Газогенераторные автомобили получили широкое распространение в 1930-1940-х годах во многих странах мира, включая СССР. Это было связано с острой нехваткой жидкого топлива (бензина, дизельного топлива) на фоне быстрого роста автомобильного парка. Газогенератор позволял переоборудовать обычный бензиновый или дизельный двигатель для работы на генераторном газе, получаемом путем неполного сжигания дров, торфа, угля или другого твердого топлива.
Такие автомобили имели ряд преимуществ по сравнению с бензиновыми и дизельными машинами. Во-первых, топливо для них (дрова, торф, уголь) было значительно дешевле и доступнее, чем бензин. Во-вторых, запас хода на одной заправке у газогенераторных грузовиков был больше. В-третьих, они могли работать на местном топливе, независимо от поставок нефтепродуктов.
История создания газогенераторных автомобилей
История создания газогенераторных автомобилей началась еще в конце XVIII века. В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ и получил патент на его использование для освещения. В 1801 году он взял патент и на конструкцию газогенераторного автомобиля, однако погиб в 1804 году, так и не успев воплотить свое изобретение.
В 1860 году бельгийский инженер Этьен Ленуар создал и запатентовал двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. В 1862-1863 годах он установил такой двигатель на восьмиместный omnibus.
В 1891 году отставной лейтенант Российского флота Евгений Яковлев построил в Санкт-Петербурге завод газовых и керосиновых двигателей, однако конкурировать с нефтяными и бензиновыми двигателями его продукция не смогла.
В 1916 году во Франции начались регулярные рейсы газогенераторного автобуса между Парижем и Руаном. А в 1919 году французский инженер Георг Имберт создал принципиально новый тип газогенератора, позволивший существенно улучшить качество вырабатываемого горючего газа.
Устройство и принцип работы газогенератора
Газогенератор представляет собой металлический бункер с загрузочным люком, куда засыпается топливо – обычно древесные чурки или угольные брикеты. Внутри бункера происходит неполное сгорание топлива с недостатком кислорода – так называемый пиролиз.
Выделяющийся газообразный продукт проходит через последовательно соединенные охладители и фильтры грубой и тонкой очистки. Затем очищенный газогенераторный газ подается во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания.
Основу газогенераторного газа составляет окись углерода (21%), а также водород (16%), азот (53%), углекислый газ (9%) и метан (1%). Этот газ, при подаче его в цилиндры ДВС, воспламеняется от искры свечи и заставляет поршень двигаться, приводя в движение коленчатый вал и в конечном итоге – колеса газогенераторного автомобиля.
Для розжига топлива в бункере газогенераторной установки используется специальный вентилятор, приводимый в действие электродвигателем от бортовой электросети автомобиля.
Таким образом, газогенераторный автомобиль представляет собой гибрид бензинового (дизельного) автомобиля и небольшой передвижной газовой электростанции, вырабатывающей горючий газ прямо в процессе движения машины.
Преимущества газогенераторных автомобилей
Главным преимуществом «газогенераторных автомобилей» является возможность использования дешевого местного топлива взамен дефицитного бензина или дизельного топлива. Как правило, в качестве топлива для газогенератора используются древесные чурки, уголь, торфяные брикеты.
Еще одним важным преимуществом является простота переоборудования серийного бензинового или дизельного двигателя для работы на газе. Как правило, достаточно небольшой доработки головки блока цилиндров с целью повышения степени сжатия. Сам газогенератор монтируется отдельно и соединяется с двигателем топливопроводами.
Поскольку газогенераторный газ менее склонен к детонации по сравнению с бензином, использование его позволяет повысить степень сжатия двигателя и таким образом компенсировать часть потерь мощности. Например, у грузовиков ЗИС-21 степень сжатия была повышена с 4,3-4,8 до 7 единиц по сравнению с базовой моделью ЗИС-5.
Еще одним плюсом является экологичность газогенераторных автомобилей - продукты сгорания газогенераторного газа значительно менее токсичны по сравнению с отработавшими газами карбюраторных и дизельных двигателей.
Недостатки и проблемы газогенераторных автомобилей
Главным недостатком газогенераторных автомобилей является значительное (до 30-40%) снижение мощности двигателя по сравнению с базовым бензиновым или дизельным аналогом из-за меньшей теплотворной способности газогенераторного газа.
