Газовый двигатель своими руками

Первый газовый двигатель внутреннего сгорания был разработан немецким изобретателем Н. Отто. Принцип его работы заключался в том, что горючая смесь предварительно подвергалась сильному сжатию в верхней точке положения поршня. На создание экономичного двигателя, КПД которого достигал 15 %, изобретателю потребовалось около 15 лет, он получил название четырехтактного, поскольку рабочий цикл в нем протекал за четыре хода поршня.

Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках.

Система питания газовых двигателей и общая схема устройства

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, которая устанавливается на автомобилях – это дозирующая система, позволяющая использовать вместо бензина сжиженный газ. В ее комплект входят:

• топливный баллон, который может иметь различную форму;
• переключатель вида топлива, вмонтированный в салон автомобиля;
• редуктор-испаритель, который предназначен для подогрева и испарения сжиженного топлива;
• газовый клапан (электромагнитный), перекрывающий подачу топлива во время стоянки автомобиля;
• электромагнитный бензиновый клапан или эмулятор форсунок, служащий для перекрытия подачи бензина во время использования газа;
• заправочное устройство (выносное);
• мультиклапан, который предотвращает утечку газа.

Работает такое оборудование практически так же, как и бензиновое. Вначале сжиженный газ по топливной магистрали поступает в клапан-фильтр, где проходит предварительную очистку от различных взвесей и смол. Далее очищенный газ поступает в редуктор-испаритель, в котором его давление понижается до 1 атмосферы, после чего через дозатор подается в смеситель.

В оборудовании для инжекторных двигателей не применяется бензиновый клапан, вместо него устанавливается эмулятор форсунок.

Газовый двигатель своими руками – реально ли это?

В настоящее время на автомобилях применяются две схемы подключения оборудования:

• классическая – газ подается непосредственно в карбюратор или инжектор;
• последовательная – топливо поступает в форсунки, которые установлены параллельно с бензиновыми.

Классическая схема считается менее затратной, отличается простотой установки, но имеет существенный недостаток. При переключении режимов образуется смесь низкого качества, в результате чего двигатель быстро изнашивается. На сегодняшний день последовательная система хоть и является более дорогостоящей, но отличается более качественной подачей газа.

Основные достоинства применения такого оборудования:

1. Возможность легко создать газовый двигатель своими руками, то есть смонтировать установку на автомобиле самостоятельно.
2. Низкая стоимость топлива.
3. Высокое октановое число.
4. Отсутствие вредных выбросов.
5. Более качественная работа двигателя.
6. Благодаря применению газа значительно увеличивается ресурс двигателя.

1. Снижение динамики разгона автомобиля.
2. Существенно возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма.
3. Все оборудование занимает слишком много места.
4. Сложности с использованием оборудования в зимнее время.

Газобаллонное оборудование (ГБО), которое дополнительно может встраиваться своими руками в уже существующую топливную систему автомобиля, приобретается на рынке, каждой модели двигателя соответствует своя модель ГБО. Заправочный баллон с комплектующими (клапан и испаритель) крепится в какой-нибудь нише, чаще всего это место для «запаски».

Следом подсоединяется выносное заправочное устройство, отверстие которого будет выходить на внешнюю сторону кузова. А затем на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа. А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знания о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять ГБО, лучше обратитесь к специалистам.

Газогенератор – аппарат для выработки газа из угля, дров, отходов деревообработки и других материалов. Генерируемое горючее способно заменить традиционное углеводородное топливо – природный газ для отопления жилья и бензин для автомобиля.

Основная идея использования такого агрегата – экономия на топливных расходах. Постоянное удорожание бензина, пропана и метана заставляет домашних умельцев подыскивать альтернативные способы получения топлива.

Чтобы сделать газогенератор своими руками, необходимо понять его устройство и принцип работы.

Мы объясним, как происходит преобразование твердого топлива в горючий газ, обозначим конструктивные особенности агрегата и приведем примеры самостоятельной сборки простых приборов. Для лучшего усвоения информации, мы дополнили статью наглядными схемами, фотографиями и видео-роликами.

