Автомобиль на газогенераторном двс: достойная альтернатива привычному топливу

Почему это выгодно

Построив древесный газогенератор своими руками, вы сможете рассчитывать на следующие выгоды:

Газогенераторные автомобили

• Уменьшенный расход топлива. Ведь КПД котла с газогенератором равно 90-95 процентам, а у твердотопливного котла – всего 50-60 процентов. То есть, на обогрев одного и того же помещения газогенератор потратит не более 60 процентов топлива, расходуемого обычным твердотопливным котлом.
• Продолжительный процесс горения. Пиролиз дров происходит за 20-25 часов, а процесс термического разложения древесного угля заканчивается за 5-8 суток. Следовательно, загрузку дров в котел можно проводить всего раз в сутки. А если вы пользуетесь древесным углем, то «зарядка» котла осуществляется раз в неделю!
• Возможность использовать в качестве топлива любой источник целлюлозы – от жмыха и соломы, до живой древесины с влажностью около 50 процентов. То есть о «сухости» дров можно уже не заботиться. Причем в топку некоторых моделей газогенераторных котлов можно отгружать даже метровые поленья, без предварительного измельчения (колки).
• Отсутствие потребности в чистке и дымохода, и поддувала. Пиролиз утилизирует топливо практически без остатка, а продукт окисления олефинов – это обычный водяной пар.

https://www.youtube.com/watch?v=Of8z2_rVGvg

Кроме того, необходимо отметить и возможность полностью автоматизировать процесс работы котла.

К отрицательной стороне практики использования газогенераторов на дровах относятся следующие факты:

• Такой котел стоит очень дорого. Цена самого дешевого варианта «пиролизного» котла в два раза выше стоимости твердотопливного аналога. Поэтому самые рачительные хозяева предпочитают строить газогенератор на дровах своими руками.
• Такой котел работает на электричестве, расходуемом на энергообеспечение систем надува воздуха в камеры сгорания. То есть, если нет электричества – нет и тепла. А обычная печь будет «работать» где угодно.
• Котел генерирует стабильно высокую мощность. Причем снижение интенсивности нагрева спровоцирует сбой в работе всей системы – вместо горючих олефинов во вторичную камеру пойдет обычный деготь.

Но все недостатки «окупаются» обилием положительных характеристик и экономичной работой нагревательного прибора. Поэтому приобретение газогенератора, а тем более самостоятельное строительство такого «отопительного прибора» – это очень выгодное дело. И ниже по тексту мы опишем процесс создания дровяного газогенератора.

Газогенераторы поперечного (горизонтального) процесса газификации.

В газогенераторах поперечного процесса воздух с высокой скоростью дутья подводился через фурму, расположенную сбоку в нижней части. Отбор газа осуществлялся через газоотборную решетку, расположенную напротив фурмы, со стороны газоотборного патрубка. Активная зона была сосредоточена на небольшом пространстве между концом формы и газоотборной решеткой. Над ней располагалась зона сухой перегонки и выше – зона подсушки топлива.

Отличительной особенностью газогенератора этого типа являлась локализация очага горения в небольшом объеме и ведение процесса газификации при высокой температуре. Это обеспечивало газогенератору поперечного процесса хорошую приспособляемость к изменению режимов и снижает время пуска.

Этот газогенератор, так же как и газогенератор прямого процесса, был непригоден для газификации топлив с большим содержанием смол. Эти установки применяли для древесного угля, древесноугольных брикетов, торфяного кокса.

Наибольшее распространение получили газогенераторные установки обращенного процесса газификации, работавшие на древесных чурках.Примером такого газогененератора может служить газогенератор устанавливавшийся на ГАЗ-42

Газогенератор ГАЗ-42 состоял из цилиндрического корпуса 1, изготовленного из 2-миллиметровой листовой стали, загрузочного люка 2 и внутреннего бункера 3, к нижней части которого была приварена стальная цельнолитая камера газификации 8 с периферийным подводом воздуха (через фурмы).Нижняя часть газогенератора служила зольником, который периодически очищался через зольниковый люк 7.

Воздух под действием разрежения, создаваемого двигателем, открывал обратный клапан 5 и через клапанную коробку 4, футорку 6, воздушный пояс и фурмы поступал в камеру газификации 8. Образующийся газ выходил из-под юбки камеры 8, поднимался вверх, проходил через кольцевое пространство между корпусом и внутренним бункером и отсасывался через газоотборный патрубок 10, расположенный в верхней части газогенератора.

