Газогенераторный автомобиль — автомобиль, двигатель внутреннего сгорания которого получает в качестве топливной смеси газ, вырабатываемый газогенератором.
Технологический процесс
В качестве топлива могут использоваться дрова, угольные брикеты, торф и т. п. Принцип работы газогенератора основан на неполном сгорании углерода. Углерод при сгорании может присоединить один атом кислорода или два, с образованием соответственно монооксида (угарный газ) и диоксида (углекислый газ). При неполном сгорании углерода выделяется практически треть энергии от величины полного сгорания.
Таким образом, полученный газ обладает гораздо меньшей теплотой сгорания, чем исходное твёрдое топливо. Кроме того, в газогенераторе при газификации древесины, а также при газификации угля с добавлением воды (как правило в виде пара) идёт эндотермическая реакция между образующимся монооксидом углерода и водой с образованием водорода и углекислого газа. Эта реакция снижает температуру полученного газа и повышает КПД процесса до величины 75-80 %.
В случае же если нет необходимости перед использованием охлаждать газ, то КПД газификации составит 100 % [ источник не указан 700 дней ] . То есть фактически будет осуществлено двухстадийное полное сжигание твёрдого топлива.
Калорийность полученного газа достаточно низкая вследствие разбавления его азотом. Но поскольку для его сгорания требуется значительно меньше воздуха, чем для сгорания углеводородов, то калорийность рабочей смеси (газ + воздух) лишь незначительно ниже чем у традиционных топливовоздушных смесей.
Основной причиной снижения мощности транспортных двигателей используемых для работы на газе без переделки является уменьшение величины заряда рабочей смеси, поскольку добиться удовлетворительного охлаждения газа на подвижной технике затруднительно. Но эта проблема не имеет существенного значения для стационарных двигателей, где масса и габариты охладителя мало ограничены.
На двигателях, специально изменённых или специально разработанных для работы на генераторном газе, посредством повышения степени сжатия и незначительного наддува газогенератора, достигаются равные с бензиновыми двигателями литровые мощности.
Газогенератор обычно применяется при наличии уже имеющихся ДВС (как бензиновых, так и дизельных) и отсутствии основного жидкого (бензин, солярка) топлива для них.
История
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ и получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.
В 1860 г. бельгийский официант и, по совместительству, инженер-любитель Этьен Ленуар создал и запатентовал двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе.
В 1862—1863 гг. газогенераторная силовая установка мощностью до 4 л.с. была установлена на восьмиместный открытый омнибус. КПД двухтактного двигателя Ленуара достигал всего 5 %. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, поэтому, когда на Парижской всемирной выставке 1878 г. публике был продемонстрирован четырёхтактный газовый двигатель немецкого инженера Николаса Отто с КПД 16 %, слава пионера газогенераторного двигателестроения, к сожалению, быстро померкла.
В 1883 г. английский инженер Э. Даусон впервые сформулировал концепцию сочетания газогенератора и двигателя внутреннего сгорания в едином блоке, который целиком мог быть установлен на транспортной или иной машине. Значение этой работы было настоль велико, что в течение некоторого времени полуводяной газогенератор повсеместно назывался «газом Даусона». Первый классический газогенераторный автомобиль, использующий в качестве топлива древесные чурки и древесный уголь, был построен Тейлором в 1900 г. во Франции (патент в России выдан в 1901 г.).
В 1891 году отставной лейтенант Российского флота Евгений Яковлев построил завод газовых и керосиновых двигателей в Санкт-Петербурге на Большой Спасской улице, однако конкуренцию с нефтяными и бензиновыми двигателями его продукция не выдержала.
В 1916 г. начались регулярные рейсы газогенераторного автобуса между Парижем и Руаном (протяжённость маршрута по разным данным составляла от 125 до 140 км).
В 1919 г. французский инженер Георг Имберт создал газогенератор прямоточного (обращённого) типа, в котором топливо и газифицирующий агент при газификации движутся в одном направлении. В 1921 был создан автомобиль с газогенератором на этом принципе. При этом древесина пиролизуется не в цилиндрах (как у Форда, Круппа или Порше), а в котле, где древесина «сжигалась» при недостатке кислорода (частичнозамещённый пиролиз), что являлось большим шагом вперед по сравнению с полукоксованием от Круппа. Это позволило настолько улучшить качество газогенераторов, что газогенераторные двигатели снова стали реальными конкурентами бензиновых и дизельных двигателей.