Газогенератор: устройство и принцип работы

Газогенератором называется устройство, преобразующее жидкое либо твердое горючее в газообразное состояние для дальнейшего сжигания его с целью получения тепла.

Варианты топлива для генерирующей установки

Работающие на мазуте или отработке агрегаты имеют более сложную конструкцию, нежели модели, использующие различные виды угля или дрова.

Поэтому чаще всего встречаются именно твердотопливные генераторы газа – благо, топлива для них доступно и дешево.

В качестве твердого топлива в газовом генераторе используют:

• древесный, бурый и каменный уголь;
• топливные пеллеты из древесных отходов;
• солому, опилки и дрова;
• торфяные брикеты, кокс;
• лузгу семечек.

Особо бережливые хозяева собственноручно заготавливают брикеты из опилок.

Генерация газа возможна из всех этих видов горючего. Выделение энергии зависит от теплотворности разных типов топлива.

Причем тепла от сжигания сырья в газогенераторе получается больше, нежели от использования твердого топлива в котлах. Если КПД обычного дровяного котла варьируется в пределах 60–70%, то у газогенераторного комплекса показатель достигает 95%.

Но здесь надо учесть один нюанс. Котел сжигает топливо для нагрева воды, а генератор газа только производит горючее. Без нагревателя, печки или ДВС толку от самодельного газогенератора будет ноль.

Получаемый газ сразу должен использоваться – накапливать его в какой-либо емкости экономически невыгодно. Для этого придется монтировать дополнительное оборудование, зависящее от электропитания.

Что происходит внутри газогенератора

В основе работы генератора газа лежит пиролиз твердого топлива, происходящий при высоких температурах и низком содержании кислорода в топке. Внутри газогенерирующего устройства одновременно протекает несколько химических реакций.

Технологически процесс генерации горючего газа делится на три последовательно совершающихся этапа:

1. Термическое разложение топлива. Процесс протекает в условиях дефицита кислорода, которого в реактор подается всего треть от необходимого для обычного горения.
2. Очистка полученного газа. В циклоне (сухом вихревом фильтре) осуществляется фильтрация газового облака от летучих частиц золы.
3. Охлаждение. Полученная газовая смесь охлаждается и подвергается дополнительной очистки от примесей.

Фактически, в блоке как такового газогенератора происходит именно первый процесс – пиролиз. Все остальное – это подготовка газовой смеси для дальнейшего сжигания.

На выходе из газогенерирующей установки получается горючая смесь из оксида углерода, водорода, метана и иных углеводородов.

Также, в зависимости от используемого при пиролизе топлива, к ним прибавляются в различных количествах вода в виде пара, кислород, углекислый газ и азот. По описанному принципу функционируют и пиролизные котлы отопления, демонстрирующие высокий КПД.

Особенности работы различных преобразователей

Газогенераторы по устройству и технологии внутренних процессов бывают:

Различаются они точками подачи воздуха и выхода сгенерированного газа.

Прямой процесс протекает при нагнетании воздушной массы снизу и выходом горючей смеси вверху конструкции.

Обращенный вариант подразумевает подачу кислорода напрямую в зону окисления. При этом она в газогенерирующем устройстве является самой горячей.

Самостоятельно сделать в нее впрыск достаточно сложно, поэтому такой принцип работы применяется только в промышленных установках.

В горизонтальном газогенераторе выходной патрубок с газом расположен сразу над колосником в зоне совмещения реакций окисления и восстановления. Эта конструкция самая простая в самостоятельном исполнении.

Достоинства и недостатки газовых генераторов

Обойдется бытовой газогенератор заводского изготовления в 1,5–2 раза дороже обычного твердотопливного котла. Стоит ли тратиться на эту «чудо-технику»?

