КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИПЫ АВТОМОБИЛЕЙ

Газогенераторные установки, монтируемые на автомобилях, должны иметь небольшие габариты и минимальный вес. В зависимости от вида топлива, на котором работают газогенераторные установки, их удельный вес в среднем составляет от 4 до 7 кг/м³ газа.

По виду потребляемого топлива различают газогенераторные автомобили, предназначенные для работы на древесных чурках, древесном угле, антраците, буром угле, торфе и т. д., но эта классификация не совсем правильна. Так, например, газогенераторные автомобили, предназначенные для работы на антраците, могут очень хорошо работать и на полукоксе и на древесном угле. С другой стороны, не каждый газогенераторный автомобиль, предназначенный для работы на буром угле, может успешно работать на буром угле любого месторождения и качества.

Более существенная разница между различными типами газогенераторных автомобилей заключается в компоновке газогенераторной установки на шасси автомобиля, ее увязке с конструкцией других агрегатов, а также в особенностях конструкции двигателя и трансмиссии автомобиля. Все это наряду с видом потребляемого топлива в конечном итоге определяет технико-эксплуатационные качества газогенераторных автомобилей.

В этом отношении газогенераторные автомобили можно разделить на следующие две группы:

1) автомобили, переоборудованные из бензиновых, дизельных автомобилей для временной работы на генераторном газе;

2) автомобили, специально изготовленные для постоянной работы на генераторном газе.

Газогенераторные автомобили первой группы это, главным образом, легковые и небольшие грузовые автомобили, обладающие при работе на бензине большим запасом мощности.

Переоборудование этих автомобилей производилось без устранения потери мощности двигателей и без каких-либо изменений шасси.

Имея большой запас мощности при работе на бензине, легковые автомобили, будучи переведены на генераторный газ, могли развивать скорость до 60—70 км/час и преодолевать обычные дорожные препятствия.

Некоторые грузовые газогенераторные автомобили этой группы для улучшения динамики имели экономайзерную присадку жидкого топлива.

Газогенераторные установки в этих автомобилях не связывались конструктивно с устройством кузова и обычно монтировались спереди и сзади у легковых автомобилей и на специальном прицепе у автобусов.

При монтаже установки на прицепе питание двигателя генераторным газом осуществлялось через гибкий шланг, соединенный с газопроводом, проложенным под кузовом автомобиля.

Монтаж газогенераторной установки на прицепе создает условия для быстрого переоборудования автомобиля для работы на газе с сохранением полезной площади кузова или грузовой платформы.

При наличии в автохозяйствах достаточного количества газогенераторных прицепов имеется возможность производить обслуживание и ремонт газогенераторных установок без простоя автомобиля. Детали газогенераторной установки, смонтированной на прицепе, хорошо доступны для осмотра и чистки.

К недостаткам монтажа газогенераторной установки на прицепе надо отнести большой ее вес, учитывая вес самого прицепа, потребность в дополнительных баллонах для колес и трудность маневрирования автомобилем (невозможность движения задним ходом).

В газогенераторных автомобилях второй группы, изготовленных для постоянной работы на генераторном газе, газогенераторные установки монтируются так, чтобы по возможности не занимать полезной площади кузова и не портить внешнего вида автомобиля. На этих автомобилях, как правило, применяются газогенераторные установки рассредоточенного типа, которые легче разместить в различных местах шасси автомобиля.

Газогенераторные установки блочного типа, которые применялись в ряде случаев, не нашли широкого распространения, так как они малодоступны для обслуживания и устранения возможных повреждений.

Обычно с целью унификации и удешевления производства газогенераторных автомобилей их конструируют с расчетом на использование шасси и агрегатов существующих моделей бензиновых или дизельных автомобилей.

В устройство переоборудуемых двигателей бензиновых автомобилей вводят ряд изменений: устанавливают новые головки цилиндров с повышенной степенью сжатия, устраняют подогрев газовоздушной смеси и увеличивают сечения впускных трубопроводов. В результате этого падение мощности не превышает 20—35%. Для улучшения динамических качеств автомобиля увеличивается передаточное отношение заднего моста путем замены шестерен редуктора или главной передачи.

При использовании для работы на генераторном газе дизельных двигателей степень сжатия снижают до 9—11. В этом случае падение мощности обычно не превышает 10—12%, так как у газового двигателя при α = 1,05÷1,1 лучше используется объем цилиндров, чем у дизельного двигателя, у которого α = 1,3÷1,6.

