护范围应仅限于已实际实施发明的原则”至今仍是专利法课程的研究课题.

技术上的胜利,法律上的崩塌: 为何至今仍被传颂?

Otto的故事在工业史上罕见地兼具双重性格. 工程方面的一项可衡量且确凿无疑的成功: 效率曲线从勒努瓦的4%起步,借助大气式发动机升至12%,再凭四冲程循环攀升至15%以上,十年间产量突破30,000台. 而法律方面的命运则截然相反: 专利的核心权利要求并未涵盖四冲程工作原理,支撑其基础概念的证据薄弱,而1862年的一项先前申请一举击碎了1877年的垄断.

因此,奥托案是展现发明与专利之间差异最鲜明的案例之一. 博·德·罗沙写下了概念,却没有建造任何机器; 奥托制造了能运转的发动机,并建立了垄断; 而戴姆勒、迈巴赫和奔驰则在垄断崩塌留下的空白中,把发动机变成了交通运输的共同基础设施. 四冲程循环今天的统治地位,既是一项技术发明的成果,也是该发明的法律命运如何被塑造的结果.