Как сделать газогенератор для автомобиля своими руками

В Советском Союзе грузовики с газогенераторными двигателями во время войны взяли на себя львиную долю работы в тылу

Сегодня автомобили на дровах, то есть оборудованные газогенераторным двигателем, кажутся анахронизмом. Но, возможно, в будущем они вновь будут востребованы из-за постепенного исчерпания запасов углеводородов. Иными словами, по той же причине, по которой «газгены» в середине ХХ века стали настоящим спасением для воюющих стран. Почти весь бензин в годы войны доставался танкам, самолетам и военным грузовикам, а в тылу пригодились автомобили, которые можно было «заправлять» чем угодно – от угольных брикетов до шишек и от сосновых чурок до соломы.

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.

Принцип горизонтальной газификации – смесь горючих газов выходит через боковой патрубок генератора
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:

Лес рубят – щепки летят

Идею использования газа, получаемого в результате сгорания твердого топлива, с целью приведения в движение различных транспортных средств придумали и впервые реализовали во Франции. Некоторые исследователи в качестве отправной точки указывают 1801 год, когда изобретатель светильного газа Филипп Лебон получил патент на газовый двигатель. Но то была лишь теория. Уже во второй половине XIX века свои рабочие образцы газовых двигателей представили бельгиец Этьен Ленуар и немец Николас Отто. Тем не менее первый полноценный газогенераторный автомобиль, способный работать на дровах и древесном угле, был представлен Томасом Паркером в 1901 году.

Последующие годы ознаменовались рядом практических экспериментов, наибольшую заинтересованность в которых продемонстрировала Франция, испытывавшая на тот момент значительный дефицит энергоресурсов. В середине нулевых первые газогенераторные трактора и грузовые автомобили прошли ряд испытаний в Марокко, а в 1914 году во Франции был запущен рейсовый автобус Berliet, курсировавший по маршруту Париж – Руан. Тогда же был выявлен ряд проблем существующих газогенераторных двигателей. Помимо относительно низкого коэффициента полезного действия, они оказались довольно чувствительны к качеству твердого топлива. Так что во избежание осаждения смол и порчи оборудования потребовалась дополнительная установка газоочистителя, что никак не могло положительно сказаться на массе и без того габаритной конструкции. На этом в истории газогенераторных моторов мог быть поставлен крест, но вмешалась другая история. Началась Первая мировая война, которая заставила воюющие стороны пересмотреть свои экономические приоритеты.

Предыдущая фотография

Газогенераторный автомобиль предъявляет повышенные требования к водителю. Ему приходится не только следить за исправной работой оборудования, но также заниматься заготовкой материала. Кроме того, в случае использования дров водитель должен удостовериться, что чурки не отсырели во время дождя и к тому же имеют подходящий размер, пригодный для загрузки в бункер. Учитывая эти и прочие сложности эксплуатации, многие воспринимали газогенераторные автомобили как обузу, от которой проще и надежнее избавиться.

Следующая фотография

1 / 2

Газогенераторный автомобиль предъявляет повышенные требования к водителю. Ему приходится не только следить за исправной работой оборудования, но также заниматься заготовкой материала. Кроме того, в случае использования дров водитель должен удостовериться, что чурки не отсырели во время дождя и к тому же имеют подходящий размер, пригодный для загрузки в бункер. Учитывая эти и прочие сложности эксплуатации, многие воспринимали газогенераторные автомобили как обузу, от которой проще и надежнее избавиться.

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

Альтернатива бензину

В начале двадцатых годов прошлого века многие страны, истощенные войной, наладили массовый выпуск газогенераторов. Среди них были Австрия, Швеция, Германия и, конечно же, Франция, которая к этому моменту достигла немалых успехов, одной из первых внедрив систему, разработанную изобретателем Георгом Имбертом. Принцип ее работы заключался в частично замещенном пиролизе, при котором уголь и древесина сжигаются в котле, а не в цилиндрах, как это осуществлялось ранее. При этом предполагались различные варианты компоновки оборудования как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, что несколько расширяло возможности применения. Несмотря на наличие множества других систем, таких, например, как газогенераторы по разработкам Панара, Барбье, Макдональда, Круппа, Берлие и Гоена, устройство, изобретенное Имбертом, считалось одним из самых массовых вплоть до конца сороковых годов.

