Введение
Уильям Холл Барнетт (ок. 1802 – август 1865) указан как «основатель» в патенте 1836 года и как «железолитейщик» в патенте 1838 года, а позднее – как инженер и инженер-газовик, работавший в Брайтоне, Великобритания. Он много лет проработал в газовой компании "Брайтон и Хоув". Он родился в Брэдфорде и умер в Брайтоне.
Вклад в ранние газовые двигатели
Уильям Барнетт был инженером, участвовавшим в ранней разработке двигателей внутреннего сгорания, и его работа и патент описаны на нескольких страницах в книге Дугальда Клерка о газовых и нефтяных двигателях. В патенте Барнетта в Великобритании (№ 7615 от 1838 года), озаглавленном «Производство движущей силы», Клерк отмечает, что «изобретения Барнетта, описанные в его спецификации, настолько важны, что требуют более полного описания, чем было уделено предыдущим изобретателям», и затем подробно обсуждает патент Барнетта на нескольких страницах. В патенте описываются три типа двигателей внутреннего сгорания, работающих на газе в качестве топлива. В них используются два ключевых изобретения, которые имели важное значение для ранних коммерческих газовых двигателей (которые появились только более чем через 20 лет). Один из двигателей, описанных в патенте, использует сжатие топливно-воздушной смеси в рабочем цилиндре – систему, которую Клерк описывает как «теперь широко используемую в газовых двигателях». Француз Лебон, действительно, описал двигатель со сжатием еще в 1801 году, но его цикл ни в коем случае не похож на предложенный Барнеттом или используемый в современных газовых двигателях. В патенте также описан метод воспламенения газовоздушной смеси внутри цилиндра с помощью пламени, передаваемого в цилиндр через «зажигательный кран». Этот механизм широко использовался во многих ранних коммерческих газовых двигателях во второй половине XIX века. Сами двигатели представляют значительный интерес как предшественники не первых коммерческих газовых двигателей (например, двигателя Ленора 1860 года, который использовал двухтактный цикл без сжатия, или атмосферных двигателей Отто и Лангена), а более позднего поколения двигателей, включая двигатели Отто, работающие по четырехтактному циклу, и двигатель Дугальда Клерка, работающий по двухтактному циклу, оба с сжатием газовоздушной смеси в цилиндре.
Характеристики двигателей
Обратите внимание, что все три двигателя работают по двухтактному циклу, как и большинство ранних двигателей (их конкурентами были паровые двигатели, которые также работают по двухтактному циклу и обычно являются двухстороннего действия, поэтому каждый ход – рабочий). Это был значительный прорыв, когда было обнаружено, что для двигателей внутреннего сгорания четырехтактный цикл с тремя нерабочими тактами может обеспечить как экономичность, так и производительность, см. работы Альфонса Бо де Рошаса, запатентовавшего эту идею в 1861 году, и Отто, создавшего коммерческие двигатели, использующие четырехтактный цикл после его более ранних разработок атмосферных двигателей. Все три двигателя Барнетта были вертикальными, с компоновкой, схожей с паровыми двигателями. Первый двигатель – одностороннего действия, использующий двухтактный цикл, с отдельными насосами для газа и воздуха и рабочим цилиндром. Этот цилиндр напрямую соединен с ресивером, в котором инициируется сгорание, а расширяющиеся газы поступают в рабочий цилиндр, приводя в движение поршень. Момент впуска и выпуска регулируется поршневым клапаном, и может быть добавлен выхлопной насос для удаления отработавших газов из ресивера перед подачей нового заряда насосами. Это считается необязательным для двигателей меньшего размера, поскольку отработавшие газы не представляют для них серьезной проблемы. Второй двигатель является двухсторонним вариантом первого, то есть сгорание происходит поочередно с одной и другой стороны поршня. Принципы работы в остальном остаются прежними. Третий двигатель также двухстороннего действия, использующий двухтактный цикл, и хотя он оснащен газовыми и воздушными насосами, как и другие, он имеет выпускное окно, открываемое поршнем к концу рабочего хода, что позволяет отработавшим газам выходить, а свежему заряду поступать в рабочий цилиндр, где он затем сжимается поршнем перед воспламенением в конце такта сжатия. На представленном изображении третьего двигателя показан двухсторонний двигатель в стиле парового столового двигателя. Вертикальный цилиндр не имеет водяного охлаждения. На стенке цилиндра имеется центральное выпускное окно, открываемое поршнем. Отдельные газовые и воздушные насосы работают в два раза быстрее двигателя, подавая свежий заряд к обоим концам цилиндра и очищая его от отработавших газов, но поршень сжимает заряд после закрытия выпускного окна. Дугальд Клерк описывает несколько патентов на двигатели внутреннего сгорания в период с 1839 по 1854 год, но отмечает, что "из этих патентов, безусловно, самым важным является патент Барнетта". Это высокая оценка выдающегося инженера, который впоследствии был удостоен звания KBE и стал членом Королевского общества. Концепция двухтактного газового двигателя двойного действия была позже подхвачена Кёртингом, который в 1900 году запустил в производство двигатель мощностью 350 л.с., основанный на этом принципе. Он находился в производстве в течение многих лет. Для управления тепловым режимом требовался цилиндр и поршень с водяным охлаждением. Система воздушного насоса была устроена таким образом, что воздух подавался перед смесью газа и воздуха, что улучшало продувку, а более длинный ход поршня означал, что для продувки доступно меньше хода. Механическое управление клапанами использовалось на впускном клапане и на управляющих клапанах воздушных и газовых насосов. Более подробную информацию можно найти в литературе.