Среди плюсов использования газовых генераторов числится:

• полное прогорание топлива, загруженного в топку, и минимальный объем золы;
• сравнительно высокий КПД при совместной работе с ДВС либо газовым котлом;
• широкий выбор твердого топлива;
• простота эксплуатации и отсутствие необходимости непрерывно следить за работой агрегата;
• временной интервал между перезагрузкамитопки – до суток на дровах и до недели на угле;
• возможность использования непросушенной древесины – влажное сырье можно применять только в некоторых моделях газогенераторов;
• экологичность устройства – выхлопной трубы у этого устройства нет, весь сгенерированный газ прямым потоком идет в камеру сгорания двигателя или котла.

При использовании влажных дров генератор работать будет, но выработка газа при этом сократится на 20–25%. Падение производительности происходит из-за испарения естественной влаги из древесины.

Это приводит к понижению температуры в топке, что замедляет процесс пиролиза. Лучше всего поленья перед загрузкой в пиролизную камеру тщательно просушивать. Промышленные устройства полностью автоматизированы, подача топлива в них производится шнеком из рядом расположенного контейнера.

Сделанный своими руками газогенератор не радует подобной автономностью, но и он достаточно прост в эксплуатации. Надо лишь время от времени загружать его топливом под завязку.

Недостатков у газогенератора меньше, но они есть:

• слабая регулируемость объемов генерируемого газа – при снижении температуры в топке пиролиз прекращается и вместо горючей газовой смеси на выходе образуется месиво из смол;
• громоздкость установки – даже самодельный газогенератор средней мощности в 10–15 кВт занимает достаточно большое пространство;
• длительность растопки – прежде чем реактор произведет первый газ пройдет 20–30 минут.

После “разогрева” генератор стабильно выдает определенный объем газовой смеси, которую необходимо сжигать либо выбрасывать в воздух. Чтобы сделать этот агрегат своими руками потребуются прочные газовые баллоны или толстая сталь, а это немалые деньги. Но все это окупается экономичностью генератора и дешевизной исходного топлива.

Часть моделей газогенераторов оснащается вентилятором надува воздуха, а другие нет. Первый вариант позволяет повысить мощность установки, но привязывает ее электросети. Если нужен небольшой генератор для готовки еды на природе, то можно обойтись компактным без воздушного нагнетателя агрегатом.

Большинство самостоятельно сделанных газогенерирующих установок работает за счет естественной тяги.

Для обогрева частного дома нужна будет уже более мощное и энергозависимое устройство. Однако в этом случае стоит позаботиться о резервном электрогенераторе, чтобы в одночасье при аварии на сети не остаться как без электроснабжения, так и без отопления.

Рабочие узлы самодельного агрегата

Чтобы разобраться, как можно сделать твердотопливный газогенератор своими руками, необходимо четко себе представлять его конструкцию. У каждого из элементов свое предназначение, даже отсутствие одного из них недопустимо.

Внутри корпуса самодельного газового генератора должен присутствовать:

• бункер для твердого топлива вверху агрегата;
• камера пиролиза, где происходит процесс тления;
• воздухораспределительное устройство с обратным клапаном;
• колосники с зольником;
• выводной патрубок для производимого газа;
• фильтры очистки.

В самодельном генераторе на дровах образуется достаточно высокая температура, поэтому к каждому его элементу предъявляются жесткие требования. Для корпуса используется прочная листовая сталь, а все детали внутрь подбираются максимально жаропрочные.

Чтобы обеспечить герметичность люка загрузки топлива в закрытом состоянии, крышке понадобится уплотнитель. Самый дешевый материал для этого – асбест. Однако он не отличается безвредностью для здоровья людей, лучше подыскать в магазине специальные жаропрочные прокладки на основе силиконов или силикатов.

Корпус может быть как цилиндрической формы, так и прямоугольной. Нередко для упрощения работ берется пара баллонов для природного газа или железных бочек. Один из колосников внизу топки приваривают “намертво”, а второй встраивают таким образом, чтобы его можно было пошевелить. Это необходимо для очистки их от шлака и золы.