Равномерный отбор газа по всей окружной поверхности газогенератора обеспечивался отражателем 9, приваренным к внутренней стенке корпуса 1 со стороны газоотборного патрубка 10.Для более полного разложения смол, особенно при малых нагрузках газогенератора, в камере газификации было предусмотрено сужение – горловина.

На величину получаемой мощности влияла согласованность таких параметров конструкции газогенератора, как диаметр камеры газификации по фурменному поясу, проходное сечение фурм, диаметр горловины и высота активной зоны.

Газогенераторы обращенного процесса применяли и для газификации древесного угля. Вследствие большого количества углерода в древесном угле процесс протекал при высокой температуре, которая разрушительно действовала на детали камеры газификации.Для повышения долговечности камер газогенераторов, работающих на древесном угле, применяли центральный подвод воздуха, снижавший воздействие высокой температуры на стенки камеры газификации.

Изготовление газгена для автомобиля

Перед тем как сделать работоспособный газогенератор для автомобиля, предлагаем ознакомиться с некоторыми рекомендациями:

1. Организовать подачу силового газа в современном авто с инжектором – задача непростая. Придется менять настройки контроллера (прошивку), иначе мотор на древесном топливе работать не будет. Нужна машина со старой системой топливоподачи – карбюратором.
2. Чем больше мощность и рабочий объем двигателя, тем выше производительность должна быть у газогенератора. Соответственно, он вырастет в размерах.
3. Чтобы уместить установку в багажник легкового авто, потребуется вырезать часть днища. Если вы не хотите затрагивать кузов, то сразу планируйте ставить дровяной генератор с фильтрами и охладителем на прицеп.
4. Для изготовления камеры газификации, где температура превышает 1000 °С, применяйте низкоуглеродистую толстую сталь (4—5 мм).
5. Чтобы уменьшить содержание смол в газовой смеси, делайте камеру с горловиной, как это показано на чертеже.

Важный момент. Не стоит увеличивать диаметр камеры газификации (на чертеже он равен 340 мм) с целью добиться большей производительности. Прирост получится мизерный, а качество переработки древесины ухудшится. А вот высоту 183 см выдерживать не обязательно, разве что вы поставите агрегат на прицеп или на раму грузовика. Топливный бункер и зольник можно укоротить.

Для сборки внутренней части автомобильного газогенератора (бункера) сгодится старый пропановый баллон, ресивер от грузовика КаМАЗ или толстостенная труба. Учитывая, что диаметр стального сосуда равен 300 мм, остальные размеры нужно пропорционально уменьшить.

Сопутствующие агрегаты – фильтры и охладители – делаются так:

1. Циклон сварите из отработавшего огнетушителя или отрезка трубы диаметром 10 см, как это изображено на чертеже. Входной патрубок приделайте сбоку, выпускной – сверху.
2. Охладитель силового газа лучше сделать из стальных труб в виде змеевика. Есть и другие варианты: использование старых конвекторов, батарей отопления и радиаторов.
3. Фильтр тонкой очистки изготовьте из любой цилиндрической емкости (например, бочки), наполненной базальтовым волокном.

История создания и развития, примеры авто на дровах

Несмотря на медленное продвижение темы газогенераторных машин, история таких разработок весьма богатая. Так, еще в 1823 году российский изобретатель Овцын И.И. разработал аппарат для перегонки древесины. В его основу легла самая обычная «термолампа».

Главной особенностью установки стало применение в ней главных продуктов пиролиза — светильного газа, уксусной кислоты и дегтя, а также древесного угля.

Почти через сорок лет (в 1860 году) свой вклад в науку сделал Этьен Ленуар — бельгийский официант с инженерными «наклонностями». Именно он первым приобрел патент на ДВС, функционирующий на светильном газе.

Но он занимался не только этими разработками.

Еще через два года установка новоиспеченного гения появилась на 8-местном открытом омнибусе.

Но в 1878 году, когда публике был представлен более мощный 4-тактный двигатель на газе Николаса Отто, разработка Этьена Ленуара быстро забылась. При этом у нового устройства был более высокий КПД: 16% у Отто против 5% у Ленуара.

Еще через два десятка лет, в 1883 году (от 1860 года), появилась новая концепция сочетания обычного ДВС и газогенератора.

Английскому ученому Э. Даусону удалось объединить два устройства в одной коробке.

Получившийся аппарат можно было смело устанавливать на любую технику и спокойно эксплуатировать. Со временем разработка Э. Даусона получила название «газа Даусона».

В 1891 году отличился Яковлев Евгений (лейтенант Российского флота). Ему удалось выстроить целый завод по производству керосиновых и газовых моторов. Местом для строительства стал Санкт-Петербург.

