Газогенераторные двигатели: принцип работы, технические характеристики, топливо

Основные особенности

Газогенераторный двигатель имеет несколько неоспоримых положительных особенностей. Во-первых, топливо для устройства очень дешевое. Во-вторых, во время эксплуатации прибора появляется зола, которую можно использовать в качестве удобрения, к примеру. В-третьих, автомобилю не потребуется установка мощных химических аккумуляторов.

Газогенераторные двигатели доказали свое право на существование уже очень давно. На сегодняшний день их показатели, конечно же, сильно уступают новым моделям, работающим на бензине. Однако для большинства рядовых автолюбителей вполне могут подойти. Газогенераторная установка позволит развить скорость до 100 км/ч, приблизительный максимальный пробег составит около 100 км. Чтобы повысить этот параметр, придется возить на заднем сиденье дополнительные мешки с дровами и периодически вручную добавлять «топливо» в бак.

Сфера применения

Технические устройства активно применяют на практике благодаря их эффективности. Генераторные агрегаты превращают в газ биологические виды топлива, остатки от деревянного производства.

Высокая производительность позволяет:

• отапливать помещение;
• работать двигателю внутреннего сгорания в автомобиле.

Газогенераторная установка используется, если применять электричество невыгодно. Например, ее ставят возле стройплощадок и новых зданий, еще не подключенных к электросети. Используют агрегаты в больницах или на заводах, где необходима непрерывная энергия. При отсутствии электротока срабатывает резервный пиролизный газогенератор.

Есть автономные газогенераторные устройства различного функционала. Их приобретают, если переводят твердотопливные агрегаты на низкосортное топливо.

Применение в промышленности

Промышленный газогенераторный двигатель отличается характеристиками:

• эффективное сжигание дров;
• очищение окружающего пространства и атмосферы;
• возможность закладки низкокачественных горючих материалов.

Большие производственные установки оснащают автоматикой, поэтому не нужно присутствие работника.

Бытовые установки

При выборе учитывают:

• число фаз;
• жидкостное или воздушное охлаждение;
• ручной или автоматический запуск;
• открытый или закрытый корпус;

Горячий газ из газовой электростанции для частного дома можно применять в отопительной системе, высушивать с его помощью топливо, вещи, овощи, другие продукты. Для сушки часть магистрали газопровода обводят вокруг топки, размещают его между загрузочной камерой и корпусом.

Безопасность работы агрегата обеспечивают:

• терморегуляторы;
• предохранительные клапаны;
• контролирующие датчики;
• схемы аварийного отключения.

Электронные модули управления координируют работу, дают возможность задавать требуемые параметры, предусмотрено дистанционное управление пультом и посредством интернета. Обязательно предусматривают вывод дыма. Минимальные размеры комнаты, где стоит газогенератор, не должны быть меньше 15 м³.

Как работает устройство

Принцип работы газогенератора — синтез газа. Это процесс, в ходе которого, горючий газ будет образовываться при сгорании органического материала. Для того чтобы запустить такой процесс, необходимо достичь нужной температуры. Синтез газа начинается при достижении показателя в 1400 градусов по Цельсию. В качестве топлива для газогенераторного двигателя могут использоваться торф, брикеты с углем и некоторые другие материалы. Однако, как показала практика, наиболее распространенным и удобным материалом в качестве топлива выступает древесина. Хотя здесь стоит отметить, что дрова обладают одним недостатком — уменьшение заряда рабочей смеси. Вследствие этого несколько понижается и мощность установки.

Можно добавить, что двигатель на дровах такого типа обычно используется с уже установленным ДВС.

Автомобили на дровах. Расход 20 кг дров на 100 км.

История возникновения дровяных автомобилей

Идея газогенераторного автомобиля, двигатель которого работает на газу, получаемый из твердого топлива, не нова, ее изобрели еще в конце XИX — начале XX века. Первый классический газогенераторный автомобиль, который использовал в качестве топлива дрова и древесный уголь, был сконструирован в 1900 году во Франции. За год патент на производство таких автомобилей был издан в России.