Работа дизельного двигателя на газе может быть осуществлена и без изменений в двигателе, только за счет установки на кем смесителя. Жидкое топливо в этом случае используется в качестве запала, причем его расход составляет 20—30% обычного расхода при работе двигателя на одном жидком топливе. Падения мощности при присадке жидкого топлива не происходит.

Газогенераторную установку на автомобилях второй группы обычно монтируют сзади кабины водителя. При этом грузовую платформу или укорачивают на соответствующую длину (0,4— 0,5 м), или отодвигают назад. И в том, и в другом случае увеличивается нагрузка на заднюю ось груженого автомобиля, что не является желательным.

Подобное размещение газогенераторной установки было принято на автомобиле ГАЗ-42, работающем на древесных чурках (фиг. 120).

Газогенератор и фильтр тонкой очистки газа при помощи лап установлены сзади кабины на двух поперечных швеллерах, которые крепятся к раме автомобиля посредством стремянок. Грубые очистители-охладители прямоугольной формы расположены в пространстве между рамой и полом грузовой платформы, параллельно продольной оси автомобиля. Чистка грубых очистителей- охладителей производится через люки сзади автомобиля.

За кабиной, в пространстве между газогенератором и фильтром, смонтирован ящик для топлива.

Вентилятор разжига установлен на правой подножке около крыла переднего колеса.

Двигатель автомобиля ГАЗ-42, переоборудованный для работы на генераторном газе, развивает мощность 31—32 л. с. Для улучшения динамических качеств автомобиля передаточное число заднего моста увеличено с 6,67 до 7,5.

Иногда для сохранения возможно большей полезной площади грузовой платформы и более равномерного распределения полезной нагрузки на заднюю и переднюю оси автомобиля грузовую платформу не укорачивают. В этом случае в полу грузовой платформы делается вырез для монтажа газогенератора, который огораживается изнутри кузова металлическим листом, а агрегаты охлаждения и очистки газа размещаются между полом кузова и рамой или же сбоку под кузовом автомобиля.

На фиг. 121 и 122 показано крепление газогенератора и очистителя газогенераторной установки ЦНИИАТ-УГ-1 для работы на древесном угле, которая установлена на шасси автомобиля ГАЗ-АА указанным выше способом.

Газогенератор размещен в левом переднем углу кузова и крепится к кронштейнам, которые, в свою очередь, закреплены непосредственно на деревянных поперечных брусьях кузова. Этим достигается значительная экономия металла.

Барботажный очиститель (см. фиг. 122) подвешен на ленточных хомутах с правой стороны под кузовом. Охлаждение газа производится в газопроводе, который, огибая раму автомобиля, соединяет газогенератор с очистителем.

Потеря полезной площади кузова при таком монтаже газогенераторной установки не превышает 5%.

В газогенераторных автомобилях ЗИС газогенераторная установка конструктивно увязана с шасси автомобиля, причем газогенератор монтируется в специально предусмотренном для этого месте (см. фиг. 132).

Газогенератор расположен с правой стороны в специальном вырезе кабины и крепится лапами к кронштейнам, которые установлены на раме автомобиля. Три грубых очистителя-охладителя смонтированы поперек рамы под кузовом. Тонкий очиститель с металлическими кольцами смонтирован на кронштейнах с левой стороны, вровень с задней стенкой кабины водителя. Вентилятор разжига вынесен на левую подножку и крепится при помощи кронштейна.

Перенесение газогенераторной установки в переднюю часть автомобиля позволяет сохранить полезную площадь кузова (стандартную грузовую платформу) и получить более правильное распределение веса на переднюю и заднюю оси автомобиля в нагруженном состоянии (на заднюю ось должно приходиться не более 70% веса груженого автомобиля). В этом отношении наиболее благоприятные результаты дают газогенераторные автомобили, в которых кабина водителя вынесена вперед и расположена над двигателем.

В газогенераторных автомобилях второй группы газогенераторная установка не должна выходить за габариты автомобиля. Клиренс по нижним точкам газогенераторной установки должен быть не менее 380—400 мм.

ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЕЙ

Динамические качества большинства газогенераторных автомобилей ниже динамических качеств однотипных бензиновых автомобилей, что в основном является результатом падения мощности при переоборудовании бензиновых двигателей на генераторный газ.

На фиг. 123 показаны динамические характеристики автомобилей ГАЗ-АА (бензинового) и ГАЗ-42 (газогенераторного), из которых видно, что величина динамического фактора газогенераторного автомобиля, равная 0,055 кг/кг, на 16,6% ниже динамического фактора однотипного бензинового автомобиля.

