Как сделать автомобиль на дровах: машины-газгены
С одной стороны – такие вершины технологий, как водородные автомобили, топливные элементы и банальные электромобили. А с другой – машины на дровах, статьи о которых собирают у нас сотни тысяч просмотров. Что это за чудо?
Вероятно, мы удивим многих, но все равно скажем: автомобиль на дровах – это не то же что паровоз. То есть в нем нет парового котла, колосников, золотников и прочих атрибутов паровой машины – той самой, с семью процентами КПД.
В трудные времена в странах с развитым автопромом серийно выпускались машины, работавшие буквально на дровах. На фото ГАЗ-42 и ЗИС-21
Потому что еще в 1930-е годы конструкторы научились “кормить” дровами обычные автомобили со всем привычными двигателями внутреннего сгорания. Нужно лишь оборудовать серийную бензиновую машину дополнительным оборудованием. Да, вы правильно поняли: любой бензиновый автомобиль можно превратить в “дровяной”. Поговорим об этом, отметив, что кроме дров, подобные системы работают на каменном, буром и древесном угле, торфе и даже на шишках хвойных деревьев.
Современный газген: Chevrolet El Camino 5,7 л, 350 л.с., АКП, 40 кг дров на 100 км, 200 км на одной заправке, скорость 120 км/ч, снаряженная масса 2 300 кг, ЭБУ двигателя, лямбда-зонд, автоматический розжиг генератора, ЕВРО-4
Как устроен газген
Автомобили на дровах инженеры называют газогенераторными – потому что они имеют на борту газогенератор. Это главное сооружение газгена, и оно использует процесс пиролиза, известный также, например, по пиролизным котлам отопления. В рабочей камере генератора в условиях неполного сгорания дрова выделяют смесь горючих газов, среди которых основные – СО (да, тот самый угарный газ) и водород H2. Вот этот микс, после определенных подготовительных процедур (о них ниже), и правит двигателю за топливо.
В комплект газогенератора входит несколько элементов, они объемные, но несложные по конструкции
Кроме газогенератора, машине на дровах нужно еще несколько устройств, причем, к сожалению, тоже весьма громоздких. Во-первых, газ, который выдает генератор, загрязнен смолами и сажей – их нужно фильтровать последовательно в двух фильтрах, грубой и тонкой очистки. Во-вторых, выработанный газ слишком горячий, и его нужно охладить: если мы применим здесь слово интеркулер, современному автомобилисту станет понятным, о чем идет речь.
Кроме того, есть еще несколько мелких компонентов как то вентиляторы надува, смеситель, трубки, шланги и немного клапанов.
Компоненты немецкого газогенератора Zanker выпуска 1945 г. для 3-тонного грузовика
Преимущества и недостатки газогенераторной установки
Плюсы
- Доступное топливо
- Возможность установки на любое бензиновое авто
- Несложная конструкция оборудования
Минусы
- Громоздкое оборудование
- Потребность ежедневного обслуживания
- Дрова требуют подготовки
Несмотря на впечатляющие габариты, все компоненты газогенераторной топливной системы просты конструктивно и стоят недорого – как при промышленном серийном производстве, так и при искусственном построении где-то в собственном сарае. Вероятно, именно поэтому сообщения о вновь созданных автомобилях «на дровах» довольно часто появляются в прессе и в интернете.
Газген самостоятельного изготовления для УАЗа получился может и громоздким, но вполне эффективным
Но по сравнению с современными бензиновыми и дизельными машинами газген имеет явные недостатки, причем не только те, которые видны невооруженным глазом. Прежде всего, это топливо: дрова должны быть определенного калибра. Например в серийный генератор ЗИС-21 нужно было загружать дровяные кубики размером 50х60х60 мм. Отклонение размеров допускалось не более 20%, иначе древесина в реакторе будет использоваться неэффективно, а в газе будет содержаться слишком много примесей.
Кроме того, имеет значение влажность дров. Скажем, у упомянутой системы она должна была быть не более 20%, то есть дрова нужно было предварительно сушить. Правда, со временем конструкторы пристроили принудительную подачу воздуха и лимит влажности древесины повысился до 40%.
Учитывая вес и габариты генератора древесного газа, его целесообразнее всего устанавливать на грузовики. На фото ЗИС-21 образца 1930-40-х гг.