Накануне Второй мировой войны по дорогам Европы колесили около десятка тысяч газогенераторных автомобилей, построенных на базе серийных моделей. И это было лишь начало. После того как континент охватили боевые действия, в тылу дрова стали едва ли не единственной доступной альтернативой бензину, который отправляли прямиком на фронт.

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.

Бункер для древесного угля помещается в багажник «Жигулей»

Технологический процесс

Один лишь полученный газ непригоден для ДВС, поэтому необходимо соблюдать определенный процесс, который поделен на этапы:

1. Дрова не должны сжигаться, а разлагаться термическим образом, ввиду низкой подачи кислорода.
2. Следующий этап обуславливается удалением взвешенных частиц при помощи фильтра.
3. Затем с помощью воздушного или жидкостного теплообменника смесь охлаждается.
4. После этого смесь очищается при помощи тонкой очистки.
5. На последнем этапе горючее подходит в смеситель и затем попадет в двигатель.

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:

Из чего состоит пиролизный газ?

Порода древесины не влияет на состав смеси при пиролизе. Соответственно, береза, сосна и ель выделяют практически одинаковое количество всех вышеперечисленных газов. После пиролиза 1 куб. м дерева можно получить около 90 м3 неконденсирующегося газа.

Полезная теплота при сгорании 1 м3 неконденсирующегося газа, кДж/м3, вычисляется по формуле.

Для примера возьмем березу и сделаем расчёт калорийности газа:

Qнр=127,5*28,4%+108,1*3,0%+358,8*18,2+604,4*1,4=11 321,62 кДж/м3= 11,3 МДж/м3

Затем делим полученное число на 4,187. Таким образом, Qнр будет равен 2704 кКал/м3. Для сравнения калорийность природного газа составляет 8000 кКал/м3.

Какое воздухогрейное оборудование лучшее

У покупателей возникает много вопросов касательно печи длительного горения: как выбрать лучшую модель или разработку, где может таиться подвох? Все модели оборудования данного типа отличаются своими преимуществами и недостатками. Выбор нужно осуществлять, исходя из требований конкретного помещения.

Печь Бутакова, конструкция.

Устройство нагревательного прибора Бутакова. Это конвекционная печь длительного горения, которая имеет следующее строение:

• стальной или чугунный корпус;
• топочная камера;
• зольник;
• конвекционные трубы, которые проходят по всей камере;
• дверца с конвектором;
• дымоход;
• регулировочный шибер.

По сравнению с канадским аналогом, топка печи Бутакова не разделяется на две камеры. Однако этот факт не влияет на производительность прибора. Так, КПД нагревательного оборудования Бутакова достигает 80-85%. Принцип работы печи Бутакова, как и всех воздухогрейных аппаратов, основывается на двух явлениях: это пиролиз и конвекция.

Пиролиз происходит непосредственно в топочной камере, куда закладываются дрова. Под действием высокой температуры и в среде недостаточного количества кислорода, органика раскладывается на газ и воду. Последняя выходит с продуктами горения наружу. Угарный раз и смесь других производных древесины в верхней части камеры воспламеняются, так как там происходит подача вторичного, подогретого воздуха. Температура верхней части топки печи Бутакова намного выше, по сравнению с нижней частью, а потому часто используется для приготовления пищи.

Конвекция воздуха проходит через трубы. Они расположены в верхней части топки на определенном расстоянии друг от друга и под нужным углом. Такое устройство прибора обеспечивает максимально быстрое прохождение холодного воздуха из нижней части комнаты и максимальный его прогрев. Конвекция воздуха происходит и через дверцу прибора. Там можно заметить соответствующие отверстия.