Со временем завод прекратил существований из-за невозможности устоять в конкуренции с бензиновыми и дизельными моторами.

1900-й можно смело назвать годом выпуска первого газогенераторного автомобиля, использующего древесный уголь и дерево в виде топлива.

Аппарат был разработан во Франции Фредериком Уинслоу Тейлором, а патент удалось получить немного позже (в 1901 году).

В последующем появлялись все новые и более интересные разработки в данной сфере. Так, в 1919 году Георг Имберт (инженер французского происхождения) разработал газогенератор обращенного типа.

Уже в 1921 году появились первые автомобили с моторами, работающими на данном принципе. Именно тогда возникли предположения о вероятной конкуренции газогенераторного авто с дизельными или бензиновыми моторами.

Со временем отличилась и Германия, где в период войны получили распространение не только дровяные газогенераторы, но и устройства, способные работать на специальных брикетах, состоящих из буроугольной пыли и крошки.

Первые грузовые авто с газогенераторами были весьма медлительными — им едва ли удавалось достичь скорости в 20 километров в час.

Несмотря на это, к 1938 году популярность газогенераторных авто была настолько большой, что общее число таких машин насчитывалось около девяти тысяч.

Еще через три года (к 1941 году) их число возросло еще в пятьдесят раз. К примеру, в той же Германии количество машин «на дровах» выросло до 300 тысяч экземпляров.

Старался не отставать и Советский Союз. Здесь первые испытания газогенераторных авто прошло в 1928 году. В машине был задействован мотор Наумова и шасси Фиат-15.

Еще через шесть лет был организован первый большой пробег машин с газогенераторными моторами от Москвы до Ленинграда и обратно.

В «забеге» принимали участие автомобили ЗИС-5 и ГАЗ-АА. Успех мероприятия послужил принятию в 1936 году специального постановления СНК СССР о разработке газогенераторных тракторов и машин.

ГАЗ – АА.

ЗИС – 5.

Первая партия новых газогенераторных машин появилась на дорогах СССР в 1936 году.

Производство осуществлялось на двух заводах — Горьковском (ГАЗ-42) и на ЗИС (заводе имени Сталина).

Спустя пять лет был налажен выпуск газогенераторных моторов для тракторов и машин ЗИС.

К недостаткам силовых узлов можно было отнести множественные заводские дефекты, высокую скорость износа металла, минимальную мощность и так далее.

С другой стороны, газогенераторные установки очень помогли в войну и активно применялись в тылу.

Конструкция установки

Чтобы успешно эксплуатировать авто на дровах или сжигать полученное топливо в котле, одного газогенератора недостаточно. Дело в том, что помимо балластных газов, самодельное горючее содержит летучие примеси и смолы, проще говоря, — дым и сажу. Ни автомобильный мотор, ни горелочное устройство котла не рассчитано на такое топливо и быстро выйдет из строя.

• фильтр грубой очистки – циклон;
• радиатор – охладитель;
• фильтр тонкой очистки.

Очередность размещения этих элементов показана на технологической схеме:

Циклон для газогенератора представляет собой вертикальный цилиндр с двумя патрубками и конусом на конце, как показано на чертеже. Загрязненная газовая смесь, попадая внутрь него, движется по кругу на высокой скорости, за счет чего крупные и средние частицы золы отбрасываются на стенки центробежной силой и выводятся через отверстие в конусе.

Чем выше температура газа, тем меньше его плотность. Это значит, что горючее на выходе из газгена нельзя использовать в ДВС без предварительного охлаждения, иначе оно просто не воспламенится в цилиндрах. Поэтому в промышленных газогенераторных установках сразу после циклона ставится воздушный либо водяной теплообменник, а следом – компрессор, нагнетающий охлажденную газовую смесь в распределительную емкость.

В конце технологической цепочки стоит фильтр тонкой очистки, удаляющий из полученного топлива мелкие частицы сажи и золы. Пример такого агрегата – так называемый скруббер, в котором газы очищаются за счет продувания через воду. Теперь, когда мы разобрались с технологией производства горючего, можно сделать собственную недорогую установку, способную обеспечить работу двигателя внутреннего сгорания на дровах.

Машина на дровах: расход, пробег, запуск, фильтрация, октановое число газа, влияние на двигатель

Мифы о газогенераторных установках

На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.

Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60—70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.

Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.

Вывод. Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.

Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.

Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10—25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант — газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.

Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.

Вывод. Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Огни в моих топках совсем прогорят: тест-драйв газ-аа на дровах — колеса.ру – автомобильный журнал

Подключение и запуск двс

Поскольку теплотворная способность генерируемого из дров топлива гораздо ниже, чем у бензина, то для нормальной работы мотора соотношение воздух/горючее нужно изменить. Для этого придется смастерить смеситель и поставить его на впускном тракте. Простейший вид смесителя – воздушная заслонка, управляемая тягой из салона.