Также топливную камеру, фильтры очистки газа и охладитель нужно периодически очищать от сажи и смол, освобождать от конденсата. Некоторые операции надо проводить ежедневно, некоторые – раз в несколько дней.
Некоторые компоненты газогенераторной установки при современных технологиях можно сделать более компактными и более эффективными
Вероятно, при современных технологиях часть недостатков автомобильных газогенераторов можно было бы устранить или частично уменьшить. Но – к счастью или на беду – сегодня мы еще обходимся нефтяными топливами, поэтому вопрос перехода автомобильного парка на дрова не стоит.
Расход — 20 кг поленьев на сотню километров. Белорус создал машину, работающую на дровах
. А вы говорите, экономичный режим, гибриды, электромобили. Тут по Бресту катается УАЗ, работающий на дровах! Для лучшего понимания расхода этой машины стоит процитировать Сергея, автовладельца и, можно сказать, конструктора: «Однажды заехал в лес по грибы и обнаружил, что закончились дрова для растопки. Что делать? Граблями накидал в ведро шишек, забросил их в котел и поехал дальше». Одним словом, УАЗ может ехать «за бесплатно» везде, где есть древесина, где есть то, что горит. Проблемы могут возникнуть разве что в пустыне.
Из истории
Сергей всегда увлекался историей, в частности военной. Потому с ходу рассказывает о временах, когда подобные газогенераторы были на пике технологий: «Угольный газ использовался еще пещерными людьми. Известный факт, что в свое время освещение во всем Санкт-Петербурге обеспечивали именно газогенераторные установки. Современная история этого устройства начинается с 1919 года, когда германско-французский инженер Георг Имберт, вернувшись с Первой мировой, собрал газогенератор на древесном угле. Проходит два года, и изобретатель представляет автомобиль, чей мотор работает по этому же принципу, только с усовершенствованием».
«Камера Имберт обращенного типа» работала так, что пиролиз проходил не в цилиндрах (как у Форда или Порше), а в котле, который устанавливался за кабиной водителя. Пиролиз в нашем случае — это горение древесины при недостатке кислорода с выделением газа, который и крутит поршни двигателя (но об этом чуть позже). Так вот, Имберт достиг таких высот, что здание его компании Imbert Generatoren GmbH стояло рядом с заводом Форда в Кельне, как бы напоминая о конкуренции. В 30-х годах газогенераторы инженера ставили на немецкие грузовики, автомобили Opel и Mercedes. К моменту, когда созрел международный конфликт, вылившийся в итоге во Вторую мировую войну, Имберт придумал, как оборудовать своей установкой танки! И усовершенствованные бронированные машины действительно ездили и даже стояли на вооружении — в основном в «учебках» и частях вспомогательной полиции (по-простому — у полицаев).
Технология получила распространение не только в Германии. В конце 20-х — начале 40-х годов в СССР тоже активно использовали грузовики с газогенераторами. Серийно их устанавливали на АМО, ЗиС-21 (выпущено более 15 тыс. моделей), Урал-ЗиС. В те времена Союз испытывал нехватку нефти, а автомобилизацию останавливать было нельзя. Почему бы не «топить» машины дровами? Во время Великой Отечественной войны такие транспортные средства сильно пригодились благодаря нулевым затратам. Есть свидетельства, что именно на газогенераторных автомобилях прорывали блокаду Ленинграда.
Массовая добыча нефти началась в 50—60-х годах, и в итоге новое топливо понемногу вытеснило разработки ученых образца начала века. Газогенераторы снимали с машин и попросту отправляли в металлолом. Сейчас мы видим обратную тенденцию — отказ от ДВС, использование возобновляемых источников энергии. Например, по данным СМИ, в Швеции владельцев автомобилей, ездящих на дровах, поощряют на государственном уровне субсидиями. Для скептиков стоит пояснить, что газогенератор можно оборудовать на раме прицепа — в таком варианте он наиболее эстетичен.
Проект Сергея
В частном музее, который базируется в Бресте, стоит действующий ЗиС-5. Нескольким любителям автомобильной истории однажды пришла в голову лихая идея: а почему бы не поставить на «дедушку», который выпускался с 1933 года, газогенератор. Должно получиться — ведь в 1939-м подобный эксперимент с 21-й моделью закончился успешно. И Сергей решил повторить. Но почти 90-летний грузовик — раритет, антиквариат, поэтому мужчина не решился переделывать всю топливную систему столь редкого ныне образца советского автомобилестроения. Для пробы, освоения технологии он взялся за преобразование более современной техники — всем известного и довольно простого уазика. Модель была выбрана исходя из увлечений Сергея: трофи, бездорожье, 4×4.
