Содержание
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.
Кроме того, в процессе горения происходит выделение нескольких негорючих компонентов. К ним относятся:
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.
Отгремела Великая Отечественная война. Помимо множества проблем, свалившихся на СССР, была и острая нехватка жидкого топлива. Ситуация требовала экстренного решения. И тогда советский автопром пошел по новому для себя пути – газогенераторному.
Послевоенный кризис
В конце ноября 1941 года из авиабомбового завода №316 было создано предприятие по разработке и производству силовых агрегатов для авто, а также трансмиссий к танкам. Так, благодаря решению Государственного Комитета Обороны появился Миасский завод.
Задачи и сроки их исполнения перед предприятием поставили жесткие. Поэтому уже в начале весны 1942 года заводчане выдали готовое поршневое кольцо для нового двигателя ЗиС-5. А их коллеги еще спустя короткое время продемонстрировали трансмиссию. Вообще, только за тот год предприятие произвело порядка 9 тысяч моторов и примерно 15 тысяч коробок передач. Кроме этого на заводе трудились специалисты конструкторско-экспериментального отдела (с февраля 1942 года) под началом инженера А.С.Айзенберга.
Любопытно, что пока шла война, КЭО занимался лишь подготовкой документации. Его звездный час пришелся на послевоенные годы. Тогда страна начала испытывать сильный бензиновый голод. Образовавшийся дефицит требовалось срочно устранить. И тогда на арену вышел Уральский автомобильный завод (тот самый, расположенный в городе Миасс). Хотя многие советские предприятия пытались решить проблему, разведывая газогенераторное направление, роль ведущей скрипки отдали именно УралАзу.
По решению Наркомата (ноябрь 1946 года) предприятие начало налаживать выпуск грузовиков на базе ЗиС-5, оснащенных газогенераторной установкой.
Надо сказать пару слов о том, что представляла собой газогенераторная установка. Она состояла из самого газогенератора обращенного процесса газификации с центробежным нагнетателем. Кроме этого в состав системы входили: циклонный очиститель для грубой очистки газа (до него – охладитель), фильтры для тонкой очистки, вентилятор розжига, смеситель и предпусковой подогреватель (с начала 50-х годов).
Газогенератор ставили справой стороны. Поэтому пассажирская дверь являлась по совместительству и водительской. А вот фильтры тонкой очистки размещали с противоположной стороны. Газогенератор и центробежный нагнетатель соединялись друг с другом при помощи трубы, подводящей воздух. А крепились они (плюс фильтр) на раме двумя балками. Охладитель ставили под платформой вдоль рамы. Фильтры тонкой очистки, смеситель и вентилятор соединялись специальной составной трубой. Кстати, а вентилятор и подогреватель создатели "прописали"слева, немного выше подножки.
Вся эта "адская машина" в печи перерабатывала дрова, получая энергию, которая и приводила в действие авто.
Первопроходец
Пионером стал ЗиС-21А. Его оснастили деревянной кабиной и выгнутыми крыльями. В движение первопроходца приводил газ, получаемый из сожженных поленьев. А поскольку тогда еще точно не знали, каким аппетитом отличается автомобиль, испытания проходили в лесистых районах с налаженной инфраструктурой. Именно древесина стала единственным источником энергии для всего газогенераторного направления. Надо сказать, что в качестве топлива использовались не только поленья, но и любые отходы лесной промышленности.
Оговоримся сразу: если автомобиль ездит на дровах, это не значит, что он — паровоз без рельсов. Низкий КПД паровой машины с ее отдельной топкой, котлом и цилиндрами двойного-тройного расширения оставил паровые автомобили в числе забытой экзотики. А сегодня мы поговорим о "дровяном" транспорте с привычными нам ДВС, моторами, сжигающими топливо внутри себя.
Разумеется, затолкать дрова (или нечто подобное) в карбюратор вместо бензина пока еще никому не удавалось, а вот идея прямо на борту авто получать из древесины горючий газ и подавать его в цилиндры как топливо прижилась на долгие годы. Речь идет о газогенераторных автомобилях, машинах, чей классический ДВС работает на генераторном газе, который получают из древесины, органических брикетов, или угля. От привычного жидкого топлива, кстати, такие машины тоже не отказываются — они способны работать и на бензине.
Автомобиль с газогенераторной установкой. Фото wikipedia.org
Святая простота
Генераторный газ — это смесь газов, состоящая в основном из окиси углерода СО и водорода Н2. Получить такой газ можно, сжигая размещенную толстым слоем древесину в условиях ограниченного количества воздуха. На этом несложном принципе работает и автомобильный газогенератор, простой по сути агрегат, но громоздкий и конструктивно осложненный дополнительными системами.
