Как изготовить двигатель на дровах

ГАЗОГЕНЕРАТОР НА ДРОВАХ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ – УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

В состав автомобильной газогенераторной установки входят следующие элементы:

• грубые очистители;
• сам газогенератор;
• тонкие очистители;
• смеситель и вентилятор розжига.

Простая схема выглядит так.

Во время движения воздух засасывается в газогенератор с помощью тяги работающего мотора.

Эта же тяга способствует «выкачиванию» горючего газа из газогенератора, а также его подачу к грубым очистителям, а после к фильтру тонкой очистки.

После перемешивания с воздухом в смесителе готовая газовоздушная смесь засасывается в цилиндры мотора.

После выхода из газогенератора раскаленный и загрязненный газ требует дополнительной обработки (охлаждения и очистки).

Для этого он пропускается через специальный трубопровод, объединяющий газогенератор с фильтром тонкой очистки.

В некоторых конструкциях газ проходил через специальный охладитель, смонтированный перед водяным радиатором.

Чаще всего для охлаждения и очистки применялась комбинированная система.

Ее принцип действия заключался в изменении скорости и направлении движения потока газа. Одновременно с этим производилось охлаждение и очистка последнего.

Следующий этап — тонкая очистка, для которой использовались специальные «кольцевые» очистители, выполненные в форме цилиндров.

Принцип работы большинства фильтров тонкой очистки строился на водяном принципе, когда очистка газа осуществлялась посредством воды.

В процессе розжига газогенератора применялся специальный центробежный вентилятор, оборудованный электрическим приводом.

Из-за того, что вентилятору необходимо прокачивать воздух через всю очистную систему, монтаж устройства производился в максимальном приближении к смесителю.

Формирование горючей смеси производится в смесителе автомобиля.

Наиболее простой тип устройства представляет собой специальный тройник, в котором пересекаются потоки воздуха и газа.

Объем поступающего в мотор состава контролируется с помощью заслонки дросселя.

Качество газо-воздушной смеси регулируется посредством воздушной заслонки.

Принцип работы.

Основным топливом для газогенераторной установки являются угольные брикеты, торф или дрова.

Принцип действия системы построен на частичном сгорании углерода. Последний во время сгорания может подсоединять один или пару атомов кислорода с последующим образованием двух элементов — углекислого газа (диоксида) и угарного газа (монооксида).

Если же углерод сгорает не полностью, то можно получить почти 30% от общей энергии при полном сгорании материала.

Как следствие, образованный газ имеет более низкую теплоотдачу чем первоначальное твердое топливо.

Стоит отметить, что в газогенераторе в период преобразовании дерева или угля в газ происходит экзотермическая реакция, возникающая место между водой и монооксидом углерода.

Благодаря такой реакции, температура полученного газа падает, КПД возрастает до 80 процентов.

Если газ не требует охлаждения перед применением, то КПД может достигать 100%. Как следствие, происходит 2-х стадийное сжигание топлива.

Полученный газ имеет минимальную калорийность, благодаря его смешиванию с азотом.

Из-за того, что для сжигания топлива необходимы меньшие объемы воздуха, то подобное снижение калорийности несущественно.

Что касается снижения мощности мотора при работе на газу, то причиной является снижение заряда топливного состава, вызванного сложностью охлаждения.

Устройство и изготовление газогенератора

Рассмотрим подробнее устройство газогенератора. Помимо корпуса, внутри которого располагается основная часть элементов, конструкция включает:

• бункер (камера для загрузки топлива);
• камеру сгорания (именно там происходит процесс тления древесины при высоких температурах и с минимальной подачей воздуха);
• горловину камеры сгорания (здесь происходит крекинг смол);
• воздухораспределительную коробку, оснащенную обратным клапаном;
• фурмы (калибровочные отверстия, за счет которых распределительная коробка сообщается со средней частью камеры сгорания);
• колосниковую решетку (служит опорой для тлеющего топлива);
• загрузочные люки, оборудованные герметичными крышками (люки в верхней части требуются для загрузки топлива, в нижней – для очистки агрегата от накопившейся золы);
• отводящий патрубок (по нему выходит горючий газ и попадает в приваренную трубу газопровода);
• воздушный охладитель (в виде змеевика);
• фильтры для очистки смеси газов от ненужных примесей.