Воздухораспределительный узел находится снаружи корпуса. Он обеспечивает поступление в топку необходимых объемов кислорода, но при этом благодаря обратному клапану не выпускает из нее горючие газы.

Технологии изготовления газогенератора

Самостоятельно сделать газогенерирующую установку можно несколькими способами. Выбор здесь зависит от наличия материалов и дальнейшего использования получаемого газа.

Вариант #1: Пример сооружения аппарата на угле

Рассмотрим пример изготовления полезной самоделки из металлического ведра с крышкой. Сначала подготовим агрегат, который будет перерабатывать полученный из установки газ в электроэнергию.

Получать электричество можно и с помощью новых технологий, к которым относят солнечные панели и ветряные электростанции, и путем использования методов, известных уже несколько десятилетий. К устройствам для получения энергии относится газогенераторная установка. Прибор может быть основным источником электроэнергии и резервным, предназначенным для поддержки работы бытового оборудования при временных перебоях в электроснабжении. Применяются газогенераторы для выработки электроэнергии и для отопления помещений. Отличающееся высоким КПД оборудование является приемлемой альтернативой для обогрева частных домов при отсутствии природного газа.

Фабричная модель дровяного газогенератора

Принцип работы и особенности

Один из главных вопросов, возникающих у человека, не сталкивающегося с дровяным газогенератором – это что за принцип работы у оборудования и для чего оно нужно. Использование такого прибора для получения газа позволяет решить несколько задач:

• создать систему резервного электроснабжения частного дома;
• получить комфортные микроклиматические условия во время отопительного сезона и одновременного получения газа для других целей (например, приготовления пищи);
• обеспечить работу двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Нагревая твердое топливо до 1100 °C и ограничивая в зону его горения доступ кислорода, можно сделать оборудование пиролизным. Основной принцип работы газогенератора заключается в превращении с помощью процесса пиролиза содержащейся в древесине целлюлозы в олефины (пропилен и этилен). Получившиеся газы очищаются системой фильтров от сажи, золы и других примесей, а затем охлаждаются. После охлаждения продукты оказываются во вторичной камере сгорания, где продолжают гореть, нагревая стенки котла. Для улучшения процесса горения в эту же топку подается воздух. О технических моментах подробно рассказано в видео ниже.

КПД пиролизных котлов выше по сравнению с обычными дровяными печами и котлами, и потраченные на создание самодельного газового генератора время и средства в перспективе окупятся. Тем более что дровяной газогенератор можно сделать не только отопительным, но и водонагревательным оборудованием. Для этого нагревающиеся в процессе горения дров стенки котла соединяются с теплообменником.

Пиролизный котел (газогенератор) с бойлером косвенного нагрева

Плюсы и минусы использования газогенераторов на дровах

Среди преимуществ использования газовых генераторов стоит отметить:

• Эффективное использование отходов деревообработки – опилок, обрезок и щепы. Обычно такие материалы относят к мусору и выбрасывают – генератор получает из них тепло и газ.
• Высокий КПД газового генератора, в зависимости от способов подсчета калорий достигающий 80–95%. У бюджетных дровяных котлов коэффициент редко превышает 70%.
• Возможность использования в местах, отдаленных от крупных населенных пунктов и не имеющих ни газоснабжения, ни электроснабжения.
• Экологичность установки по сравнению с жидкотопливными котлами, которые не только выбрасывают в воздух больше вредных веществ, но и требуют создания специальных резервуаров для хранения топлива.

Широкому распространению дровяных генераторов газа мешает несколько недостатков, главным из которых можно назвать большие габариты устройства. В видео ниже показан газогенератор, использующийся в процессе отопления слесарного цеха площадью 1200 м².

Исходя из слов автора видео (см. ниже), при использовании газгена эффективность системы отопления выросла на 33%, но не сказано, каковы расходы на электроэнергию потребляемую вентилятором.

