Джордж Бейли Брайтон (1830–1892) был американским инженером-механиком и изобретателем. Он был известен тем, что представил двигатель постоянного давления, который является основой газовой турбины и который теперь называется циклом Брайтона .
В 1872 году Джордж Брайтон запатентовал двигатель внутреннего сгорания постоянного давления , изначально использовавший испаренный газ, но позже использовавший жидкое топливо, такое как керосин и масло , известный как готовый двигатель Брайтона , [1] [2] Двигатель использовал один цилиндр для сжатия, резервуар-приемник и отдельный цилиндр мощности/расширителя, в котором продукты сгорания расширялись для рабочего хода. Существенное отличие от других поршневых двигателей внутреннего сгорания заключается в том, что два цилиндра расположены таким образом, что смесь топлива и воздуха постепенно сгорает при постоянном давлении по мере ее перемещения из цилиндра компрессора и резервуара в рабочий/расширительный цилиндр. В оригинальной версии смесь газа и воздуха создавалась паровым карбюратором, [3] затем сжималась и хранилась в резервуаре, где она воспламенялась, а затем вводилась в расширительный цилиндр. Металлическая сетка/сетка использовалась для предотвращения обратного потока сгорания в резервуар. Однако иногда сетка выходила из строя, что приводило к обратному удару или взрыву. В 1874 году Брайтон подал патент на систему впрыска жидкого топлива. В этой версии топливо вводилось по мере прохождения воздуха в расширительный цилиндр, что устраняло проблему взрыва. [4] Зажигание оставалось пилотным пламенем. Этот принцип назывался сгоранием при постоянном давлении и был безуспешно предпринят сэром Уильямом Сименсом около 1861 года с использованием 4-цилиндрового двигателя с отдельной камерой сгорания. Брайтон не только добился успеха в создании цикла постоянного давления, но также создал и продал коммерческий продукт.
Двигатели цикла Брайтона были одними из первых двигателей, которые использовались для движущей силы. В 1881 году Джон Филипп Холланд использовал двигатель Брайтона для питания первой в мире успешной самоходной подводной лодки Fenian Ram. [5]
Также в автомобиле Selden auto 1878 года использовался двигатель с циклом Брайтона. Эта конструкция никогда не работала. Когда двигатель Брайтона был применен в омнибусе в 1878 году в рамках проекта между Брайтоном и инженерами Джорджем и Джеймсом Фосеттами, последний описал попытку как «полный провал». [6]
Цикл работы двигателя, включая чертежи в разрезе и индикаторные диаграммы для версий, работающих как на газе, так и на нефтяном топливе. Подробности того, как было введено жидкое топливо, описаны на 11 страницах книги Дугалда Клерка « Газовые и нефтяные двигатели » . [7] Нефтяной двигатель в этих испытаниях был изготовлен «New York and New Jersey Ready Motor Company». Далее следует аналогичный анализ двигателя Саймона, который был адаптацией двигателя Брайтона, изготовленного Louis Simon & Sons в Ноттингеме, Великобритания, и продаваемого как Eclipse Silent Gas Engine . Двигатель Саймона имел дополнительную сложность, заключающуюся в том, что он впрыскивал часть воды/пара, нагретого двигателем/выхлопными газами, в двигатель. Индикаторные диаграммы для этого двигателя также сообщаются Дугалдом Клерком и показывают, что добавление воды имеет мало преимуществ с точки зрения выработки энергии, охлаждения газов и расширения пара, компенсирующих друг друга.
Поскольку двигатель Брайтона имел медленное прогрессивное сгорание топливно-воздушной смеси, было возможно поддерживать пилотное пламя, и поэтому двигатель, однажды загоревшись, не нуждался в какой-либо системе зажигания. [8] Измеренная эффективность газового двигателя была промежуточной между эффективностью двигателей Ленуара /Хьюгона и атмосферного двигателя Отто и Лангена , но жидкотопливный двигатель Брайтона имел преимущество в том, что не требовал подачи газа.
Ранний газовый двигатель Брайтона имел скорость двигателя, регулировавшуюся путем изменения точки отсечки для впуска сгоревших газов в силовой цилиндр, а впуск газа и воздуха в насос регулировался аналогичным образом для поддержания давления в резервуаре. Двигатель на жидком топливе, о котором сообщал Клерк, регулировал только отсечку в силовом цилиндре и использовал предохранительный клапан для ограничения давления воздуха в резервуаре. Резервуар на двигателе Брайтона позволял легко запускать его, если он оставался под давлением, хотя Клерк утверждает, что «утечки и потери были настолько частыми, что аппарат был малопригоден». [7]
Двигатель Брайтона был представлен на выставке Centennial в Филадельфии в 1876 году, а вариант Саймона был представлен на Парижской выставке 1878 года и в течение нескольких лет пользовался большим успехом, но в течение короткого времени двигатель Отто стал более популярным. Тем не менее, он считался первым безопасным и практичным нефтяным двигателем, а также послужил источником вдохновения для Джорджа Б. Селдена . Как серийный двигатель, конструкция со временем развивалась, и, по словам Генри де Граффиньи в книге Gas and Petroleum Engines , он был доступен как в вертикальной, так и в горизонтальной форме. [9]
Двигатель Брайтона хранится в Смитсоновском институте в Американском историческом музее, а более поздний двигатель Брайтона, который приводил в действие одну из ранних подводных лодок Джона Филипа Холланда, хранится в Музее Патерсона в историческом районе Старого Грейт-Фолса в Патерсоне, штат Нью-Джерси . [10]
В 1887 году Брайтон построил 4-тактный двигатель, который использовал светящийся платиновый воспламенитель в качестве источника зажигания и дозированную систему впрыска под давлением с распыляющим масло прямым топливным инжектором (патент США № 432,114). Брайтон утверждает: «Я обнаружил, что тяжелые масла могут быть механически преобразованы в мелкодисперсное состояние в зоне сгорания цилиндра или в сообщающейся камере сгорания». Другая часть гласит: «Я впервые, насколько мне известно, отрегулировал скорость, изменяя управление прямым выпуском жидкого топлива в камеру сгорания или цилиндр в мелкодисперсное состояние, весьма благоприятное для немедленного сгорания». Вероятно, это был первый двигатель, в котором использовалась система обедненного сгорания для регулирования скорости и мощности двигателя. Таким образом, двигатель запускался на каждом рабочем такте, а скорость и мощность контролировались исключительно количеством впрыскиваемого топлива. Позже Bosch дополнительно разработал этот тип дозированной системы впрыска. В 1890 году Брайтон подал патент (выданный в 1892 году) на еще один 4-тактный двигатель с системой впрыска топлива с помощью воздушного дутья (патент США № 432,260). Первые двигатели Рудольфа Дизеля использовали систему распыления с помощью воздушного дутья, которая была очень похожа на систему Брайтона. В отличие от двигателя Дизеля, двигатель Брайтона имел довольно низкую степень сжатия. Источником зажигания была постоянно светящаяся сетка из платины. [11] [12]