Автомобіль на дровах: як він працює?

Це схоже на анекдот. Але тим, хто працював на лісоповалі в тайзі в 30-х, було не до сміху. Немає бензину — їхали на дровах. Та й донині ця технологія досі використовується. Як влаштовані такі авто? Розбираємо в деталях.

Обмовимося одразу: якщо автомобіль їздить на дровах, це не означає, що він — паровоз без рейок. Низький ККД парової машини з її окремою топкою, котлом і циліндрами подвійного-потрійного розширення залишив парові автомобілі серед забутої екзотики. А сьогодні ми поговоримо про «дров’яний» транспорт зі звичними нам ДВЗ, моторами, що спалюють паливо всередині себе.

Зрозуміло, заштовхати дрова (або щось подібне) в карбюратор замість бензину поки що нікому не вдавалося, а ось ідея прямо на борту авто отримувати з деревини горючий газ і подавати його в циліндри як паливо прижилася на довгі роки. Йдеться про газогенераторні автомобілі, машини, чий класичний ДВЗ працює на генераторному газі, що отримують з деревини, органічних брикетів, або вугілля. Від звичного рідкого палива, до речі, такі машини теж не відмовляються — вони здатні працювати і на бензині.

Автомобіль із газогенераторною установкою. Фото wikipedia.org

Свята простота

Генераторний газ — це суміш газів, що складається переважно з окису вуглецю СО і водню Н2. Отримати такий газ можна, спалюючи розміщену товстим шаром деревину в умовах обмеженої кількості повітря. На цьому нескладному принципі працює і автомобільний газогенератор, простий по суті агрегат, але громіздкий і конструктивно ускладнений додатковими системами.

Також, крім власне виробництва генераторного газу, автомобільна газогенераторна установка охолоджує його, очищає і змішує з повітрям. Відповідно, конструктивно класична установка містить у собі сам газогенератор, фільтри грубого і тонкого очищення, охолоджувачі, електровентилятор для прискорення процесу розпалювання і трубопроводи.

НПЗ вожу із собою

Найпростіший газогенератор має вигляд вертикального циліндра, в який майже доверху завантажується паливо — дрова, вугілля, торф, пресовані пелети тощо. Зона горіння розташована внизу, саме тут, у нижньому шарі палива, що горить, створюється висока температура (до 1 500 градусів за Цельсієм), необхідна для виділення з більш верхніх шарів майбутніх компонентів паливної суміші — окису вуглецю СО і водню Н2. Далі гаряча суміш цих газів надходить в охолоджувач, який знижує температуру, підвищуючи таким чином питому калорійність газу. Цей доволі великий вузол зазвичай доводилося поміщати під кузовом машини. Розташований слідом по ходу газу фільтр-очищувач позбавляє майбутню паливну суміш від домішок і золи. Далі газ прямує в змішувач, де з’єднується з повітрям, і остаточно приготована суміш направляється в камеру згоряння двигуна автомобіля.

Схема автомобіля ЗІС-21 з газогенератором

Як бачите, система виробництва палива просто на борту вантажівки або легковика займала досить багато місця і чимало важила. Але гра була варта свічок. Завдяки власному — і до того ж дармовому — паливу свій автономний транспорт могли собі дозволити підприємства, розташовані за сотні і тисячі кілометрів від баз постачання ПММ. Ця перевага довго не могла затьмарити всі недоліки газогенераторних автомобілів, а їх було чимало:

— істотне скорочення пробігу на одній заправці; — зниження вантажопідйомності автомобіля на 150-400 кг; — зменшення корисного об’єму кузова; — клопіткий процес «дозаправки» газового генератора; — додатковий комплекс регламентних сервісних робіт; — запуск генератора займає від 10-15 хвилин; — істотне зниження потужності двигуна.

ЗіС 150УМ, дослідна модель із газогенераторною установкою НАМИ 015УМ

У тайзі заправок немає

Деревина завжди була основним паливом для газогенераторних автомобілів. Насамперед, звісно, там, де дров у надлишку, — на лісозаготівлях, у меблевому та будівельному виробництві. Традиційні технології лісопереробки при промисловому використанні деревини в епоху розквіту «газгенів» близько 30% від маси лісу відпускали у відходи. Їх і використовували як автомобільне паливо. Цікаво, що правилами експлуатації вітчизняних «газгенів» суворо заборонялося використання ділової деревини, оскільки і відходів лісової промисловості було з надлишком. Для газогенераторів годилися як м’які, так і тверді породи дерева.

Єдина вимога — відсутність на чурках гнилі. Як показали численні дослідження, проведені в 30-ті роки в Науковому автотракторному інституті СРСР, найкраще як паливо підходять дуб, бук, ясен і береза. Чурки, якими заправляли котли газогенераторів, найчастіше мали прямокутну форму зі стороною 5-6 сантиметрів. Сільськогосподарські відходи (солома, лушпиння, тирса, кора, шишки тощо) пресували в спеціальні брикети і також «заправляли» ними газогенератори.

Головним недоліком «газгенів», як ми вже говорили, можна вважати малий пробіг на одній заправці. Так, одного завантаження деревними чурками радянським вантажівкам (див. нижче) вистачало не більше ніж на 80-85 км пробігу. З огляду на те, що «заправлятися» керівництво з експлуатації рекомендує за умови спустошення бака на 50-60%, то і зовсім пробіг між заправками скорочується до 40-50 км. По-друге, сама установка, що виробляє генераторний газ, важить кілька сотень кілограмів. До того ж двигуни, що працюють на такому газі, видають на 30-35% менше потужності, ніж їхні бензинові аналоги.

