Джордж Бэйли Брайтон (1830–1892) был американским инженером-механиком и изобретателем. Он был известен внедрением двигателя постоянного давления, который является основой газовой турбины и который теперь называется циклом Брайтона .
В 1872 году Джордж Брайтон запатентовал двигатель внутреннего сгорания с постоянным давлением , первоначально использующий испаренный газ, а затем жидкое топливо, такое как керосин и масло , известный как двигатель Брайтона Ready Motor . и отдельный силовой/расширительный цилиндр, в котором продукты сгорания расширяются для рабочего такта. Существенное отличие от других двигателей внутреннего сгорания с поршневым приводом состоит в том, что два цилиндра устроены таким образом, что топливно-воздушная смесь сгорает постепенно при постоянном давлении по мере ее передачи из цилиндра компрессора и резервуара в рабочий/расширительный цилиндр. В первоначальной версии газовоздушная смесь создавалась паровым карбюратором [3] , затем сжималась и хранилась в резервуаре, где воспламенялась, а затем вводилась в расширительный цилиндр. Металлическая сетка/сетка использовалась для предотвращения возврата горения в резервуар. Однако иногда сетка выходила из строя, что приводило к вспышке или взрыву. В 1874 году Брайтон подал патент на систему впрыска жидкого топлива. В этой версии топливо подавалось при прохождении воздуха в расширительный цилиндр, что устраняло проблему взрыва. [4] Зажигание оставалось пилотным. Этот принцип назывался сгоранием при постоянном давлении, и сэр Уильям Сименс в 1861 году безуспешно пытался использовать 4-цилиндровый двигатель с отдельной камерой сгорания. Брайтон не только добился успеха в обеспечении работы цикла постоянного давления, но также создал и продал коммерческий продукт.
Двигатели цикла Брайтона были одними из первых двигателей, использовавшихся в качестве движущей силы. В 1881 году Джон Филип Холланд использовал двигатель Брайтона для первой в мире успешной самоходной подводной лодки «Фенийский таран». [5]
Также в автомобиле Selden 1878 года использовался двигатель с циклом Брайтона. Этот дизайн на самом деле никогда не работал. Когда в 1878 году двигатель Брайтона был установлен на омнибусе в рамках проекта Брайтона и инженеров Джорджа и Джеймса Фосеттов, последний назвал эту попытку «полным провалом». [6]
Цикл работы двигателя, включая чертежи в разрезе и индикаторные диаграммы для версий, работающих на газе и нефтяном топливе. Подробности того, как появилось жидкое топливо, описаны на 11 страницах книги Дугалда Клерка « Газовые и нефтяные двигатели» . [7] Бензиновый двигатель, участвовавший в этих испытаниях, был изготовлен компанией «New York and New Jersey Ready Motor Company». За этим следует аналогичный анализ двигателя Саймона, который представлял собой адаптацию двигателя Брайтона, произведенного Louis Simon & Sons в Ноттингеме, Великобритания, и продаваемого как The Eclipse Silent Gas Engine . Двигатель Саймона имел дополнительную сложность, поскольку он впрыскивал в двигатель часть воды/пара, нагретой двигателем/выхлопными газами. Индикаторные диаграммы для этого двигателя также представлены Дугальдом Клерком и показывают, что добавление воды малоэффективно с точки зрения выработки энергии, охлаждения газов и расширения пара, компенсирующих друг друга.
Поскольку двигатель Брайтона имел медленное постепенное сгорание топливно-воздушной смеси, можно было поддерживать запальное пламя, и поэтому после зажигания двигатель не нуждался в какой-либо системе зажигания. [8] Измеренный КПД газового двигателя был промежуточным между КПД двигателей Ленуара /Хюгона и атмосферного двигателя Отто и Лангена , но двигатель Брайтона, работающий на жидком топливе, имел преимущество, поскольку не требовал подачи газа.
В ранних газовых двигателях Brayton частота вращения двигателя регулировалась путем изменения точки отсечки поступления сгоревших газов в силовой цилиндр, а подача газа и воздуха в насос регулировалась аналогичным образом для поддержания пластового давления. Двигатель, работающий на жидком топливе, о котором сообщил Клерк, регулировал только отключение силового цилиндра и использовал предохранительный клапан для ограничения давления воздуха в резервуаре. Резервуар на двигателе Брайтона позволял легко запустить его, если он оставался под давлением, хотя Клерк утверждает, что «утечки и потери были настолько часты, что от устройства было мало пользы». [7]
Двигатель Брайтона был представлен на Столетней выставке в Филадельфии в 1876 году, а вариант Саймона был представлен на Парижской выставке 1878 года и в течение нескольких лет пользовался большим уважением, но за короткое время двигатель Отто стал более популярным. Однако он считался первым безопасным и практичным масляным двигателем, а также послужил источником вдохновения для Джорджа Б. Селдена . Конструкция серийного двигателя со временем развивалась, и, по словам Генри де Граффиньи в книге «Газовые и нефтяные двигатели» , он был доступен как в вертикальной, так и в горизонтальной формах. [9]
Двигатель Брайтона хранится в Смитсоновском институте в Музее американской истории, а более поздний двигатель Брайтона, который приводил в движение одну из первых подводных лодок Джона Филипа Холланда, хранится в Музее Патерсона в историческом районе Олд-Грейт-Фолс в Патерсоне, штат Нью-Джерси . [10]
В 1887 году Брайтон сконструировал 4-тактный двигатель, в котором в качестве источника воспламенения использовался светящийся платиновый воспламенитель, а также дозированная система впрыска под давлением с форсункой прямого распыления топлива (патент США № 432,114). Брайтон заявляет: «Я обнаружил, что тяжелые масла можно механически преобразовать в мелкодисперсное состояние внутри рабочей части цилиндра или в сообщающейся камере сгорания». Другая часть гласит: «Я впервые, насколько мне известно, регулировал скорость, изменяя прямой выпуск жидкого топлива в камеру сгорания или цилиндр до мелкодисперсного состояния, очень благоприятного для немедленного сгорания». Вероятно, это был первый двигатель, в котором использовалась система сжигания обедненной смеси для регулирования частоты вращения и мощности двигателя. Таким образом, двигатель запускался при каждом рабочем такте, а скорость и мощность контролировались исключительно количеством впрыскиваемого топлива. Позже компания Bosch усовершенствовала этот тип системы дозированного впрыска. В 1890 году Брайтон подал патент (выданный в 1892 году) на еще один четырехтактный двигатель с системой впрыска топлива с воздушным дутьем (патент США № 432,260). В первых двигателях Рудольфа Дизеля использовалась система распыления струей воздуха, очень похожая на систему Брайтона. В отличие от двигателя Дизеля, двигатель Брайтона имел довольно низкую степень сжатия. Источником возгорания служила постоянно светящаяся сетка из платины. [11] [12]