Газогенераторные двигатели

Возобновляемое топливо, не прошедшее предварительной обработки – основной козырь автомобилей с газогенераторными двигателями. История применения технологии легковых машин уходит корнями в 40-е годы. Однако сейчас популярность этих двигателей хоть и не на пике, как во Вторую Мировую, но всё же набирает обороты.

Содержание:

Основные плюсы

• стоимость топлива;
• машине не нужны мощные химические аккумуляторы;
• зола, появляющаяся в ходе работы, может применяться в качестве удобрения.

Не так-то просто совместить элегантность с громоздким газогенератором. Однако возможно, что доказывает этот автомобиль!

Газогенераторные двигатели продемонстрировали свою состоятельность. Характеристики таких автомобилей удовлетворительны для большинства. Около 100 км/ч максимальной скорости и около 100 километров пробега – вот примерные характеристики такого автомобиля. Не дурно, не так ли? Если пробега маловато, то можно использовать заднее сиденье для мешков с древесиной, однако придётся вручную высыпать «топливо» в бак, когда это понадобится.

Принцип работы

Синтез газа – процесс, когда горючий газ появляется из органического материала. На нём основан и принцип действия газогенераторного двигателя. Катализатором процесса служит тепло. Синтез начинается при достижении температуры в 1400 градусов по Цельсию.

Топливо может быть разным, например, торф, брикеты угля… Но, пожалуй, самый удобный вариант – дрова. Минусом можно назвать уменьшение заряда рабочей смеси, а следовательно – снижение мощности. Используют газогенераторы, как правило, уже с установленными ДВС.

На рисунке выше – автомобиль середины прошедшего столетия, приспособленный для использования дров в качестве топлива. Типично для европейской техники периода Второй мировой войны. Это было вызвано отсутствием иного топлива.

Новые исследования

APRA-E занялась серьезными исследованиями по использованию газовых двигателей, а так же замерами выхлопных газов с помощью газоанализаторов. И хоть речь и не о газогенераторных моторах, эти исследования могут оказать влияние и на эту технологию. Впрочем, непосредственно двигатели в сочетании с газогенераторами пока что мало интересуют научный мир по сравнению с иными технологиями по альтернативной энергии для легковых машин.

Почему так происходит? Ответ найти сложно, ведь газогенераторные двигатели имеют перспективные преимущества! Впрочем, даже если толком никто и не проведёт глубоких исследований с далеко идущими выводами, возможно множество мелких усовершенствований и даже случайные открытия энтузиастов со всего мира…

Вот пример того, насколько креативна и практична может быть мысль такого любителя.

Да, сразу видно, что с точки зрения аэродинамики эти автомобили уступают «космическим» формам обычных современных автомобилей. Однако и скорости их сравнительно невысокие, не больше, чем нужно большинству населения. Конечно, желающим приобрести или создать такой автомобиль стоит предварительно оценить маневренность, которая может пострадать.

Технические данные

Автомобиль с газогенераторным двигателем обладает достаточно специфическими характеристиками. Машина несколько теряет свою маневренность из-за веса двигателя, что может быть опасно, если достигнута высокая скорость. Так что ездить на машине 100 километров в час – сомнительное решение.

Чтобы лучше представлять особенности самого двигателя, стоит знать его технические данные:

• степень сжатия даже более высокая, чем у грузовых двигателей на бензине;
• мощность ниже, чем у бензинового мотора;
• грузоподъемность автомобиля сокращается.

Очевидно, что у газогенераторных моторов есть и плюсы, и минусы. Древесный газ имеет слишком маленькую энергетическую ценность по сравнению с природным. Водителям обязательно следует учитывать снижение динамических свойств машины, ведь разница между таким железным «конём» и каким-нибудь обыкновенным бензиновым монстром ощущается сразу.

Возможно, лучше отказаться от идеи создания автомобиля с газогенератором на самой машине. Вариант размещения в прицепе имеет свои плюсы.

Плюс способа в том, что точно не возникнет соблазна прокатиться с ветерком, да ещё и поупражняться в маневрировании на большой скорости. Так что прицеп может быть своеобразным ограничителем и напоминать об особенностях транспортного средства водителю.