Также, помимо собственно производства генераторного газа, автомобильная газогенераторная установка охлаждает его, очищает и смешивает с воздухом. Соответственно, конструктивно классическая установка включает в себя сам газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, электровентилятор для ускорения процесса розжига и трубопроводы.
НПЗ вожу с собой
Простейший газогенератор имеет вид вертикального цилиндра, в который почти доверху загружается топливо — дрова, уголь, торф, прессованные пеллеты и т.п. Зона горения расположена внизу, именно здесь, в нижнем слое горящего топлива создается высокая температура (до 1 500 градусов по Цельсию), необходимая для выделения из более верхних слоев будущих компонентов топливной смеси — окиси углерода СО и водорода Н2. Далее горячая смесь этих газов поступает в охладитель, который снижает температуру, повышая таким образом удельную калорийность газа. Этот довольно крупный узел обычно приходилось помещать под кузовом машины. Расположенный следом по ходу газа фильтр-очиститель избавляет будущую топливную смесь от примесей и золы. Далее газ направляется в смеситель, где соединяется с воздухом, и окончательно приготовленная смесь направляется в камеру сгорания двигателя автомобиля.
Схема автомобиля ЗИС-21 с газогенератором
Как видите, система производства топлива прямо на борту грузовика или легковушки занимала довольно много места и немало весила. Но игра стоила свеч. Благодаря собственному — и к тому же дармовому — топливу свой автономный транспорт могли себе позволить предприятия, расположенные за сотни и тысячи километров от баз снабжения ГСМ. Это достоинство долго не могло затмить все недостатки газогенераторных автомобилей, а их было немало:
— существенное сокращение пробега на одной заправке;
— снижение грузоподъемности автомобиля на 150-400 кг;
— уменьшение полезного объема кузова;
— хлопотный процесс "дозаправки" газового генератора;
— дополнительный комплекс регламентных сервисных работ;
— запуск генератора занимает от 10-15 минут;
— существенное снижение мощности двигателя.
ЗиС 150УМ, опытная модель с газогенераторной установкой НАМИ 015УМ
В тайге заправок нет
Древесина всегда являлась основным топливом для газогенераторных автомобилей. В первую очередь, конечно, там, где дров в избытке, — на лесозаготовках, в мебельном и строительном производстве. Традиционные технологии лесопереработки при промышленном использовании древесины в эпоху расцвета "газгенов" около 30% от массы леса отпускали в отходы. Их и использовали как автомобильное топливо. Интересно, что правилами эксплуатации отечественных "газгенов" строжайше запрещалось использование деловой древесины, так как и отходов лесной промышленности было с избытком. Для газогенераторов годились как мягкие, так и твердые породы дерева.
Единственное требование — отсутствие на чурках гнили. Как показали многочисленные исследования, проведенные в 30-е годы в Научном автотракторном институте СССР, лучше всего в качестве топлива подходят дуб, бук, ясень и береза. Чурки, которыми заправлялись котлы газогенераторов, чаще всего имели прямоугольную форму со стороной 5-6 сантиметров. Сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, опилки, кора, шишки и пр.) прессовали в специальные брикеты и также "заправляли" ими газогенераторы.
Главным недостатком "газгенов", как мы уже говорили, можно считать малый пробег на одной заправке. Так, одной загрузки древесными чурками советским грузовикам (см. ниже) хватало не более чем на 80-85 км пробега. Учитывая, что "заправляться" руководство по эксплуатации рекомендует при опустошении бака на 50-60%, то и вовсе пробег между заправками сокращается до 40-50 км. Во-вторых, сама установка, вырабатывающая генераторный газ, весит несколько сотен килограммов. К тому же двигатели, работающие на таком газе, выдают на 30-35% меньше мощности, чем их бензиновые аналоги.
Доработка автомобилей под дрова
Для работы на генератором газе автомобили приходилось приспосабливать, но изменения не были серьезными и порой были доступны даже вне заводских условий. Во-первых, в моторах повышали степень сжатия, чтобы не так существенна была потеря мощности. В некоторых случаях для улучшения наполнения цилиндров двигателя применялся даже турбонаддув. На многие "газифицированные" авто устанавливался генератор электрооборудования с повышенной отдачей, поскольку для вдувания воздуха в топку использовался достаточно мощный электровентилятор.
Для сохранения тяговых характеристик, в особенности это касалось грузовиков, при снизившейся мощности двигателя передаточные числа трансмиссии делали более высокими. Скорость движения падала, но для автомобилей, использующихся в лесной глуши и прочих пустынных и отдаленных районах это не имело решающего значения. Чтобы компенсировать изменившуюся из-за тяжелого газогенератора развесовку, в некоторых машинах усиливали подвеску.