Завести холодный мотор на дровах – та еще задачка. Поэтому не стоит полностью отказываться от бензина, а подавать его только во время запуска, а потом переходить на горючее, вырабатываемое газгеном. Чтобы реализовать переключение на разные виды топлива, изготовьте смеситель по схеме, предложенной в книге И. С. Мезина «Транспортные газогенераторы»:

Примечание. В этой же книге вы найдете массу полезной информации касательно получения газообразного топлива из различных видов древесины и угля.

Теперь про особенности пуска и работы ДВС на древесине и угле:

• размер дров, загружаемых в бункер, не должен превышать 6 см;
• сырую древесину применять нельзя, поскольку вся выделяемая теплота уйдет на испарение воды и процесс пиролиза будет крайне вялым;
• розжиг производится через специальное отверстие с обратным клапаном при включенном вентиляторе не позже чем за 20 минут до поездки;
• мощность мотора снижается примерно на 50% по сравнению с ездой на бензине;
• из предыдущего пункта вытекает, что ресурс работы двигателя на самодельном горючем тоже уменьшается.

Примечательно, что после кратковременных стоянок машина спокойно заводится от газгена, без перехода на бензин. После длительного простоя потребуется 5—10 минут на повторный розжиг установки. Как происходит запуск двигателя авто от самодельного газогенератора на дровах, смотрите в следующем видеоматериале:

Схема газогенератора и принцип работы

Углерод – это основа всей биомассы нашей планеты, в том числе древесины и различных углей, в который превратились спрессованные растения за миллионы лет. В отопительных котлах и двигателях внутреннего сгорания (ДВС) мы сжигаем углеводороды, добываемые из недр земли: метан, пропан и бензин.

Суть идеи в том, чтобы путем пиролиза получать из дерева газообразную горючую смесь, состоящую из нескольких соединений на основе углерода:

• угарный газ (СО);
• водород в свободном виде (Н₂);
• всем известный метан (СН₄);
• другие углеводородные соединения (общая формула — CnHm).

Примечание. Основным горючим компонентом смеси является окись углерода СО, доля остальных веществ из приведенного перечня невелика. Присутствуют в ней и другие газы, называемые балластными, – азот, углекислый газ (СО₂) и водяной пар. Данные о процентном соотношении веществ в конечном продукте и его теплотворной способности представлены в таблице:

Для выделения газообразного топлива служит пиролизный газогенератор на дровах (иначе – газген), чье устройство показано на схеме. Это закрытая емкость с колосниками, заполняемая твердым топливом через верхний бункер, вместо дымохода – патрубок выхода газовой смеси. Принцип работы газгена следующий:

1. Розжиг и горение массива дров происходит снизу, над колосниками. В камеру через фурмы вдувается воздух в ограниченном количестве (35% от нужного для полного сжигания объема).
2. В зоне горения выделяется большое количество тепла и в результате реакции кислорода с углеродом образуется углекислота СО₂. Содержание угарного газа и других воспламеняющихся веществ здесь невелико.
3. В зоне восстановления (газификации) под воздействием высокой температуры углекислый газ насыщается углеродом из древесины и превращается в горючее соединение – СО. Здесь же происходит разложение водяного пара и образование свободного водорода.
4. Раскаленные газы, проходя через верхние слои топлива, подсушивают дерево и заставляют его превращаться в полукокс (сухая перегонка), благодаря чему выделяется больше углерода.
5. Газовая смесь покидает корпус газгена и отправляется на последующую очистку для подачи в двигатель внутреннего сгорания или котел.

Для справки. Восстановление углекислоты (преобразование в СО) протекает с поглощением тепла, выделяемого в процессе горения. Кстати, между зонами нет четких границ и на чертеже они показаны условно.

Фильтры тонкой очистки

Для тонкой очистки газа чаще всего применяли очистители с кольцами. Очистители этого типа представляли собой цилиндрический резервуар, корпус 3 которого был разделен на три части двумя горизонтальными металлическими сетками 5, на которых ровным слоем лежали кольца 4, изготовленные из листовой стали.

Процесс охлаждения газа, начавшись в грубых очистителях – охладителях, продолжался и в фильтре тонкой очистки. Влага конденсировалась на поверхности колец и способствовала осаживанию на кольцах мелких частиц. Газ входил в очиститель через нижнюю трубу 6, и пройдя два слоя колец, отсасывался через газоотборную трубу 1, соединенную со смесителем двигателя.