Наверное, большинство читателей, только узнав о способе сборки газогенератора, махнули бы на эту затею рукой. Дело в том, что Сергей не стал покупать готовый образец или собирать его по схемам и чертежам. Он «высчитал» установку по формулам из книг 30-х годов. «В библиотеке, в сети нашел нужную литературу, — вспоминает конструктор. — Пришлось прочесть немало. Среди авторов есть и знаменитые фамилии: Токарев, Панютин. Но готового рецепта по сборке нигде не обнаружил. Есть только формулы. Создать газогенератор по ним — как заново сделать карбюратор. Нужно было высчитать скорость дутья, газификацию, объем нужного газа, материальный баланс — для двигателей разных объемов предусмотрены разные значения. Признаться, до сих пор не помню наизусть таблицу умножения, но эту штуку все же собрал. Ответами на вычисления по формулам стали размеры деталей установки и, собственно, сам чертеж. Ну а сборку производил из того, что было под рукой. На все ушел год».
Как это работает?
Топливом для газогенераторной установки (а в данном случае речь идет о монораторе) служат небольшие деревянные чурки. Причем совсем необязательно, чтобы они были сухими, сгорит и влажная древесина (до 60 процентов влажности) — в этом и отличие моноратора от обычного газогенератора. За задним рядом пассажирских сидений в машине Сергея лежат два мешка таких чурок. Говорит, что одного хватает на 100 километров пути. В пересчете на массу получается, что расход равен 20 кг дров на сотню. Естественно, постоянно подбрасывать дровишки в печь не нужно. Закинул в начале пути — и поехал.
«А это мой заправочный пистолет. Всегда вожу с собой», — шутит мужчина и демонстрирует топор. Судя по его историям, «пистолет» может и не пригодиться — по хвойному лесу можно спокойно ехать на шишках. В любом случае экологичность установки неоспорима. Так как Сергей — человек идейный, экология для него не пустое слово.
Топливо загружается в бак через крышку, расположенную наверху камеры газификации (на фото — черная бочка в центре). Во время работы оттуда непрерывно идет дым. Крышка его не пропускает — таким образом, издалека машина не выглядит как паровоз. Перед запуском двигателя нужно подождать около 5—10 минут, чтобы туда поступил газ.
«Внизу камеры газификации дрова тлеют, — Сергей описывает механику работы установки. — Запуск горения — от спички или факела. Всего в камере протекают три процесса: термическое разложение топлива, окисление, восстановление. При горении топлива с обедненным количеством кислорода (пиролизе) протекают реакции окисления угля и углеводородов: С + О2 = CO2, 2H2 + O2 = 2H2O с выделением тепла. Потом идет реакция восстановления (при прохождении через слой раскаленных углей): С + CO2= 2СО, С + H2O = CO + H2 с потреблением тепла. Топливо в системе обращенного моноратора практически полностью разлагается. Для конденсата предусмотрена отдельная трубка, его можно слить».
Автомобили на дровах — достойная альтернатива электрокарам?
В последнее время на фоне электрокаров бензиновые двигателя стали казаться несколько устаревшими, которые вот-вот канут в лету. Однако есть автолюбители, которые переводят свои автомобили на топливо, которое, казалось бы, осталось вообще давно в прошлом — на дрова. В январе соцсети облетела информация о том, что житель села под Винницей уже несколько лет
заправляет свою старенькую “Волгу” исключительно дровами и ездит практически бесплатно. Идея настолько понравилась его соседям, что они стали просить умельца сделать соответствующее оборудования и для их автомобилей. Но, конечно, речь не идет ни о каких паровых моторах с низким КПД. Мотор в автомобиле остается родной, и вообще изменений в конструкцию вносится минимальное количество. А если задуматься о преимуществах такого решения, то можно прийти к выводу, что дровяные автомобили могут стать альтернативой электрокарам, которая в чем-то им уступает, а в чем-то и выигрывает.