Помимо того, из-за громоздкости "газового" оборудования отчасти приходилось перекомпоновывать автомобиль: менять, сдвигать грузовую платформу или урезать кабину грузовика, отказываться от багажника, переносить выхлопную систему.
Золотая эра "газгена" в СССР и за границей
Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 30-40-е года прошлого века. Одновременно в нескольких странах с большими потребностями в автомобилях и малыми разведанными запасами нефти (СССР, Германия, Швеция) инженеры крупных предприятий и научных институтов взялись за разработку автотранспорта на дровах. Советские специалисты больше преуспели в создании грузовых автомобилей.
С 1935 года и до самого начала Великой Отечественной войны на разных предприятиях Министерства лесной промышленности и ГУЛАГа (Главное Управление ЛАГерей, увы, реалии той поры) "полуторки" ГАЗ-АА и "трехтонки" ЗИС-5, а также автобусы на их базе переделывались для работы на дровах. Также отдельными партиями газогенераторные версии грузовиков производились самими заводами-изготовителями машин. Например, советские автоисторики приводят цифру 33 840 — столько было выпущено газогенераторных "полуторок" ГАЗ-42. Газогенераторных ЗИСов моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 в Москве выпущено более 16 тыс. единиц.
За довоенное время советскими инженерами было создано более 300 различных вариантов газогенераторных установок, из которых 10 дошли до серийного производства. Во время войны серийными заводами были подготовлены чертежи упрощенных установок, которые могли изготавливаться на местах в автомастерских без применения сложного оборудования. По воспоминаниям жителей северных и северо-восточных регионов СССР, грузовики на дровах можно было встретить в глубинке вплоть до 70-х годов ХХ века.
В Германии во время Второй Мировой войны наблюдался острый дефицит бензина. КБ двух компаний (Volkswagen и Mercedes-Benz) получили задание разработать газогенераторные версии своих популярных компактных машин. Обе фирмы в довольно сжатые сроки справились с поставленной задачей. На конвейер встали Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Интересно, что у серийных авто дополнительное оборудование даже не выступало за стандартные габариты "легковушек". В Volkswagen пошли еще дальше и создали опытный образец "дровяного" армейского Volkswagen Тур 82 ("кюбельваген").
Volkswagen Тур 82
Дровяные машины сегодня
К счастью, главное достоинство газогенераторных автомобилей — независимость от сети АЗС, сегодня стало малоактуальным. Однако в свете современных экологических веяний на первый план вышло другое достоинство автомобилей на дровах — работа на возобновляемом топливе без какой-либо его химической подготовки, без дополнительной траты энергии на производство топлива. Как показывают теоретические расчеты и практические испытания, мотор на дровах меньше вредит атмосфере своими выбросами, чем аналогичных двигатель, но уже работающий на бензине или солярке. Содержание выхлопных газов очень схоже с выбросами ДВС, работающих на природном газе.
И тем не менее тема с автомобилями на дровах утратила свою былую популярность. Забыть о газогенераторах не дают в основном инженеры-энтузиасты, которые ради экономии на топливе или в качестве эксперимента переоборудуют свои личные машины для работы на генераторном газе. На постсоветском пространстве есть удачные примеры "газгенов" на базе легковушек АЗЛК-2141 и ГАЗ-24, грузовика ГАЗ-52, микроавтобуса РАФ-2203 и пр. По словам конструкторов, их творения могут проезжать на одной заправке до 120 км со скоростью 80-90 км/ч.
К примеру, переведенный житомирскими инженерами в 2009 году на дрова ГАЗ-52 расходует около 50 кг древесных чурок на 100 км пробега. По словам конструкторов, подкидывать дровишки нужно каждые 75-80 км. Газогенераторная установка традиционно для грузовиков расположилась между кабиной и кузовом. После розжига топки должно пройти около 20 минут, прежде чем ГАЗ-52 сможет начинать движение (в первые минуты работы генератора выработанный им газ не имеет нужных горючих свойств). По расчетам разработчиков, 1 км на дровах обходится в 3-4 раза дешевле, чем на дизельном топливе или бензине.
Газогенераторная установка ГАЗ-52
Единственная на сегодняшний день страна, в которой массово используются автомобили на дровах, — это Северная Корея. В связи с тотальной мировой изоляцией там наблюдается определенный дефицит жидкого топлива. И дрова снова приходят на выручку тем, кто оказался в нелегком положении.