В Германии во время войны стали делать газогенераторы не только дровяные, но и на брикетах из буроугольной крошки и пыли, так как этого топлива там было достаточно много. Грузовики с газогенераторами ездили не быстро — 20 км в час — на низкокалорийном газе, в который превращались в газогенераторе дрова. В некоторых странах мира и в настоящее время используют такие автомобили (в очень небольших количествах), довольно много их в сельской местности Северной Кореи .
В 1938 г. в Европе насчитывалось около 9 тыс. автомашин, работавших на газогенераторном горючем. К 1941 г. это количество увеличилось почти в 50 раз. В том числе в Германии их число достигло 300 тыс.
Первое в СССР испытание автомобиля на шасси ФИАТ-15 с газогенераторной установкой В. С. Наумова состоялось в 1928 году. В 1934 году проведён первый испытательный пробег газогенераторных автомобилей по маршруту Москва — Ленинград — Москва, в котором участвовали ГАЗ-АА и ЗИС-5 с установками, спроектированными в НАТИ .
В СССР в 1936 г. было принято постановление СНК СССР о производстве газогенераторных автомобилей и тракторов. В 1936 году выпущена первая партия газогенераторных грузовиков ЗИС-13, а затем — ЗИС-21 и на Горьковском заводе — ГАЗ-42. В начале 1941 года выпускались работавшие на древесных чурках газогенераторные установки для автомобилей ЗИС, тракторов ЧТЗ и ХТЗ. Они имели существенные недостатки: небольшую мощность, быстрый износ металла, заводские дефекты, приводившие к большим простоям. Однако газогенераторные автомобили и трактора стали большим плюсом во время Великой Отечественной войны — они активно использовались в тылу.
В трудные годы войны все машины Колымы были переведены на газогенераторное топливо, или, проще говоря, на обыкновенную деревянную чурку. Были специальные комбинаты по заготовке и сушке «чурочки» — так ласково называли её шофёры. Уходя в рейс, водитель брал шесть-восемь мешков чурки, которые по мере необходимости засыпал в специальный бункер. Дерево сгорало, образовавшийся газ «двигал» машину.
Ясное дело, что «газген» появился не от хорошей жизни — не хватало бензина. Первая конструкция газогенераторного устройства была неудачной… Рационализаторы Аткинской автобазы решили заставить «газген» работать лучше. И они добились своего: сделали надёжным «газген» на трассе, грузоподъёмность его повысили до семи тонн. А опытные шофёры на такую машину брали прицепы до восьми тонн. На ВДНХ в 1945 году колымские «газгены» заняли первое место.
Люди изобрели электричество, научились пользоваться солнечной и ветровой энергией, добывать различные полезные ископаемые, например, нефть и газ. Однако большинство из них всё так же продолжает сжигать в топках дерево. Опилками и прочими отходами деревообрабатывающей промышленности можно пользоваться, если своими руками изготовить газогенераторный автомобиль на дровах. Многие мастера сегодня успешно эксплуатируют подобные устройства.
Особенностью газогенератора для автомобиля на дровах является агрегат, в котором происходит добыча газовой смеси. Затем она попадает в ДВС, где осуществляется ее сгорание. В результате этих процессов машина движется. При использовании такого прибора необходимо учитывать, что он занимает немало места и требует использования дополнительного оборудования — фильтра, трубки и радиатора.
Газогенератор — устройство, которое превращает дерево в газ. Всем известно, что именно газ является альтернативным энергетическим источником для автомобилей. Подтверждением этому служит большое количество газовых заправок. Однако добыть топливо самостоятельно не только можно, но и вполне реально. Бортовая конструкция способна вырабатывать столько ресурсов, сколько требуется автомобилю. Однако есть один нюанс: горячее топливо менее эффективно, особенно если в нем присутствуют примеси. Поэтому первым делом его нужно остудить, а затем очистить.
После выхода за пределы агрегата газ движется по трубам к фильтру, а потом к радиатору. Во время движения он очищается от пыли и кислот. Кроме того, снижается его температура. В процессе прохождения по лабиринтам примеси оседают на стенках в виде жидкости или твердых частиц. Через специальный тройник газ соединяется с кислородом и отправляется в двигатель. Затем смесь доходит не только до требуемой кондиции, но и оказывается в двигателе. После этого газ попадает в камеру сгорания и приводит автомобиль в движение.