Автомобиль ГАЗ 31029, переоборудованный для езды на дровах
Как заставить бензиновые двигатель работать на дровах
В автомобили с бензиновыми двигателями часто устанавливают газобаллонное оборудование (ГБО), которое позволяет ездить на пропане или метане. Автомобиль с таким оборудованием работает точно так же, как и на бензине, с той лишь разницей, что в качестве горючей смеси подается газ. По такому же принципу работают и автомобили на дровах. Только газ подается в двигатель не из баллона, а из газогенератора, где он образуется в результате медленного горения дров. Принцип такой же, как в популярных в последнее время газогенераторных печах типа “Булерьян”, которые отличаются более высоким КПД, чем обычные твердотопливные печи.
В процессе медленного горения дров, которое происходит в условиях ограниченного количества кислорода, выделяется смесь горючих газов, состоящая из углерода СО и водорода Н2. Она способна воспламеняться от свечной искры и вполне подходит для работы в ДВС. Правда, мощность при этом несколько снижается, в результате чего уменьшается максимальная скорость и несколько ухудшатся динамика. Но, в сельской местности экономия гораздо важнее скорости и динамики.
Схема газогенераторного оборудования, позволяющего заправлять автомобиль дровами
Как правило газогенератор представляет собой вертикальный цилиндр, в который доверху засыпается топливо — дрова, уголь, прессованные опилки и т.д. Внизу происходит процесс горения, в результате чего температура повышается до 1500 градусов, при которой из древесины начинает выделяться газ. Но в двигатель он подается не сразу. Вначале проходит грубую и тонкую очистку, затем охлаждается, после чего смешивается с воздухом. Соответственно, установка кроме газогенератора содержит еще несколько элементов — фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, а также электровентилятор, который принудительно нагнетает воздух. Установка при этом клапана или краника на топливный (бензиновый) шланг, позволяет в любой момент открыть подачу жидкого топлива и использовать автомобиль на бензине.
Автомобиль ЗИС с газогенераторной установкой
История автомобилей на дровах
Использование газогенераторной установки в автомобиле — далеко не новое изобретение. Популярность это решение обрело в СССР в 30-е и 40-е годы на лесоповале. С бензином возникали трудности, зато дров было неограниченное количество. Чтобы компенсировать потерю мощности на грузовиках, зачастую вносили в их конструкцию достаточно серьезные изменения — повышали степень сжатия в двигателе, чтобы улучшить наполнение цилиндров, использовали турбонаддувы. Также устанавливали более мощные генераторы, так как устанавливали мощные вентиляторы для нагнетания воздуха. К слову, первые электромобили тоже возникли на заре автомобилестроения.
До ВОВ машины переделывали на предприятиях Министерства лесной промышленности. Иногда партии автомобилей с газогенераторным оборудованием выпускались на самих заводах-изготовителях. Как правило, такие установки ставили на “полуторки” ГАЗ-АА и трехтонные грузовики ЗИС-5. Иногда на дрова переводили автобусы, выполненные на базе этих же грузовиков. Как утверждают некоторые специалисты, в СССР было выпущено более 33 тыс. “полуторок” ГАЗ-42 на дровах и более 16 тыс. грузовиков марки “ЗиС”. В российской глубинке грузовики на дровах встречались вплоть до 70-х годов прошлого века.
Немецкий военный автомобиль на дровах Volkswagen Тур 82
Надо сказать, что газогенераторные установки использовали не только в СССР. Во время Второй Мировой войны Германия испытывала дефицит топлива. В результате по заданию от правительства были разработаны и выпущены в серийное производство сразу два автомобиля на дровах — Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Особенность серийных автомобилей заключалась в том, что установка не выпирала за пределы кузова, то есть визуально они не отличались от обычных бензиновых машин.
Компания Volkswagen даже разработала опытный образец военного автомобиля Volkswagen Тур 82.
В чем плюсы и минусы автомобилей на дровах
Изначально газогенераторные установки стали использовать по той причине, что жидкое топливо попросту отсутствовало в тех условиях, где эксплуатировались некоторые автомобили. Сейчас АЗС имеются на каждом шагу, однако цены на бензин регулярно повышаются даже в России, не говоря уже о странах, которые импортируют топливо. Поэтому на сегодняшний день основное преимущество такого решения — дешевизна эксплуатации.
Как рассказывает Олег Семенюк, он уже три года ездит на автомобиле практически бесплатно. Расход топлива составляет примерно мешок дров на 100 км. Запас хода от одной заправки около 50 км. Поэтому при езде на дальние расстояние ему приходится брать с собой дрова. Максимальная скорость его Волги составляет порядка 100 км/ч. На оборудование автомобиля было потрачено около 100 долларов США.