Для загрузки, выгрузки и промывки колец использовали люки на боковой поверхности корпуса. Применялись конструкции, в которых в качестве фильтрующего материала использовалась вода или масло. Принцип работы водяных (барботажных) очистителей заключался в том, что газ в виде маленьких пузырьков проходил через слой воды и таким образом избавлялся от мелких частиц.

Высота барботажного слоя воды в очистителе установки ЦНИИАТ-УГ-1 повышалась от нуля до максимума (100 мм – 120 мм) по мере увеличения отбора газов. Благодаря этому обеспечивалась устойчивая работа двигателя на холостых оборотах и хорошая очистка газа на больших нагрузках.

Предварительно охлажденный газ поступал расположенную по центру очистителя газораздаточную коробку. Боковые стенки коробки имели два ряда отверстий диаметром 3 мм. Отверстия были расположены наклонно от уровня воды до нижнего края стенок, погруженных в воду на 70 мм.

Четыре отверстия, расположенные выше уровня воды, служили для обеспечения подачи газа на холостом ходу. С ростом числа оборотов эти отверстия перекрывались водой. В пространстве над газораздаточной коробкой при увеличении нагрузки создавалось разряжение, и уровень воды снаружи коробки повышался, а внутри, соответственно – понижался.

При этом газ, поступая внутрь коробки, попадал в отверстия, расположенные над уровнем воды, и уже в виде пузырьков поднимался вверх, сквозь наружный водяной столб. Очистившись в воде, газ проходил через кольца, насыпанные на сетки по обе стороны газораздаточной решетки, и направлялся во вторую секцию очистителя, где вторично пропускался через погруженную в воду гребенку окончательно очищался в слое колец.

Эксплуатация автомобилей с газогенераторными установками

Эксплуатация автомобилей с газогенераторными установками имела свои особенности. В силу повышенной степени сжатия работа двигателя на бензине под нагрузкой допускалась лишь в крайних случаях и кратковременно: например, для маневрирования в гаражных условиях.

Инструкция категорически запрещала перевозить на газегенераторных автомобилях огнеопасные и легковоспламеняющиеся вещества, и тем более въезжать на территории, где не допускалось пользоваться открытым огнем – например, топливные склады. Разжигать газогенератор разрешалось только на открытой площадке.

Розжиг газогенератора осуществлялся факелом, тягу в при этом создавал электрический вентилятор. Газ, прокачиваемый вентилятором в процессе розжига, через патрубок выходил в атмосферу. Момент готовности газогенератора к работе определяли, поджигая газ у отверстия выходного патрубка – пламя должно было гореть устойчиво.

По окончании розжига вентилятор выключали и пускали двигатель.При неисправности вентилятора газогенератор можно было разжечь самотягой. Для этого зольниковый и загрузочный люки газогенератора открывали, а под колосниковую решетку подкладывали «растопку» — стружку, щепу, ветошь.

Под действием естественной тяги пламя распространялось по всей камере. После розжига люки закрывали и пускали двигатель. Розжиг газогенератора при помощи работающего на бензине двигателя допускался инструкцией лишь в аварийных случаях, так как при этом возникала опасность засмоления двигателя.

При движении автомобиля водитель вынужден был принимать во внимание инерцию газогенераторного процесса. Чтобы обеспечить запас мощности, необходимо было поддерживать отбор газа, близкий к максимальному. Для преодоления трудных участков рекомендовалось заранее переходить на понижающие передачи и поднимать обороты двигателя, а так же обогащать газо-воздушную смесь, прикрывая воздушную заслонку смесителя.

В отличие от бензиновых, газогенераторные автомобили требовали более частого пополнения топливом. Догрузку топлива в бункер производили в течение дня во время погрузочно-разгрузочных работ или стоянок.Обслуживание газогенераторной установки было трудоемким.

Чистка зольника газогенератора автомобиля УралЗИС-352 предусматривалась через каждые 250 – 300 км. Через 5000 – 6000 км газогенератор требовал полной чистки и разборки. Трубы охладителя рекомендовалось прочищать раз в 1000 км специальным скребком, входившим в комплект инструмента для обслуживания газогенераторной установки.

Нижний слой колец фильтра тонкой очистки необходимо было промывать, выгрузив из фильтра на поддон, через 2500 – 3000 км пробега автомобиля. Верхний слой колец допускалось промывать каждые 10 000 км струей воды через люк в корпусе фильтра.Оксид углерода СО опасен для человеческой жизни, по этому перед проведением работ по обслуживанию требовалось открыто все люки проветрить газогенераторную установку в течение 5 – 10 минут.