Подвеска, салон, двигатель и сцепление машины при этом остаются на своих местах. Единственная проблема заключается в том, где поместить газогенератор и как провести трубопровод, чтобы машина была похожа на паровоз. Все эти вопросы следует подробно изучить перед началом работ.
Автомобиль на дровах своими руками вполне можно сделать. Изготовление газогенератора — посильная задача, впрочем, как и его установка. Для начала важно понять особенности агрегата и суть процесса. Сама конструкция представлена в виде зауженного в нижней части цилиндра. Образно можно назвать его бункером, накопителем для дров в котором является цилиндрическая часть. В узкой половине происходит сгорание.
Заготовки сами опускаются под действием собственной массы. Благодаря этому обеспечивается бесперебойная подача топлива к источнику горения. Зола оседает в специальной емкости, которая периодически требует чистки. Дрова загружаются в люк сверху.
Небольшие заготовки плотно размещают от колосников до крышки. Последняя герметично закрывается, чтобы минимизировать утечки. Устройство разжигают, спустя некоторое время машина может отправляться в путь.
Не следует путать конструкцию с открытым костром. Требуемый для горения кислород порциями подается через специальную трубку. На противоположной стороне располагается отверстие для выхода газа. При порционной подаче воздуха не осуществляется активное горение. Деревянные заготовки подвергаются пиролизу — тлеют на слабом огне, активно выделяя горючую смесь.
Основное назначение газогенератора заключается в получении горючего газа, который называется оксидом углерода. Именно это вещество и будет гореть в ДВС. Эту процедуру можно позиционировать как полное и частичное сгорание, во время которого происходит образование оксида углерода. Кроме того, выделяется и углекислый газ.
Дрова при сгорании в контакте с влагой образуют смесь, которая состоит из:
- метана;
- непредельных углеводородов;
- оксида углерода;
- водорода.
Существует три вида газогенераторов для автомобиля. Если кислород подается с нижней части, а газ отбирается сверху — это прямоточное изделие. При подобном размещении патрубков газовая смесь высвобождается при горении внизу конуса. В процессе движения газов через уголь и чурки из дерева происходит отдача воздуха и тепла. После того как заготовки пропускают через себя горячую газовую смесь, они просушиваются и готовятся к пиролизу.
Если подача кислорода для поддержки горения осуществляется в начале узкой части бункера, а газовая смесь отбирается снизу, тогда этот вид устройства именуется обратным или опрокинутым. Зажигание дерева осуществляется внутри, выше колосниковой зоны. Трубы для отвода газа располагаются ниже колосников. Подобный принцип работы аналогичен курительной трубке.
Имеется и альтернативный вариант — камера сгорания у обратного газогенератора ограничивается специальной наклонной перегородкой. Напротив трубы подачи кислорода с обратной стороны перегородки имеется ниша, из которой проводится отбор горючего газа. Патрубки кислородной подачи и отвода газа размещаются на одном уровне. Линия подвода труб пересекает бункер поперек, поэтому подобную конструкцию называют горизонтальной.
Прямоточные и горизонтальные газогенераторы хорошо показали себя при использовании торфа, древесного угля или кокса. Опрокинутый вид оборудования широко используется для езды на сухих чурках из дерева.
Характерной чертой всех газогенераторов является перемещение углекислого газа (диоксида углерода) через разлагающийся уголь. При этом газовая смесь отдает излишки воздуха и преобразуется в оксид углерода. Желательно, чтобы между теплообменником и камерой сгорания размещался циклонный фильтр. Это необходимо для того, чтобы газовая смесь очищалась от всевозможных механических примесей. Подобное устройство может задерживать около 90% летучей пыли.
Радиатор выполняет существенную роль. Охлаждаясь, газ становится более концентрированным и уменьшается в объемах. Это способствует подаче в ДВС большего количества топлива. Мощность двигателя в период эксплуатации напрямую зависит от температурных показателей газообразной смеси. Это обусловлено тем, что газ устойчив к детонации, поэтому его нужно охлаждать для усиления сжатия.
Компактным считается фильтрующий элемент тонкой очистки, сделанный из двух канистр. Внутри емкостей располагают минвату и шлак в гранулах. Они и будут хорошо чистить газ. В нижней части фильтра и теплообменника в обязательном порядке нужно установить краны. Это необходимо для стравливания конденсата. После очистки и остывания газовой смеси выпадает роса. Каждые 200 км езды в емкости собирается около 3 л жидкости.