Волга на дровах разгоняется до 100 км/ч
Но, кроме финансовой выгоды автомобили на дровах имеют и другое достоинство — это экологичность. Древесина является возобновляемым источником энергии. Для заправки можно использовать отходы деревоперерабатывающих производств, мебельной промышленности и т.д. Кроме того, выхлопы «дровяного” двигателя гораздо меньше загрязняют окружающую среду, чем, к примеру, бензинового или дизельного. Правда, напомню, что абсолютно экологичных автомобилей не существуют, одни покрышки чего стоят, о чем мы рассказывали ранее.
Подписывайтесь на наш Пульс Mail.ru, где вы найдете еще больше интересных материалов.
В плане экологичности автомобили на дровах могут посоревноваться даже с электрокарами. Да, последние вообще не имеют выхлопов, но зато они содержат батареи с токсичными веществами, которые серьезно загрязняют окружающую среду. С распространением таких автомобилей вопрос их утилизации может стать серьезной проблемой.
Что касается недостатков автомобиля на дровах помимо снижения мощности — это громоздкость установки и небольшой запас хода. Газогенератор выпирает за пределы автомобиля. Однако это касается самодельного оборудования. При выпуске серийных автомобилей, немцам в 40-х годах эту проблему, как было сказано выше, решить удалось. Поэтому автомобили на дровах вполне могли бы стать экологичной и более дешевой в эксплуатации альтернативой электрокарам, особенно в условиях энергетического кризиса, с которым столкнулась Европа.
Автомобиль на дровах: альтернатива дорогому бензину
Автомобиль на дровах остался пережитком дефицита бензина и редких заправок первой половины прошлого века. Однако сейчас перспективы такого топлива, кажется, больше не похожи на безумие. Порассуждаем, есть ли будущее у почти забытой технологии.
Отметим, что двигатель, работающий за счет сгорания дров, совсем не паровой. Газогенераторные моторы – такие же полноправные члены семьи ДВС как бензиновые и дизельные. Разница лишь в том, что газгены потребляют не жидкое, а твердое топливо: древесину и любые ее отходы. Точнее, газ, который вырабатывается горением этих веществ.
Автомобиль на дровах: что это такое?
Звучит неправдоподобно, но почти любой автомобиль можно переоборудовать в газген. Топливным баком станет высокая цилиндрическая емкость, которую плотным слоем нужно набить чурками или брикетами. Сгорание топлива происходит в несколько этапов. Главной движущей силой машины становится газ СО и водород.
Благодаря тому, что в камере происходит неполное сгорание топлива, образуется мало СО2. К тому же эти объемы, проходя через слой раскаленного углерода, снова дают горючий СО. Удивительно, но для переоборудования бензинового мотора под газген не нужны заводские условия. Достаточно нужных материалов и опытного механика. К тому же переделанный двигатель не утратит способность потреблять жидкое топливо.
Есть ли минусы?
Конечно, без них не обойтись. Во-первых, мощность существенно упадет: от 30 до 50 %. Это можно немного компенсировать уменьшением степени сжатия мотора и изменением настройки трансмиссии. Во-вторых, чтобы завести машину на дровах потребуется немало времени. В‑третьих, раз в 50–100 км придется останавливаться и добавлять твердое топливо. В‑четвертых, для нового бака потребуется много места. В‑пятых, газген нужно часто вычищать от продуктов горения.
Именно из-за этих недостатков, начиная с 50‑х годов XX века, моторы с жидким топливом вывели газген на периферию. Хотя, к примеру, в Германии в середине прошлого столетия на заводе Volkswagen выпускались серийные машины с газгеном. А в СССР грузовики на дровах долгое время оставались основной механизированной силой в лагерях ГУЛАГа.
Перспективы автомобиля на дровах в XXI веке
Конечно, рост стоимости топлива серьезно бьет по домохозяйствам Германии. Газгены в единичных экземплярах могли бы пригодиться фермерским хозяйствам с наличием древесных отходов. Однако учитывая то, что сельское хозяйство страны уже в высокой степени механизировано, логичнее выбрать технику на электрической тяге.
Газген – это худший вариант развития энергетического кризиса в мире. Надеемся, человечество найдет рациональные способы выхода из неприятной ситуации, а газгены окончательно перекочуют в музеи истории автомобилестроения.