Алексей Лагунов автомобили на газогенераторах

«В мае 2013 года, я случайно узнал, что существуют машины, которые ездят на дровах — то есть с помощью газогенератора. Тогда же я выяснил, что есть старая советская литература, по которой можно научиться самому сооружать такие же устройства. Я рассказал об этом своим коллегам-друзьям, и мы сами произвели вычисления и сами всё собрали. Конечно, сначала были и ошибки, но в итоге мы добились того, чтобы всё работало идеально».

«Дрова во время езды горят в металлической ёмкости, которую очень легко соорудить, — объяснил Сергей принцип, по которому работает механизм. — Там мало кислорода, и поэтому они горят не так, как в костре. Вырабатывается угарный газ, поступает в мотор и там выполняет функцию бензина или пропана. На выходе получается углекислый газ — как если бы мы открывали бутылку газировки. Никаких вредных выхлопов, это в десятки раз экологичнее, чем бензин. А ещё очень благоприятно влияет на растения».

Два килограмма дров — эквивалент литра бензина. А если машину заправлять древесным углем, то килограмм угля соответствует литру бензина. Хотя можно ездить даже на сосновых шишках.

Евгений Колыван, Opel на дровах

«Мой «Опель» может ехать и на бензине, и на дровах, — рассказывает Евгений. — Автомобиль не новый, 1986-го года выпуска. Переделать его я решил прошлой зимой. Из-за подорожания бензина ездить на работу стало дорого, вот я и придумал альтернативный вариант. Легче на дровах ездить, чем крутить педали велосипеда. Переделать машину было нетрудно. По специальности я учитель физики и математики. Несколько лет работал в школе, а сейчас занимаюсь ремонтом автомобилей на частной СТО. В багажник я прикрепил металлическую бочку и бидон, в которые закладываются дрова. Они тлеют, выделяя газ фильтруется, охлаждается и трубами подается в двигатель.»

Однажды меня остановили гаишники, чтобы расспросить, как я так переоборудовал «Опель». Даже документов не спросили. Скоро будет год, как я стал ездить на дровах, и еще ни разу не пожалел об этом. За это время «намотал» более чем 7000 километров. Сэкономил где 15000 гривен. Поскольку местность на Черниговщине лесистая, то «заправок» по дороге хватает. Достал из багажника пилу, которую я в шутку называю «Заправочным пистолетом», попилял сухие ветки — и вперед. Если же останавливаться некогда или заехал в поле, то можно перейти на бензин.

Затею поддержали и в Латвии. Этот латвийский «Москвич» тоже едет на газогенераторе:

По материалам: Nadrovah, Ecotown

Технические показатели

Если стоит выбор, к примеру, между покупкой автомобиля с традиционным двигателем или с газогенератором, то нужно подробно остановиться на рассмотрении технических данных второго варианта.

Масса двигателя на дровах достаточно большая, из-за чего теряется некоторая часть маневренности. Этот недостаток становится опасным, если развивать большую скорость. По этой причине доводить автомобиль даже до 100 км/ч не слишком разумное решение — придется ездить медленнее. Есть еще несколько важных технических данных такого оборудования.

Газовый двигатель, работающий на дровах, обладает большей степенью сжатия, чем грузовые бензиновые двигатели. Что касается мощности, то газогенератор, естественно, проигрывает бензиновому мотору.

Последнее отличие не в пользу газовой модели — это грузоподъемность, в которой он также проигрывает автомобилю с бензиновым двигателем.

Здесь еще важно отметить, что древесный газ характеризуется низкой энергетической ценностью, если сравнивать его с природным. Авто на дровах будет неизбежно терять в динамических свойствах, что также следует учитывать водителю такого транспортного средства.

Некоторые предпочитают установку объемного газогенератора осуществлять на прицеп, а не на сам автомобиль. В таком случае и быстро разогнаться не получится, и маневрировать особо не выйдет. Прицеп будет являться своеобразным ограничителем.

Как сделать авто на дровах своими руками

Если вы хотите попробовать перевести свою машину на дрова, на вашем пути встанет множество препятствий. Конструируя газогенераторную установку, вам надо будет сделать ее одновременно небольшой, довольно легкой и в тоже время высокоэффективной. Если позволяют финансы, наилучшим решением будет пойти по пути умельцев из-за рубежа и использовать нержавеющую сталь для корпуса самого газогенератора, фильтра и охладителя.