Еще одним серьезным минусом является малый запас хода - не более 80-100 км на одной загрузке топлива. Поэтому в дальние рейсы приходится брать с собой дополнительный запас дров или брикетов.
Качество вырабатываемого газа сильно зависит от влажности исходного топлива. Газ из сырых дров имеет низкую теплоту сгорания, склонен к конденсации и засорению топливопроводов. А сушка дров - довольно трудоемкий процесс.
Также серьезной проблемой является быстрый износ металлических элементов газогенератора от коррозии и высоких температур. Это требует частых техобслуживаний, ремонтов и замены футеровки. Недаром газогенератор называли «капризной машинкой».
Газогенераторные грузовики ЗИС-21 в СССР
В СССР первые опыты по созданию «газогенераторных автомобилей» начались еще в конце 1920-х годов. Работы велись параллельно конструкторскими бюро автозаводов и научно-исследовательским автомобильным институтом (НАТИ).
В 1936 году после успешных испытаний было налажено серийное производство газогенераторных грузовиков ЗИС-21 на Заводе имени Сталина в Москве. В качестве базы был взят популярный полуторатонный грузовик ЗИС-5 с бензиновым мотором.
На ЗИС-21 устанавливался шестицилиндровый двигатель с газогенератором собственной разработки завода. Степень сжатия была увеличена для работы на газе с 4,8 до 7 единиц. Мощность составляла 50 л.с. против 75 л.с. у базовой модели. Максимальная скорость ограничилась 50 км/ч.
Всего до 1941 года ЗИС выпустил 15 445 экземпляров газогенераторных грузовиков ЗИС-21. Они активно использовались как гражданскими, так и военными организациями в те годы, когда остро стояла проблема нехватки жидкого топлива.
Применение газогенераторных автомобилей в годы Великой Отечественной войны
С началом Великой Отечественной войны резко возросла потребность в грузовом автотранспорте и одновременно обострилась нехватка горючего. Это послужило стимулом к массовому внедрению «газогенераторных автомобилей».
Только за 1941 год было выпущено свыше 21 000 дровяных газогенераторных установок для грузовиков ЗИС-21, ГАЗ-42 и «полуторок». В 1942 году начат выпуск угольных газогенераторов для использования дешевого и доступного топлива.
«Газогенераторные автомобили» поступали на военные склады, использовались для перевозок в районах боевых действий, на стройках в тылу, в сельском хозяйстве, лесной и угольной промышленности. Их высоко ценили за неприхотливость, простоту в ремонте и эксплуатации.
Так, только в Сибири и на Дальнем Востоке газогенераторные грузовики («газгены») активно применялись вплоть до 1960-х годов, особенно на лесозаготовках, где топливо было в изобилии.
Газогенераторные автобусы и их использование в СССР
Помимо грузовиков, в СССР выпускались и газогенераторные автобусы для пассажирских перевозок. В частности, в 1940-1941 годах на Ярославском автозаводе производились полукапотные автобусы ЯАЗ-200 на шасси грузовика ЯГ-10 с установленным газогенератором.
Особенностью конструкции было расположение овального в плане газогенератора поперек под полом салона в хвостовой части. Газоочистители размещались под капотом рядом с мотором автобуса.
Всего было выпущено 136 экземпляров ЯАЗ-200. Автобусы работали в Москве, Ленинграде и других городах, перевозя пассажиров в условиях военного времени. Основным их достоинством была экономичность, а главным недостатком - малая вместимость из-за объемного газогенератора.
Помимо газогенераторных автобусов, выпускались и газогенераторные троллейбусы, что позволяло им проходить участки маршрута без контактной сети. Они также использовались в крупных городах страны.
Современное состояние и перспективы газогенераторного транспорта
В настоящее время газогенераторные автомобили применяются в ограниченном количестве в некоторых развивающихся странах, где ощущается нехватка традиционных видов топлива. Однако интерес к этой технологии постепенно возрождается в связи с поиском альтернативных источников энергии и стремлением снизить зависимость от нефтепродуктов.
Основными перспективными направлениями развития газогенераторного транспорта являются:
- Улучшение экологических характеристик за счет применения более чистых видов топлива, таких как древесные отходы, солома, отработанные масла и пластик
- Повышение энергоэффективности и оптимизация рабочего процесса газогенераторных установок с применением современных технологий и материалов
- Интеграция газогенераторных установок в гибридные и электрические силовые установки транспортных средств
Разрабатываются компактные и высокоэффективные микрогазогенераторные установки на основе керамических мембран, которые позволят значительно расширить сферы применения этой технологии. В целом газогенераторные двигатели обладают большим потенциалом в качестве резервного или вспомогательного источника энергии для автотранспорта.