Кроме того, в процессе эксплуатации оборудование требует постоянной очистки – регулярно очищают центрифугу, топку и охлаждающие элементы. К минусам относится и необходимость в периодической замене «расходников» (фильтров для получаемого с помощью установки газа) и использовании только древесины с влажностью до 20%.

Дрова для растопки требуют места для хранения, а газ начинает образовываться только через 20–30 минут после начала горения. Применяя газогенератор для частного дома, на два последних недостатка не стоит обращать внимания, но для автомобиля эти минусы критичны. Регулировать температуру в топке практически невозможно, а стенки камеры сильно нагреваются, поэтому служит оборудование меньше по сравнению с дровяными печами и котлами использующимися для отопления.

Серийный автомобильный газогенератор

Изготовление дровяного газогенератора для частного дома

Важный нюанс, который следует учитывать, создавая дровяной газогенератор своими руками – схема оборудования. На ней указываются не только элементы, но и направления движения потоков воздуха и газа. В Интернете можно найти разные варианты генераторов газа, а одним из самых популярных среди отечественных домовладельцев является устройство, собирающееся на основе металлической 200-литровой бочки.

Принципиальная схема одного из дровяных газогенераторов

В верхней части цилиндрического корпуса устраивается бункер для древесины, объем которого принимается равным примерно 60–70 литрам. В качестве фильтрующего элемента генератора обычно используют зигзагообразную трубу. Можно взять для этого и корпус огнетушителя. Фильтр комплектуется краном, позволяющим собирать и выводить наружу конденсат, который появляется при сгорании сырой древесины.

Самодельный дровяной генератор газа

Принцип действия газогенератора на дровах, устройство и чертеж которого используются для создания самодельного устройства, заключается в следующем:

• заложенные в бункер дрова попадают в топку и сгорают;
• в процессе горения образуется газ, поступающий через систему грубой очистки в юбку в верхней части;
• при прохождении через охлаждающий фильтр газ остывает и выводится через специальный патрубок (например, к ДВС или в дополнительную зону горения).

При сгорании влажных дров газ попадает в «юбку» и при контакте с холодным воздухом оставляет небольшое количество воды. Жидкость проходит через сепаратор, изготовленный из трубы со вставленной внутрь ребристой пластиной и сливается наружу. Для увеличения КПД котла, полученное при горении дров и очищенное газообразное топливо используется для дополнительного нагрева, попадая во вторую зону горения. При этом наружу выходит только углекислый газ (CO₂).

В видео ниже представлен вариант газгена для отопления изготовленный из листового металла.

Создавая газген своими руками, можно предусмотреть в конструкции бойлер. Вода нагревается обратным горючим газом, дополнительно охлаждающимся во время этого процесса. В среднем, такое оборудование обеспечивает нагрев 5–10 л воды в минуту на 20–30 градусов.

Особенности монтажа и использования

Место для оборудования выбирается с учетом отсутствия у вырабатываемого газа запаха и его опасности для человеческого организма. Поэтому устанавливать самодельные газогенераторы на дровах желательно в отдельных помещениях. Комната должна соответствовать тем же требованиям, что и котельная – иметь хорошую принудительную вентиляцию и объем не меньше 15 кубометров.

Для вывода газа применяется специальная газовая труба, закрепляемая хомутами к патрубку генератора. Под установкой обязательно предусматривается основание из несгораемых материалов. Также стоит отметить, что работы по сборке газогенератора должны выполняться профессионалом – если опыта в проведении таких работ нет, от изготовления самодельного устройства для получения газа или увеличения КПД сгорания дров лучше отказаться.

Автомобильный генератор газа

Отличием генератора газа для транспортного средства является его компактность и увеличенная надежность – хотя даже такие характеристики не позволяют ехать на машине с большой скоростью. Впрочем, разгон до 80–90 км/ч вполне возможен. Материалом изготовления автомобильного газогенератора чаще всего выступают металлические емкости. Серийное производство предусматривает использование нержавеющей стали, благодаря чему уменьшается масса генератора и улучшаются эстетические параметры. Кустарное производство таких приборов приводит к получению эффективных, но не слишком аккуратных на вид и тяжелых дровяных печей, газ от которых передается к газовому двигателю авто.