Это даст вам заметный выигрыш в массе всей конструкции, причем без потери прочности. Однако нержавейка обойдется вам в копеечку, и поэтому отечественные мастера часто заменяют ее обычной сталью.

На изображении внизу приведена схема самой совершенной автомобильной газогенераторной установки, которой оснащались серийные автомобили (речь идет о грузовике «УралЗИС-352″, выпускавшимся в 1950-х гг.). Именно на ее конструкцию лучше всего ориентироваться при сборке своего газогенератора:

Для начала надо будет сделать наружную емкость – для этой цели прекрасно подойдет прочная железная бочка или завальцованный и заваренный лист металла толщиной не менее 1 мм, для внутренней же сгодится газовый баллон (для пропана) или ресивер от грузовика (КамАЗа, например). Не забудьте прорезать в корпусе дверцу для доступа к зольнику, иначе вы не сможете его чистить. Внизу камеры сгорания следует расположить горловину – там будут осаждаться смолы. Колосниковую решетку легко сделать из прочной арматуры, а для патрубков придется подыскать трубы подходящего размера и диаметра. Из листа металла толщиной 5 мм получатся отличная крышка и днище. В качестве уплотнителя используйте асбестовый шнур (не забудьте нанести на него пропитку в виде графитной смазки).

На фильтр грубой очистки можно пустить отслуживший свое огнетушитель. В нижней части он оснащается насадкой в форме конуса со штуцером, а сверху вваривается патрубок, через который будет выходить очищенный газ. Сбоку, в корпус, врезается еще один штуцер для подачи продуктов горения. Общая схема циклона приведена ниже:

Так как смесь газов обладает слишком высокой температурой, в ДВС ее использовать нельзя. Поэтому газы необходимо охладить. В качестве охладителя можно использовать как обыкновенную «гармошку», применяющуюся в системах отопления, так и более продвинутый биметаллический радиатор, разместив его так, чтобы он хорошо обдувался набегающим потоком воздуха.

После охладителя газы нужно очистить еще раз с помощью фильтра тонкой очистки. Тут тоже подойдет корпус от старого огнетушителя, а вот фильтрующий элемент выбирайте на свое усмотрение . Узлы и агрегаты следует объединить согласно данной схеме:

Кроме того, вам понадобится еще 2 детали. Первая из них – это смеситель, с помощью которого вы будете регулировать топливно-воздушную смесь для ДВС. Вторая – вентилятор с реле, необходимый для нагнетания газа во время розжига (после запуска мотора в системе появляется разряжение, и вентилятор на этом этапе должен отключаться). Кстати говоря, вентилятор устанавливается в воздухораспределительной коробке, оснащенной обратным клапаном. Коробка не является частью газогенератора, а устанавливается отдельно.

Выводы и рекомендации

Хотя идея перевести машину с бензина на дрова и кажется весьма привлекательной, равноценной замены не получится. При всех достоинствах газогенератора, двигатель, работающий на смеси горючих газов, просто неспособен развивать мощность, сравнимую с мотором на жидком топливе. Как следствие, динамика оставляет желать лучшего (даже 70-80 км/ч- скорость практически недостижимая). Другое дело, если газогенераторная установка создается с целью отопления жилья в негазифицированных населенных пунктах. В данном случае это весьма неплохой вариант, на который определенно стоит обратить внимание.

Плюсы газогенераторов

Если говорить о плюсах автомобилей с газогенераторными двигателями, то на первый план сразу же выдвигается возможность использования возобновляемого топлива без предварительной обработки. К примеру, чтобы преобразовать биомассу в пригодное топливо, допустим в этанол или биодизель, расходуется энергия, в том числе и энергия СО2. Причем в некоторых случаях для преобразования расходуется больше энергии, чем содержит изначальное вещество. Что же касается газогенераторного двигателя на дровах, то он не требует затрат энергии для производства своего топлива. Разве что нужно порезать и нарубить саму древесину для удобства загрузки.