Немного о стиле

Автомобиль с прицепом – это интересный выбор для тех, кто любит «Стим-панк»: старенькая маленькая машинка годов пятидесятых в сочетании с таким прицепом может слегка напомнить паровоз и выглядеть мило. Впрочем, если на такой автомобиль непосредственно установить газогенератор, стилистика «Стим-панка» тоже присутствует.

Намеренная «открытость» машины позволяет насладиться элементами и только добавляет стиля.

Распространение

В силу того, что цены на топливо растут, появляется всё больше умельцев, успешно модифицирующих свои транспортные средства в газогенераторные. Это происходит в разных странах мира. Много машин было разработано в Скандинавских странах. Работы мастеров, может, и не покажутся особо эстетичными, но со своими задачами автомобили справляются.

Газогенераторные двигатели имеют перспективы, но вряд ли их ждёт массовое производство. Скорее, люди, желающие сделать нечто особенное и экономичное, будут создавать свои шедевры. Кто-то будет пользоваться ими, а кто-то – продавать за хорошие деньги. В любом случае окончательно технология не исчезнет ещё лет сто.

Как сделать газогенератор для автомобиля своими руками

Эта статья – для мастеровитых энтузиастов, не жалеющих времени и сил для достижения результата. Зачем такая преамбула? Потому что здесь пойдет речь о том, как сделать газогенератор своими руками. Это довольно сложный агрегат, вырабатывающий из дров и угля горючее, способное заменить традиционные виды топлива – бензин в автомобиле и природный газ в доме. Мы познакомим вас с устройством газгена и трудностями, связанными с его изготовлением, установкой и эксплуатацией.

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. Они дорожают с каждым годом, заставляя домашних умельцев искать новые пути с помощью старых изобретений. Одно из них – автомобили с газогенераторами на дровах, появившиеся в начале прошлого столетия.

В первой половине 20-го века дровяными агрегатами оснащались легковые и грузовые авто

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.

Функциональная схема газогенератора прямого процесса

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.

Для ясности мы описали генерацию горючего путем прямого процесса газификации, когда массив топлива движется навстречу воздушному потоку. Существуют и другие способы – обращенный процесс (воздух продувается сверху вниз) и горизонтальный метод, показанный выше на схеме газогенератора. Если вы хотите подробно разобраться в теоретических моментах, предлагаем посмотреть следующее видео:

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. Поэтому была придумана система фильтрования, входящая в состав газогенераторной установки и включающая 3 дополнительных агрегата:

• 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.

Схема работы циклона, который очищает силовой газ от примесей

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.

Самодельный газген, изготовленный заграничными коллегами

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. Исключение – камера газификации, ее минимальный диаметр составляет 140 мм. На кожух и крышку генератора пойдет металл толщиной 1.5 мм. Последняя уплотняется графитно-асбестовым шнуром.

Варианты охладителей горючей смеси из автомобильного радиатора и батареи отопления

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.

Более детальную информацию о сборке газогенератора своими силами вы получите, посмотрев видео:

Для розжига и запуска газгена вам потребуется вентилятор в виде улитки, устанавливаемый в моторном отсеке (для испытаний сойдет и бытовой пылесос). К нему требование простое: детали, соприкасающиеся с газовой смесью, должны быть металлическими. Топливная магистраль, ведущая к карбюратору, прокладывается под днищем авто и выполняется из стальной трубы.

Для справки. Если вместо дров использовать древесный уголь, то примесей на выходе газогенератора будет значительно меньше, что хорошо для двигателя. Такое топливо выжигается из дерева по простой технологии – в закрытой бочке или яме.

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:

Заключение

Дровяные газогенераторы, сделанные своими руками, можно не только ставить на автомобили, но и применять для домашних нужд. Про отопительные котлы мы уже говорили. Также многие домовладельцы пользуются бытовыми электрогенераторами, работающими от дизельных или бензиновых двигателей. Если их перевести на дрова, то получаемая от электростанции энергия станет гораздо дешевле.