На динамику газогенераторных автомобилей также оказывает влияние меньшая приемистость двигателя вследствие инерции генераторного процесса, которая, в свою очередь, зависит от конструкции газогенератора и сорта топлива. Так, например, динамические качества автомобиля, работающего на антраците, будут хуже, чем у однотипного автомобиля, работающего на древесном угле, даже при одинаковом значении максимальной мощности двигателя.

Как известно, динамические качества автомобиля в основном могут быть охарактеризованы следующими двумя параметрами:

1) величиной динамического фактора D на прямой передаче и

2) максимальной скоростью движения автомобиля v_mах.

Динамический фактор автомобиля может быть выражен следующим уравнением:

Для газогенераторных автомобилей, которые в большинстве случаев эксплуатируются на дорогах местного значения, влияние максимальной скорости на производительность газогенераторного автомобиля невелико, а влияние динамического фактора огромно. Поэтому увеличение передаточного числа заднего моста, несмотря на снижение максимальной скорости автомобиля, в конечном итоге повышает его производительность.

На фиг. 125 показаны динамические характеристики бензинового автомобиля ЗИС-5 и газогенераторных автомобилей ЗИС-21 и ЗИС-ВК.

Из приведенных данных следует, что динамический фактор газогенераторного автомобиля ЗИС-21, равный 0,04, на 26% меньше, чем динамический фактор бензинового автомобиля ЗИС-5, так как мощность двигателя ЗИС-21 составляет всего лишь 46—47 л. с. Максимальная скорость равна 51 км/час. В случае применения двигателя ЗИС-ВК (с верхними впускными клапанами), который развивает мощность на газе 68,5 л. с. (см. фиг. 114), величина динамического фактора автомобиля повышается до 0,044 даже при сохранении передаточного числа заднего моста бензинового автомобиля (i₀ = 6,41). При увеличении передаточного числа заднего моста до 7,67 (обычного для газогенераторного автомобиля ЗИС-21) динамический фактор повышается до уровня динамического фактора бензинового автомобиля ЗИС-5 и даже превышает его на средних скоростях движения.

Таким образом, в результате изменения передаточного числа заднего моста i₀ с 6,41 на 7,67 динамический фактор увеличивается на 18%, а максимальная скорость движения автомобиля снижается всего лишь на 4%.

Для большинства существующих газогенераторных автомобилей величина динамического фактора изменяется в пределах 0,04—0,05, а максимальная скорость равна 50—60 км/час.

УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЕЙ

Советская автомобильная промышленность до 1941 г. выпускала два типа газогенераторных автомобилей — ГАЗ-42 грузоподъемностью 1,2 т и ЗИС-21 грузоподъемностью 2,5 т. Эти автомобили предназначались для работы на древесных чурках и имели тождественные схемы газогенераторных установок.

Для указанных типов автомобилей были применены газогенераторы обращенного процесса газификации с цельнолитыми камерами, очистители-охладители с перфорированными пластинами и фильтры тонкой очистки с кольцами. Разница заключалась только в размерах отдельных агрегатов, их размещении на шасси автомобиля, а также в том, что газогенераторная установка ЗИС-21 имела три секции грубых очистителей-охладителей, а установка ГАЗ-42 — две секции.

В 1940—1941 гг. в НАТИ были разработаны конструкции предназначенных для работы на древесном угле газогенераторных установок Г-21А-2 для автомобиля ГАЗ и Г-23А-2 для автомобиля ЗИС, которые монтировались на те же шасси, что и предназначенные для работы на древесных чурках газогенераторные установки ГАЗ-42 и ЗИС-21.

В 1941—1942 гг. НАТИ сконструировал упрощенные газогенераторные установки Г-59-01 для автомобиля ГАЗ-АА и Г-69-01 для автомобиля ЗИС-5, предназначенные для работы на древесных чурках, торфе и буром угле.

Принципиальная схема этих установок показана на фиг. 126. Газогенераторные установки Г-59-01 и Г-69-01, особенно в варианте для древесных чурок, изготовлялись в большом количестве различными организациями и в то время получили широкое распространение.

Примерно в это же время Центральный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта разработал конструкции газогенераторных установок ГАЗ-УГ-1 и ЗИС-УГ-2 для работы на древесном угле. Их принципиальная схема показана на фиг. 127.

Эти установки отличались от прежних конструкций НАТИ (Г-21А-2 и Г-23А-2) меньшими размерами и малым весом, а также отсутствием водяного охлаждения фурмы и отсутствием матерчатого фильтра, который был заменен барботажным очистителем. Эти 2, фильтра тонкой очистки газа 3, центробежного вентилятора разжига 4, отстойника газа 5 и смесителя 6.