Если сравнивать авто с генератором газа и электромобилем, то можно выделить такое преимущество: отсутствие необходимости в мощном химическом источнике энергии — аккумуляторе. Недостаток таких химических аккумуляторов в том, что у них есть свойство саморазрядки, а потому перед эксплуатацией такого авто его нужно не забывать заряжать. Если говорить об устройствах, генерирующих газ, то они сами по себе являются «натуральными» аккумуляторами.

При правильной сборке генератора газа и его работе в автомобиле, он будет значительно меньше засорять окружающую среду, чем любой бензиновый или дизельный двигатель. Конечно, если сравнивать с электромобилем, который вовсе не создает выбросов в атмосферу, газогенератор проигрывает. Однако для зарядки электрических авто требуется много энергии, а она все еще добывается традиционными способами, сильно загрязняющими воздух.

Минусы газогенераторов

Несмотря на определенные преимущества таких установок, их монтаж все еще остается очень индивидуальным решением и не самым оптимальным. Сама по себе установка, генерирующая газ, занимает много места, а весит она несколько сотен килограммов. При этом всю эту громоздкую конструкцию придется перевозить с собой. Большие габариты газовой установки обусловлены тем, что древесный газ характеризуется низким коэффициентом удельной энергии. Для примера можно сравнить удельную энергетическую ценность древесного газа, которая составляет 5,7 МДж/кг, с энергией, выделяющейся при сгорании бензина — 44 МДж/кг, или 56 МДж/кг — результатом сгорания природного газа.

Работа автомобиля на газогенераторе

При эксплуатации такого газового двигателя не получится достичь скорости и ускорения, возможных при использовании бензинового аналога. Проблема заключается в составе древесного газа. Он на 50 % состоит из азота, на 20 % из окиси углерода; оставшиеся 18 % — водород, 8 % — двуокись углерода, 4 % — метан. Азот, который занимает половину удельной массы газа, вовсе не способен поддерживать горение, а соединения на основе углерода снижают эффективность горения. Большое количества азота уменьшает общую мощность такого генератора примерно на 30-50 процентов. Углерод снижает скорость горения газа, из-за чего не удается достичь высоких оборотов. Как следствие этого, понижаются динамические показатели автомобиля.

Конструкция и принцип работы газогенератора на дровах

• горючая окись углерода (СО);
• метан (СН4);
• водород (Н2);
• углеводороды (алкены, алкадиены).

Стальной цилиндрический корпус имеет загрузочную камеру для топлива, дверка снабжена уплотнителем. Топка находится внизу, между ней и корпусом есть горловина с прокладкой из асбестового шнура. Воздух заходит через отверстие, соединенное с фурмой (воздухораспределительной емкостью).

В корпусе есть люки:

• вверху с амортизирующей подкладкой для регулирования давления;
• для закладки топлива;
• для очистки зольника.

Вентилятор на входе повышает мощность, позволяет использовать дрова с большой влажностью (от 50%). Колосники ставят для сбора золы, их центральная часть подвижная для удобства очистки. За корпусом стоит вихревой фильтр для грубого очищения газа. Затем газовую массу охлаждают в резервуаре, доставляют в камеру тонкой очистки. Перед использованием газ в смесителе насыщают воздухом.

Применение генератора газа

Следует отметить еще одну небольшую проблему газогенераторных автомобилей, которая связана конкретно с их применением. Она связана с тем, что установке необходимо выйти на рабочую температуру, и только потом можно ехать. Время, требуемое для выхода на такую температуру, примерно 10 минут. Кроме этого, перед следующей загрузкой дров необходимо каждый раз лопаткой вычищать золу. Еще одна проблема в обслуживании — образование смол. Сейчас она стоит уже не так остро, как раньше, но все равно приходится очищать фильтры от загрязнений. Все это приводит к необходимости частого обслуживания генератора.

Если говорить в общем об уходе за таким устройством, то можно сказать так: появляется много хлопот с обслуживанием, которые полностью отсутствуют у бензиновых двигателей.