Металлическая печь длительного горения Бутакова имеет существенное преимущество, по сравнению с другими моделями аналогичных приборов. Ее дымоходная труба располагается таким образом, что конденсат не скапливается в емкости, а стекает по стенам трубы, попадая в топочную камеру, где и сгорает.

Принцип работы печи длительного горения Булерьян.

Что такое печь Булерьян. Если делать сравнение печей длительного горения Бутакова и Булерьян, то вторая имеет две камеры в топочном отделе, что существо улучшает ее эффективность. Так, КПД нагревательного оборудования Булерьян достигает 85-90%. Кроме этого, сегодня в продаже имеется печь Булерьан-Аква, которая пригодна для обслуживания водной системы отопления.

Прибор имеет следующее строение:

• овальный корпус из стали или чугуна;
• коллекторы;
• инжекторы;
• верхняя топочная камера;
• нижняя топочная камера;
• дымоход с шибером;
• дверка с шибером;
• зольник.

Это самые эффективные печи длительного горения, так как их оригинальная конструкция позволяет нагнетать воздух вовнутрь конвектора с инжекторами без помощи электровентилятора. Естественная циркуляция воздуха происходит за счет ощутимой разницы температур на входе и на выходе из трубок. Она составляет порядка 120°C.

Обвязка печи Булерьян-Аква с водяной рубахой.

К конвекторам печи можно подсоединять воздуховоды. Этим самым возможен обогрев смежных помещений. В условиях повышенной температуры воздуха, который циркулирует по трубам, рекомендуется использовать алюминиевые воздуховоды. Однако никто не отменял теплопотери, а потому потребитель, желая повысить эффективность теплопередачи, обязан произвести утепление вентиляционной разводки.

Еще одна особенность, которой характеризуется чугунная отопительная печь длительного горения Булерьян-Аква – это возможность подключения к ней контура водяного отопления. Печь монтируют в систему отопления как открытого, так и закрытого типа. Для этого патрубки подключаются к конвекторам нагревательного оборудования. И теперь по трубам внутри топки циркулирует не воздух, а вода контура отопления. Подобная разводка имеет один существенный минус – холодная вода охлаждает камеру горения. Как результат, падает и эффективность печи, вследствие чего увеличивается количество используемого энергоносителя.

Недостатком устройства является скопление конденсата в специальной емкости. Также при использовании энергоносителя с большим процентом влаги на внутренней поверхности дымохода образуются маслянистые отложения. Они со временем затвердевают, что усложняет процесс чистки.

Кроме вышеперечисленных вариантов, специалисты советуют для дачи или загородного дома соорудить каменные печи длительного горения . Как она устроена и ее принцип работы описаны в видео:

Как соорудить самостоятельно

Схема газогенератора. (Для увеличения нажмите)

Сделать газовой дровяной генератор своими руками не так уж и сложно.

Для начала необходимо разобраться с принципом его работы, устройством, схемой, затем следует начертить чертежи будущего источника энергии и начинать подбор необходимых материалов.

Каждый газовый генератор должен включать в себя:

• опорную конструкцию;
• бункер, в котором будет находиться древесное или другое топливо;
• камерой, где происходит процесс горения;
• фурмы для подачи дутья;
• воздухораспределительные коробки;
• газопровод;
• циклон для фильтрации выходящего газа от пыли и мелких частиц и различных поперечных решеток, используемых для очистки;
• охладитель;
• баллон для сбора газа и его дальнейшего распределения;
• колосниковую решетку для поддержки угля.

Также gazgen можно устанавливать на моторы авто и тракторов, требующие много топлива.

Домашние бытовые мини-теплогенераторы все чаще встречаются в домах из-за простоты устройства и низкой цены монтажа и обслуживания, потому что древесина является очень доступным видом топлива.

Также можно устанавливать небольшие электростанции вместе с парогенераторами, которые будут вращать турбину, для получения электричества. Процесс изготовления самодельных агрегатов не очень трудоёмок.