Схема газогенератора может включать систему сушки топлива. Чтобы пиролиз шел эффективно, дрова должны быть сухими. Если часть газопровода будет проходить по кольцу вокруг камеры загрузки топлива (в промежутке между стенками этой камеры и корпуса), сырые дрова успеют подсохнуть до попадания в камеру сгорания. Это заметно увеличит КПД установки.

Корпус газогенератора из металлической бочки, сверху которой уголками и болтами крепится труба на уплотнитель, а изнутри на болтах крепится пропановый баллон

Перед тем, как сделать газогенератор, необходимо найти информацию о подходящей модели устройства и подробные чертежи с указанием размеров всех элементов.

Особое внимание уделяется выбору материалов для каждого из элементов конструкции. Газогенератор может иметь прямоугольную или цилиндрическую форму – корпус обычно сваривают из листового металла или используют металлическую бочку. Днище и крышка должны быть выполнены из стального листа толщиной от 5 мм

Днище и крышка должны быть выполнены из стального листа толщиной от 5 мм.

Бункер, который крепится болтами внутри корпуса, должен быть выполнен из низкоуглеродистой стали. Камера сгорания – из жаропрочной стали, можно использовать пустой баллон из-под сжиженного пропана.

Газовый баллон устанавливается внутрь бочки и крептся болтами к её верху

Крышку бункера следует оборудовать надежным уплотнителем из жаропрочного материала (асбестовый шнур с графитовой смазкой). Между горловиной камеры сгорания и корпусом прокладывают огнеупорный изолятор (асбестовый шнур или аналогичный по свойствам материал). Металлическую решетку колосников удобнее сделать съемной, из арматурных прутьев, чтобы было удобнее очищать камеру сгорания.

На болты крептся труба сверху бочки

Воздухораспределительная коробка с обратным клапаном на выходе устанавливается вне корпуса, перед ней можно смонтировать вентилятор, нагнетающий воздух, для повышения КПД агрегата при работе на свежесрубленных дровах.

Нагнетающий вентилятор, помогающий повысить КПД

В качестве змеевика воздушного охлаждения некоторые умельцы приспосабливают стальной или биметаллический радиатор. Смеситель, проходя через который очищенный горючий газ смешивается с воздухом, оснащается вентилятором.

Выбирая материалы для стационарной установки, предназначенной для выработки электроэнергии для домашних нужд, упор делается на надежность и доступность. Если требуется изготовить газогенератор для автомобиля, предпочтение стоит отдать нержавеющей стали – это сделает агрегат более легким и компактным. Но использование нержавейки заметно удорожает конструкцию.

Вывод

Компактный газовый генератор на дровах пригоден для установки на грузовом или легковом автомобиле. Агрегат для локальной электростанции можно установить в подвале дома, в хозяйственной постройке или при необходимости устанавливать на улице либо под навесом (когда требуется обеспечить электроэнергией какое-либо стационарное электрооборудование).

Принципиальный вопрос – правильная работа газового генератора. Чтобы агрегат функционировал с высоким КПД, необходимо тщательно отрегулировать уровень подачи воздуха (с учетом влажности топлива), интенсивность отвода газов и т.д. Изготавливать газогенератор желательно по профессиональным чертежам, с соблюдением всех размеров и пропорций.

Видео по теме:

https://youtube.com/watch?v=MF_ABzCPJ80

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»:

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:

Как работает газогенератор

Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.

Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси горючих газов из твердого топлива с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.

Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:

• угарный газ (оксид углерода СО);
• водород (Н2);
• метан (СН4);
• прочие непредельные углеводороды (CnHm).

Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:

• газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33—35% от необходимого для полноценного сжигания;
• первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
• вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
• охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;
• тонкая очистка;
• отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем — сразу в ДВС.

Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:

Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:

Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами — вентилятором).

Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.

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.

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).

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 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:

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:

Прицепной газогенератор

Тойота Camry 2,0 GLI на древесном газу

Существует принципиально другой подход к переоборудованию автомобилей газогенераторными системами. Это способ размещения газгена на прицепе. Такой подход избрал Веса Микконен. Последняя его работа – это газогенераторный Lincoln Continental 1979 Mark V, большой тяжелый американский автомобиль класса купе. Lincoln потребляет 50 кг (110 фунтов) древесины на каждые 100 километров пробега(62 миль) и является значительно менее экономным, чем Volvo Джона. Вес Микконен также переоборудовал Toyota Camry, более экономичный автомобиль. Этот автомобиль потребляет всего 20 кг (44 фунтов) древесины при таком же пробеге. Однако прицеп остался почти таким же большим, как и сам автомобиль.