Автомобиль «Нива» работающий при помощи газогенератора

Неплохим вариантом для создания генератора газового топлива для небольшого автомобиля может стать старый пропановый баллон. Для внутренней части схемы устройства предусматривают использование ресивера от грузовика объемом 20 или 40 л. Для колосниковой решетки выбирают тонкий металл, для патрубков – обычные трубы для отопления.

Колосниковая решетка автомобильного газогенератора

Крышку с крепежом делают из верхней части баллона или листовой стали. Уплотняют ее с помощью обработанного графитовой пропиткой асбестового шнура. Грубый фильтр делается из старого огнетушителя или соответствующего по длине куска трубы. В нижней части фильтрующего элемента устанавливают конусообразную насадку, через которую будет отгружаться зола. Сверху трубу или огнетушитель накрывают крышкой со встроенным в нее патрубком.

Газовый генератор с фильтром

Наличие охладителей, в качестве которых часто применяются биметаллические отопительные радиаторы, требуется по двум причинам:

• слишком горячий газ имеет небольшую плотность и не может обеспечить эффективную работу ДВС;
• при контакте раскаленного газа с нагретыми элементами двигателя может произойти вспышка.

Еще один важный элемент конструкции – смеситель, позволяющий регулировать пропорции газовоздушной смеси. Если не менять концентрацию топлива, в двигатель будет поступать газ с теплотой сгорания 4.5 МДж/м 3 , что в 7,5 раз меньше, чем у обычного пропана. Изменяя пропорцию с помощью специальной заслонки, газовоздушную смесь приводят в соответствие с обычным газом.

Ознакомьтесь с серией видео по созданию газогенератора для автомобиля «Москвич».

Установка на автомобиль

Перед тем как устанавливать газогенератор работающий на дровах, требуется выбрать подходящее место. На грузовых авто, установка размещается между кабиной и кузовом, на автобусах – сбоку (со стороны водителя). Для легкового автомобиля допускается два варианта – монтаж в багажнике или на отдельном прицепе.

Газогенератор в багажном отделении выглядит аккуратнее и не нарушает дизайн транспортного средства. Но пользоваться таким устройством неудобно, а места для перевозки грузов практически не остается. Отдельная установка прибора на прицепе позволяет не только сохранить пространство в багажнике, но и упрощает ремонт оборудования. Кроме того, прицепной газогенератор можно при необходимости отсоединить, переведя машину на бензин или баллонный газ. Недостаток варианта с прицепом – увеличение общей длины транспорта, создающее проблемы при парковке, и дополнительные расходы на приобретение прицепа.

Один из способов размещения дровяного газогенератора в авто

Выводы

Создавая домашний газогенератор для отопления дома или работы ДВС, можно получить приспособление, позволяющее отчасти заменить природный газ и вырабатывать электричество, уменьшающее расход дров за счет увеличения КПД и повышающее время горения одной порции твердого топлива. Время горения одной закладки древесины в топку газового генератора при использовании полученного газа как дополнительного энергоносителя, достигает 8–20 часов. Эксплуатация оборудования достаточно простая, если не считать периодической очистки, а замены требуют только фильтрующие элементы.

Несмотря на эти плюсы, устанавливать самодельный древесный газген на автомобиль нецелесообразно Экономия окажется не такой значительной, как снижение уровня комфорта использования транспортного средства и непредсказуемые последствия для двигателя внутреннего сгорания. Единственным веским аргументом в пользу такого решения, могут быть лишь проблемы с приобретением бензина.

Приемлемый вариант – сборка своими руками газогенератора для частного дома. В этом случае прибор станет источником газа для отопительного котла, газовой плиты и небольшой домашней электростанции.