Генераторная установка для ЗИС-21

Как уже говорилось, основной принцип работы генератора — превращение твердого топлива в газ, поступающего в цилиндры. Газогенераторный ЗИС-21 в основном работал на таком топливе, как дуб и береза. Иногда использовался бурый вид угля, так как он был наименее гигроскопичным и давал больше всего газа на выходе.

Что касается конструкции типового генератора газа для ЗИС-21, то состоял он из следующих элементов: непосредственно самого газогенератора, охладителя-очистителя, тонкого очистителя, смесителя и электрического вентилятора.

Работа установки на ЗИС

В верхней части генератора располагался бункер, в который загружалось твердое топливо. Непосредственно под самим бункером располагался топливник. Здесь осуществлялось сжигание древесины. По мере того как сгорало старое топливо, осуществлялась «автоматическая подача» новой древесины. На деле же она просто падала из бункера в топливник под собственным весом, когда освобождалось место. Сама газогенерирующая установка располагалась с левого борта автомобиля.

В этом же топливнике происходило и образование окиси углерода из-за протягивания воздуха сквозь горящее топливо. Просасывание кислорода происходило либо за счет разрежения в цилиндрах, либо за счет работы электрического вентилятора. Эти методы являлись принудительными, но были установки и с естественной тягой воздуха. Однако в таком случае на подготовку к запуску могло уйти до часа времени.

Под топливником располагался зольник, как в любой обычной печи. Здесь скапливались продукты сгорания. Каждые 80-100 км было необходимо очищать его от золы. Однако здесь справедливо будет отметить, что этот факт доставлял проблемы лишь водителю транспортного средства.

Путь газа в установке и очистка

Весь полученный в процессе сгорания дров газ поступал в рубашку, которая окружала бункер. Таким образом достигался подогрев этого отсека. Это было необходимо, чтобы предварительно просушить всю древесину, подготовленную для сжигания. Далее стоит отметить, что после выхода из генератора газ имел температуру примерно 110-140 градусов. Поэтому он должен был проходить через секции радиатора. Там он не только понижал свою температуру, но и попутно очищался от тяжелых химических примесей.

Что касается очистки, то она происходила таким образом. Секции очистителя-теплообменника представляли собой внутренние перфорированные трубы. Эта конструкция была схожа с нынешними выхлопными системами. Горячий газ сильно расширялся, из-за чего терял скорость течения. Проходя через лабиринты труб, он еще сильнее замедлялся. Примеси отсеивались от него и оставались на внутренних стенках наружных труб обменников тепла. После этого следовал тонкий очиститель.

Принцип работы устройства

Стандартный газогенератор представляет собой довольно громоздкий цилиндр вытянутой формы.

@hodor.lol

Сама конструкция выглядит следующим образом:

1. Внутренняя часть почти полностью забивается углём, дровами, торфом и прочим органическим сырьём, пригодным для применения.
2. В нижней области цилиндра создаются условия, благоприятные для горения топлива — температура, достигающая 1 500°С. Только в такой среде выделяются водород и окись углерода.
3. Также ёмкость оснащается системой охлаждения. Сюда поступает вырабатываемый газ, где он проходит процедуру уменьшения удельной калорийности топлива. Обычно система располагается под днищем кузова транспортного средства.
4. Дальше газ проходит через несколько фильтров, которые удаляют ненужные компоненты.
5. Потом уже очищенное сырьё поступает в отсек, где смешивается с кислородом.
6. Последний этап — готовый состав подаётся в силовой агрегат.

Как можно заметить, вся система отличалась довольно крупными габаритами и занимала большую часть полезной площади. Но оно того стоило — благодаря собственному, а порой и бесплатному сырью, подобную технику могли эксплуатировать предприятия, находящиеся за несколько сотен, а то и тысяч, километров от заправочной станции. Этот «жирный» плюс в течение длительного времени не мог перевесить обширный список минусов:

• небольшой километраж за одну заправку;
• снижение грузоподъёмности;
• уменьшение полезной площади грузового отсека;
• дополнительные ремонтные и обслуживающие манипуляции;
• длительный запуск генератора;
• уменьшение мощности двигателя.

@pay.diary.ru