Джост Конин использовал древесину не только в качестве топлива для автомобиля, но и как строительный материал для самого автомобиля

Оптимизация электромобилей может происходить за счет уменьшения размеров и облегчения общего веса. С двоюродными братьями газогенераторными автомобилями такой способ не подходит. Хотя со времен Второй мировой войны газогенераторные автомобили стали намного совершеннее. Автомобили военных времен могли проезжать 20 – 50 километров на одной заправке, имели низкие динамические и скоростные характеристики.

«Передвигаться по миру при помощи пилы и топора», — под таким девизом голландец Джост Конин (Joost Conijn) на своем газогенераторном автомобиле с прицепом, совершил двухмесячное путешествие по Европе

«Передвигаться по миру при помощи пилы и топора», – под таким девизом голландец Джост Конин (Joost Conijn) на своем газогенераторном автомобиле с прицепом, совершил двухмесячное путешествие по Европе, абсолютно не беспокоясь о заправочных станциях (которых он не видел в Румынии). Прицеп в данном автомобиле использовался для хранения дополнительного запаса дров, благодаря чему увеличивалось расстояние между «заправками». Интересно то, что Джост использовал древесину не только в качестве топлива автомобиля, но и как строительный материал для самого автомобиля.

Установка и место установки

Запрещена установка:

• В местах скопления людей;
• В плохо освещенных помещениях;
• В погребе и подвале;
• Рядом с устройствами, выделяющими вредные вещества;
• Вблизи легковоспламеняющихся агрегатов;
• Рядом с самовзрывающимися смесями;
• Вблизи материала, выделяющего ацетилен;
• В работающих на угле и дровах котельных;
• Рядом с компрессорами, кондиционерами и вентиляторами, забирающими кислород;
• На расстоянии менее 1 м от газовых калориферов;
• Рядом с тепловыми и электрическими устройствами;

Устанавливать устройство необходимо в стороне от проездов и проходов. Оно должно быть ограждено. Установка должна производиться в местах, недоступных для детей и домашних животных. Устройство требует постоянного надзора.

Запасы топлива и первый старт

Чтобы наш газогенератор работал хорошо, надо позаботиться о дровишках. Высушенные брусочки 40х50х60 мм будут подходящими для нашего агрегата. Перед распиливанием надо очистить древесину от коры. Иначе будет много примесей смол.

Запас топлива для газогенератора

Проблема заготовки, сушки, распиливания дров может сойти на нет, если самому подготовить древесный уголь. Набиваете в бочку не распиленные дрова, поджигаете и накрываете крышкой. Присыпаете крышку слоем земли и оставляете на ночь. Утром у вас получится почти полная бочка древесного угля. Пересыпаете его в мешок, отделив от недогоревших головешек и угольной пыли.

Открываем крышку газгена и заполняем бункер. Смачиваем керосином фитиль и поджигаем. Фитиль должен быть настолько длинным, чтобы достать до углей в камере сгорания. Когда дровишки-угольки занялись, лучше будет, если вы им поможете разгореться сильнее. Наденьте на патрубок подачи воздуха какой-нибудь нагнетатель, например, небольшой вентилятор или компрессор.

Направленный поток воздуха сможет «раздуть» горение в камере. Открываем верхний кран сброса газов и посматриваем на цвет дыма. Как только дым стал более чистый и прозрачный, перекрываем его. Теперь смотрим на нижний кран сброса газов.

Если поток не горячий, значит, наша смесь остудилась и готова к закачиванию в ДВС. Поджигаем выхлоп и по цвету пламени определяем, насколько очищен газ. Если температура газовой смеси из газогенератора и цвет её пламени вас устраивает, то всё готово для запуска двигателя. Перекрываем нижний кран сброса газа и направляем смесь в двигатель.

Примите поздравления с первым запуском!

Конечно, вы не прекратите экспериментировать и установите дополнительные датчики. Краны, патрубки пустите по новому контуру. А может быть, даже разработаете эффективный фильтр тонкой очистки с применением водяной рубашки и проч. В любом случае не останавливайтесь на достигнутом!

Заводской газогенератор

Участвуйте в форумах, задавайте вопросы, копайтесь в библиотеках и на сайтах, отыскивайте интересные фото и видео про газогенераторы! Удачи!