Доопрацювання автомобілів під дрова

Для роботи на генераторному газі автомобілі доводилося пристосовувати, але зміни не були серйозними і деколи були доступні навіть поза заводськими умовами. По-перше, в моторах підвищували ступінь стиснення, щоб не такою суттєвою була втрата потужності. У деяких випадках для поліпшення наповнення циліндрів двигуна застосовували навіть турбонаддув. На багато «газифікованих» авто встановлювали генератор електрообладнання з підвищеною віддачею, оскільки для вдування повітря в топку використовували досить потужний електровентилятор.

Для збереження тягових характеристик, особливо це стосувалося вантажівок, за зниженої потужності двигуна передавальні числа трансмісії робили вищими. Швидкість руху падала, але для автомобілів, що використовуються в лісовій глушині та інших пустельних і віддалених районах це не мало вирішального значення. Щоб компенсувати розважування, що змінилося через важкий газогенератор, в деяких машинах посилювали підвіску.

Крім того, через громіздкість «газового» обладнання почасти доводилося перекомпонувати автомобіль: міняти, зрушувати вантажну платформу або урізати кабіну вантажівки, відмовлятися від багажника, переносити вихлопну систему.

Золота ера «газгену» в СРСР і за кордоном

Ера розквіту газогенераторних автомобілів припала на 30-40-ті роки минулого століття. Одночасно в кількох країнах з великими потребами в автомобілях і малими розвіданими запасами нафти (СРСР, Німеччина, Швеція) інженери великих підприємств і наукових інститутів взялися за розробку автотранспорту на дровах. Радянські фахівці більше досягли успіху у створенні вантажних автомобілів.

З 1935 року і до самого початку Великої Вітчизняної війни на різних підприємствах Міністерства лісової промисловості та ГУЛАГу (Головне Управління ЛАГерей, на жаль, реалії тієї доби) «полуторки» ГАЗ-АА та «тритонки» ЗІС-5, а також автобуси на їхній базі переробляли для роботи на дровах. Також окремими партіями газогенераторні версії вантажівок виробляли самі заводи-виробники машин. Наприклад, радянські автоісторики наводять цифру 33 840 — стільки було випущено газогенераторних «полуторок» ГАЗ-42. Газогенераторних ЗІСів моделей ЗІС-13 і ЗІС-21 у Москві випущено понад 16 тис. одиниць.

За довоєнний час радянськими інженерами було створено понад 300 різних варіантів газогенераторних установок, з яких 10 дійшли до серійного виробництва. Під час війни серійні заводи підготували креслення спрощених установок, які могли виготовлятися на місцях в автомайстернях без застосування складного обладнання. За спогадами жителів північних і північно-східних регіонів СРСР, вантажівки на дровах можна було зустріти в глибинці аж до 70-х років ХХ століття.

У Німеччині під час Другої Світової війни спостерігався гострий дефіцит бензину. КБ двох компаній (Volkswagen і Mercedes-Benz) отримали завдання розробити газогенераторні версії своїх популярних компактних машин. Обидві фірми в доволі стислі терміни впоралися з поставленим завданням. На конвеєр встали Volkswagen Beetle і Mercedes-Benz 230. Цікаво, що у серійних авто додаткове обладнання навіть не виступало за стандартні габарити «легковиків». У Volkswagen пішли ще далі і створили дослідний зразок «дров’яного» армійського Volkswagen Тур 82 («кюбельваген»).

Volkswagen Тур 82

Дров’яні машини сьогодні

На щастя, головна перевага газогенераторних автомобілів — незалежність від мережі АЗС, сьогодні стала малоактуальною. Однак у світлі сучасних екологічних віянь на перший план вийшла інша перевага автомобілів на дровах — робота на відновлюваному паливі без будь-якої його хімічної підготовки, без додаткової витрати енергії на виробництво палива. Як показують теоретичні розрахунки і практичні випробування, мотор на дровах менше шкодить атмосфері своїми викидами, ніж аналогічний двигун, але такий, що вже працює на бензині або солярці. Вміст вихлопних газів дуже схожий з викидами ДВЗ, що працюють на природному газі.

І тим не менше тема з автомобілями на дровах втратила свою колишню популярність. Забути про газогенератори не дають здебільшого інженери-ентузіасти, які заради економії на паливі або як експеримент переобладнають свої особисті машини для роботи на генераторному газі. На пострадянському просторі є вдалі приклади «газгенів» на базі легковиків АЗЛК-2141 і ГАЗ-24, вантажівки ГАЗ-52, мікроавтобуса РАФ-2203 тощо. За словами конструкторів, їхні творіння можуть проїжджати на одній заправці до 120 км зі швидкістю 80-90 км/год.

Наприклад, переведений житомирськими інженерами в 2009 році на дрова ГАЗ-52 витрачає близько 50 кг деревних чурок на 100 км пробігу. За словами конструкторів, підкидати дрова потрібно кожні 75-80 км. Газогенераторна установка традиційно для вантажівок розташувалася між кабіною і кузовом. Після розпалювання топки має пройти близько 20 хвилин, перш ніж ГАЗ-52 зможе починати рух (у перші хвилини роботи генератора вироблений ним газ не має потрібних горючих властивостей). За розрахунками розробників, 1 км на дровах обходиться в 3-4 рази дешевше, ніж на дизельному паливі або бензині.

Газогенераторна установка ГАЗ-52

Єдина на сьогодні країна, в якій масово використовують автомобілі на дровах, — це Північна Корея. У зв’язку з тотальною світовою ізоляцією там спостерігається певний дефіцит рідкого палива. І дрова знову приходять на виручку тим, хто опинився в нелегкому становищі.