Газогенератор (фиг. 129) имеет следующие основные детали. Цилиндрический корпус 1 высотой 1790 мм и наружным диаметром 554 мм, выполненный из 2-миллиметровой листовой стали, внутренний бункер 2, к нижней части которого приварена цельнолитая стальная камера 6 газификации, и загрузочный люк 10-, фланец люка соединен при помощи прокладок и болтов с фланцами корпуса и внутреннего бункера газогенератора.

Откидная крышка загрузочного люка изготовлена из двух штампованных листов, края которых образуют кольцевое гнездо для прокладки, изготовленной из асбестового плетеного шнура. Крышка прижимается к горловине загрузочного люка при помощи двухлистовой рессоры 9 и запорной рукоятки 11 с накидной петлей. При такой конструкции запора загрузочный люк одновременно является и предохранительным клапаном на случай воспламенения газа в бункере.

В нижней части корпуса газогенератора расположены два боковых люка, один люк 7 служит для очистки зольника от очаговых остатков, а люк 8 — для засыпки угля в дополнительную восстановительную зону, расположенную вокруг камеры газификации. Эти люки имеют кольцевые прокладки из листового асбеста и штампованные крышки, которые прижимаются к отбортованным горловинам люков при помощи скоб, снабженных затяжными болтами. В горловину зольникового люка 7 вставлена решетка, препятствующая произвольному высыпанию топлива при снятой крышке люка.

В верхней части корпуса газогенератора расположен газоотборный патрубок 12. Для создания более равномерного обогрева бункера поднимающимся снизу потоком горячего газа ниже газоотборного патрубка в пространстве между корпусом и внутренним бункером приварено отражательное полукольцо 13.

Камера газификации имеет 10 фурм, расположенных в стенке фурменного пояса. Диаметр фурменного пояса равен 340 мм, а расстояние от плоскости расположения фурм до нижней кромки камеры 205 мм. Горловина камеры диаметром 150 мм расположена на расстоянии 115 мм от фурменного пояса. При помощи футорки 5 фурменный пояс камеры газификации соединен с воздухоподводящей коробкой 3, которая имеет обратный клапан 4. Снаружи к корпусу газогенератора, несколько выше воздухоподводящей коробки, приварены лапы для крепления газогенератора, выполненные из углового железа, согнутого в виде неполного кольца, и двух пластин из листовой стали. Бункер газогенератора вмещает 85 кг древесных чурок, а камера газификации 15 кг древесного угля.

Батарея грубых очистителей-охладителей (фиг. 130) состоит из трех последовательно включенных (при помощи переходных патрубков и шлангов с хомутами) горизонтально расположенных цилиндров диаметром 204 мм и длиной 1906 мм; в каждом цилиндре помещено по две секции перфорированных пластин. Каждая секция пластин при помощи распорных трубок и концевых гаек собрана на трех стержнях; на двух из них, большей длины, укреплена скоба для вытаскивания секций из корпуса очистителя при чистке.

Число пластин в каждой секции, количество отверстий в пластинах и их размер указан в табл. 24. С торца очистители закрываются крышками, конструкция которых аналогична крышкам нижних люков газогенератора. Грубые очистители-охладители имеют объем 180 л и поверхность охлаждения 3,87 м².

Фильтр тонкой очистки газа (фиг. 131) представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар, диаметром 384 мм и высотой 1810 мм, внутри резервуара на двух сетках насыпаны металлические кольца (15 X 15 мм) слоем по 400 мм на каждой сетке — всего более 20 000 колец, которые занимают объем 93 л. Для загрузки и выгрузки колец на боковой поверхности корпуса фильтра имеются три люка; конструкция этих люков тождественна нижним люкам газогенератора. Поступление газа в фильтр осуществляется через нижнюю газораспределительную трубу, а отвод газа — через верхнюю трубу. Эти трубы расположены горизонтально и имеют продольные щели для создания равномерного потока газа по всему сечению фильтра.

Для удаления излишнего конденсата в нижней части фильтра на расстоянии 125 мм от днища имеется сливная трубка с диаметром проходного отверстия 8 мм.

Снаружи к корпусу очистителя приварены лапы крепления, состоящие из согнутого по окружности фильтра уголка и двух пластин из листовой стали. Общий объем фильтра составляет 208 л.

ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ АВТОМОБИЛИ
КТН Г.Г.Токарев
1955