Опыт эксплуатации газогенераторных автомобилей в Сибири и на Дальнем Востоке
В годы Великой Отечественной войны практически весь автотранспорт Сибири и Дальнего Востока был переведен на газогенераторные установки. Это позволило решить проблему нехватки бензина и обеспечить бесперебойную работу транспорта в условиях военного времени.
Основной проблемой на начальном этапе была ненадежность самих газогенераторных установок. Первая модель газогенератора Г-31 была тяжела, громоздка и часто выходила из строя. Рационализаторы Аткинской автобазы разработали усовершенствованную конструкцию газогенератора, которая получила название ГАЗ-42. Эта модель отличалась большей надежностью, производительностью и КПД.
На базе грузовиков ГАЗ-АА и ЗИС-5 были созданы газогенераторные машины ГАЗ-42 и ЗИС-21 соответственно. Несмотря на снижение мощности по сравнению с бензиновыми аналогами (до 48 л.с. у ЗИС-21), эти грузовики интенсивно эксплуатировались на лесозаготовках и внутренних перевозках. Благодаря использованию дешевого местного топлива - дров, удалось значительно сэкономить дефицитный бензин для нужд фронта.
Однако газогенераторные грузовики обладали существенными недостатками: невысокой скоростью (до 20 км/ч), малым пробегом на одной заправке (около 80 км), быстрым износом и коррозией металла из-за агрессивных компонентов генераторного газа. Кроме того, газогенератор занимал значительный объем кузова, снижая полезную грузоподъемность.
Несмотря на эти недостатки, газогенераторные грузовики и трактора сыграли огромную роль в обеспечении работы транспорта и сельского хозяйства СССР в военные и послевоенные годы. Они активно использовались вплоть до 1960-х годов, пока не были полностью вытеснены бензиновыми и дизельными аналогами.
Вклад сибирских рационализаторов в совершенствование газогенераторных установок для грузовиков был высоко оценен - их достижения демонстрировались на ВДНХ в 1945 году и заняли первое место. Таким образом, несмотря на объективные недостатки, газогенераторный транспорт сыграл важную роль в истории освоения и развития Сибири и Дальнего Востока.
Выводы о роли и значении газогенераторного транспорта в истории
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы о значении газогенераторных автомобилей в исторической ретроспективе:
- Газогенераторный транспорт сыграл важнейшую роль в кризисные периоды истории, когда ощущалась нехватка традиционных видов топлива. В частности, в годы Великой Отечественной войны газогенераторные грузовики и трактора позволили поддерживать работу транспорта и сельского хозяйства в тылу.
- Несмотря на объективные недостатки, газогенераторные двигатели обеспечивали приемлемые технико-экономические показатели автотранспорта при использовании доступного твердого топлива.
- Развитие газогенерации на транспорте способствовало прогрессу в смежных областях - химии, материаловедении, приборостроении при создании более совершенных реакторов и систем очистки газа.
Вместе с тем по мере восстановления производства жидкого углеводородного топлива к началу 1950-х годов газогенераторные установки оказались вытеснены бензиновыми и дизельными двигателями, обеспечивающими лучшие мощностные, экономические и эксплуатационные характеристики.
Тем не менее, сегодня, в условиях истощения запасов нефти и обострения экологических проблем, газогенераторный транспорт переживает своеобразный ренессанс. На основе накопленного исторического опыта и современных технологий разрабатываются новые, более совершенные и эффективные газогенераторные установки.
Они находят применение в качестве:
- резервных или вспомогательных энергоустановок на транспорте;
- индивидуальных мини-электростанций;
- источников тепловой и электрической энергии в распределенной генерации.
Таким образом, несмотря на относительно непродолжительное активное использование в истории, газогенераторные технологии продемонстрировали свою жизнеспособность и потенциал применения в качестве альтернативного экологичного источника энергии для транспорта и энергетики. Их дальнейшее развитие отвечает как текущему этапу научно-технического прогресса, так и глобальным вызовам человечества в ресурсно-экологической сфере.