Сварные швы и места соединения обязательно должны быть герметичными, поскольку в случае утечки при постоянном добавлении дров скорость и производительность двигателя авто будут оставаться на минимальном уровне. Собранный агрегат должен быть хорошо закреплен, чтобы он не разрушился от вибрации во время движения.
Газогенераторный двигатель на дровах для автомобиля может быть различных форм и размеров. Для этих показателей не существует каких-либо определенных требований. Однако необходимо учитывать, что прибор должен обязательно быть создан из металла толщиной не менее 3 мм. Где именно установить конструкцию, каждый автолюбитель решает самостоятельно.
При выборе месторасположения важно продумать не только размеры всего агрегата, теплообменника и фильтров, а также длину патрубков. Важно, чтобы загрузка партии топлива происходила через крышку сверху. Во время работы двигателя дозаправка осуществляется с незначительным выделением газа. Если ДВС заглушен, а в устройстве продолжает гореть масса, загрузка новой партии сопровождается появлением обильного облака.
Поместить подобное устройство можно только снаружи автомобиля и обязательно сзади. Это обусловлено тем, что к конструкции должен быть свободный доступ. Чем длиннее планируемые дистанции без дозаправки, тем больше размеры изделия. Составляющие элементы аппарата должны быть сделаны в соответствии с размерами бункера.
Газогенератор на грузовой машине можно разместить между кабиной и бортом с водительской стороны. Трубы, теплообменник и фильтрующий элемент разрешается размещать за кабиной. Фильтр тонкой очистки следует расположить на противоположной части кабины (за дверью пассажира). Для удобного удаления конденсата патрубки и дренажные краны выводят ниже фильтрующего элемента тонкой очистки.
На легковой машине аппарат рекомендуется устанавливать на открытой части. Для этого можно модифицировать багажник, приварить прицеп и т. д. Все зависит от вкусовых предпочтений и фантазий владельца. Не рекомендуется устанавливать оборудование в багажнике под крышкой, так как во время его эксплуатации в салон автомобиля будут попадать дым и угольная пыль.
Газогенератор — агрегат, с помощью которого получается горючий газ. После прогона последнего через очистительные фильтры и охлаждающий радиатор получается чистая и холодная газовая смесь. Оксид углерода может заменить классический вариант топлива, обеспечивая двигателю бесперебойную работу. Бензиновые ДВС функционируют с газогенераторным устройством без существенных потерь производительности.
Производство любого устройства начинается с изготовления чертежа. После изучения подробной информации человек имеет представление о внешней конструкции агрегата. Затем остается воплотить свою идею в жизнь.
Чтобы устройство выглядело эстетично, следует правильно подобрать детали. Для его изготовления понадобятся:
- бочка на 100 л;
- бидон из стали с плотной крышкой на фиксаторах;
- труба с толстыми стенами диаметром 15—16 см и длиной 30 см;
- огнетушитель;
- лист стали толщиной 0,6—1 см;
- часть бытового отопительного радиатора.
Сначала нужно вверху трубы проделать 5—6 отверстий. Она станет верхней частью конструкции. К одному из полученных отверстий следует приварить трубку подачи кислорода. Через остальные будет выходить газ. В нижней части необходимо приварить перфорированное днище из нержавейки. Получится колосниковая часть, на которой разместятся угли. Пыль будет выходить через отверстия.
С внутренней части получившегося стакана приваривается конус из металла для подачи углей. Затем следует приварить металлический лист с отверстием, размер которого совпадает с внутренним диаметром трубы. Конструкция должна размещаться перпендикулярно в верхней части трубки. Лист станет дном бункера. Функции последнего будет выполнять бидон.
Полученную заготовку помещают в бочку и приваривают таким образом, чтобы внизу осталось место для золы, а горлышко бидона размещалось над бочкой. Затем одно из отверстий бидона нужно совместить с камерой сгорания и соединить трубкой подачи кислорода. Далее в верхней части приваривают металлический лист, который перекрывает разницу размеров горловины бидона и бочки. Конструкция готова.
Сделать авто на дровах своими руками не так просто, как может показаться на первый взгляд. Процедура требует больших затрат сил и времени. Однако для умелого мастера, который готов экспериментировать и не боится трудностей, это вполне реальная задача. Очень важно подробно изучить устройство и принцип работы изделия, а также правильно составить его чертеж.