Siklus Brayton
Sejarah

Pada tahun 1872, George Brayton mengajukan paten untuk "Ready Motor" miliknya, sebuah mesin panas bolak-balik yang beroperasi pada siklus tenaga gas. Mesin tersebut adalah mesin dua langkah dan menghasilkan tenaga pada setiap putaran. Mesin Brayton menggunakan kompresor piston dan piston ekspander yang terpisah, dengan udara terkompresi yang dipanaskan oleh api internal saat memasuki silinder ekspander. Versi pertama mesin Brayton adalah mesin uap yang mencampur bahan bakar dengan udara saat memasuki kompresor; gas kota digunakan atau karburator permukaan juga digunakan untuk operasi bergerak. Bahan bakar/udara ditampung dalam reservoir/tangki dan kemudian dimasukkan ke dalam silinder ekspansi dan dibakar. Saat campuran bahan bakar/udara memasuki silinder ekspansi, campuran tersebut dinyalakan oleh api pilot. Sebuah layar digunakan untuk mencegah api masuk atau kembali ke reservoir. Pada versi awal mesin, layar ini terkadang rusak dan terjadi ledakan. Pada tahun 1874, Brayton memecahkan masalah ledakan dengan menambahkan bahan bakar tepat sebelum silinder ekspander. Mesin tersebut kini menggunakan bahan bakar yang lebih berat seperti minyak tanah dan bahan bakar minyak. Pengapian tetap menjadi api pilot. Brayton memproduksi dan menjual "Ready Motors" untuk melakukan berbagai tugas seperti pemompaan air, pengoperasian pabrik, menjalankan generator, dan propulsi laut. "Ready Motors" diproduksi dari tahun 1872 hingga sekitar tahun 1880-an; beberapa ratus motor semacam itu kemungkinan diproduksi selama periode waktu ini. Brayton melisensikan desain tersebut kepada Simone di Inggris. Banyak variasi tata letak yang digunakan; beberapa bekerja tunggal dan beberapa bekerja ganda. Beberapa memiliki balok bawah; yang lain memiliki balok atas. Baik model horizontal maupun vertikal dibuat. Ukurannya berkisar dari kurang dari satu hingga lebih dari 40 tenaga kuda. Kritikus pada saat itu mengklaim mesin tersebut berjalan lancar dan memiliki efisiensi yang wajar.
Mesin siklus Brayton merupakan salah satu mesin pembakaran internal pertama yang digunakan sebagai tenaga penggerak. Pada tahun 1875, John Holland menggunakan mesin Brayton untuk menggerakkan kapal selam self-propelled pertama di dunia (kapal Holland #1). Pada tahun 1879, mesin Brayton digunakan untuk menggerakkan kapal selam kedua, Fenian Ram. Kapal selam John Philip Holland dilestarikan di Museum Paterson di Distrik Bersejarah Old Great Falls di Paterson, New Jersey.
Pada tahun 1878, George B. Selden mematenkan mobil pembakaran internal pertama. Terinspirasi oleh mesin pembakaran internal yang diciptakan oleh Brayton yang dipamerkan di Centennial Exposition di Philadelphia pada tahun 1876, Selden mematenkan mobil roda empat yang mengerjakan versi multisilinder yang lebih kecil dan lebih ringan. Dia kemudian mengajukan serangkaian amandemen pada permohonannya yang memperpanjang proses hukum, yang mengakibatkan penundaan selama 16 tahun sebelum paten diberikan pada tanggal 5 November 1895. Pada tahun 1903, Selden menggugat Ford atas pelanggaran paten dan Henry Ford memperjuangkan paten Selden hingga tahun 1911. Selden tidak pernah benar-benar memproduksi mobil yang berfungsi, jadi selama persidangan, dua mesin dibuat sesuai dengan gambar paten. Ford berargumen mobilnya menggunakan siklus Alphonse Beau de Rochas empat langkah atau siklus Otto dan bukan mesin siklus Brayton yang digunakan dalam mobil Selden. Ford memenangkan banding dari kasus awal.
Pada tahun 1887, Brayton mengembangkan dan mematenkan mesin oli injeksi langsung empat langkah. Sistem bahan bakar menggunakan pompa kuantitas variabel dan injeksi tipe semprot bertekanan tinggi berbahan bakar cair. Cairan dipaksa melalui katup tipe pelepas pegas (injektor) yang menyebabkan bahan bakar terbagi menjadi tetesan kecil. Penyuntikan diatur waktunya agar terjadi pada atau mendekati puncak langkah kompresi. Sebuah penyala platinum menyediakan sumber penyalaan. Brayton menjelaskan penemuannya sebagai: "Saya telah menemukan bahwa oli berat dapat diubah secara mekanis menjadi kondisi terbagi halus di dalam bagian penyalaan silinder, atau di ruang penyalaan yang berkomunikasi." Bagian lain berbunyi, "Untuk pertama kalinya, sejauh pengetahuan saya, saya telah mengatur kecepatan dengan mengendalikan secara bervariasi pembuangan langsung bahan bakar cair ke dalam ruang pembakaran atau silinder menjadi kondisi terbagi halus yang sangat mendukung pembakaran langsung." Ini kemungkinan merupakan mesin pertama yang menggunakan sistem pembakaran ramping untuk mengatur kecepatan dan output mesin. Dengan cara ini, mesin menyala pada setiap langkah daya dan kecepatan serta output dikontrol hanya oleh kuantitas bahan bakar yang disuntikkan.
Pada tahun 1890, Brayton mengembangkan dan mematenkan mesin oli empat langkah dengan semburan udara. Sistem bahan bakar menyalurkan sejumlah bahan bakar yang diuapkan ke bagian tengah silinder di bawah tekanan pada atau di dekat puncak langkah kompresi. Sumber pengapian adalah penyala yang terbuat dari kawat platina. Pompa injeksi dengan jumlah yang bervariasi menyalurkan bahan bakar ke injektor, yang kemudian dicampur dengan udara saat memasuki silinder. Kompresor kecil yang digerakkan engkol menyediakan sumber udara. Mesin ini juga menggunakan sistem pembakaran ramping.
Rudolf Diesel awalnya mengusulkan siklus kompresi sangat tinggi, suhu konstan, di mana panas kompresi akan melebihi panas pembakaran, tetapi setelah beberapa tahun melakukan percobaan, ia menyadari bahwa siklus suhu konstan tidak akan bekerja pada mesin piston. Mesin Diesel awal menggunakan sistem semburan udara yang dipelopori oleh Brayton pada tahun 1890. Akibatnya, mesin-mesin awal ini menggunakan siklus tekanan konstan.
Contoh mesin Brayton
Mesin gas Brayton 1872
Mesin balok berjalan Brayton 1872
Mesin Brayton 1875
Mesin tekanan konstan kerja ganda Brayton dipotong 1877
Mesin peledakan udara empat tak Brayton 1889
Mesin peledakan udara empat tak Brayton 1890