Грузовики на низкокалорийной диете
Чудес не бывает
Идеальное будущее выглядело бы так: бросаем в топку автомобиля пару поленьев и проезжаем сотни километров. Теоретически это возможно лишь при фантастическом КПД в 95–99 %. На практике же человечество долго зависело от ископаемого и невозобновляемого топлива. Тем не менее были времена, когда автомобили действительно «заправляли» дровами, углём и даже торфом. Это были попытки перевести технику на низкокалорийную диету. Результаты оказались далеки от идеала, но для своего времени такие машины были вполне работоспособны.
История автомобилей на твёрдом топливе началась задолго до появления собственно газогенераторов. В 1801 году французский инженер Филипп Лебон запатентовал проект двигателя, работавшего на газе, полученном из древесины, а в 1823 году британец Сэмюэл Браун построил один из первых практических газовых двигателей, пригодных для работы на древесном генераторном газе. Эти эксперименты были скорее лабораторными, но именно они заложили основу для дальнейшего развития технологии.
Здесь важно пояснить различие между паровым и газогенераторным двигателем.
Паровая машина
Паровая машина — это силовая установка, в которой вода нагревается в котле до состояния пара, а затем пар под давлением поступает в цилиндры и совершает механическую работу. Первой полноразмерной паровой машиной на колёсном ходу стала телега французского артиллерийского офицера Николы-Жозефа Кюньо — Fardier de Cugnot, построенная в 1770 году. Спустя 18 лет Джеймс Уатт создал паровую машину двойного действия.
Газогенераторная установка устроена иначе. Это не двигатель как таковой, а вспомогательное устройство, которое путём неполного сгорания твёрдого топлива при ограниченном доступе кислорода вырабатывает горючий газ. Затем этот газ подаётся в обычный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания.
Fardier de Cugnot
Паровая машина полностью заменяет ДВС, тогда как газогенератор лишь приспосабливает существующий мотор к альтернативному топливу. Паровой двигатель обладает огромным крутящим моментом на малых оборотах, не требует классической коробки передач и способен трогаться под нагрузкой. Газогенераторная установка, напротив, отнимает до трети мощности двигателя и требует стандартной трансмиссии. Паровому котлу нужно 30–40 минут для выхода на рабочий режим, газогенератору — 15–20 минут на розжиг.
Паровая машина потребляет воду, газогенератор — нет. Паровой двигатель может работать на крупных поленьях без тщательной подготовки топлива, тогда как газогенератору нужны мелкие чурки или древесный уголь. При этом паросиловая установка заметно тяжелее и сильнее снижает грузоподъёмность. Газогенераторы дешевле, проще в производстве и могут устанавливаться на серийные шасси без радикальной переделки. Но и те и другие требовали постоянного внимания: паровая техника страдала от накипи и износа уплотнений, газогенераторная — от смолистых отложений и засорения фильтров.
Полноценная история газогенераторных автомобилей начинается в 1901 году, когда французский инженер Жорж Имбер продемонстрировал первый работоспособный газогенераторный автомобиль. Его установка, размещённая в задней части шасси, превращала древесные чурки в горючий газ за счёт неполного сгорания. Полученная смесь окиси углерода, водорода, метана и азота с теплотворной способностью около 5 МДж/куб. м подавалась в карбюратор обычного двигателя.
В 1920-е годы Имбер усовершенствовал конструкцию и создал компактную систему Imbert Generator System, пригодную для установки практически на любой автомобиль. К 1930 году лицензии на неё приобрели более 50 компаний в 17 странах. Одним из первых центров массового применения стала Франция. Peugeot выпустила газогенераторную версию модели 202, а Panhard-Levassor создала трёхосный грузовик Panhard K110, способный работать на древесном угле и антраците. К 1940 году во Франции насчитывалось более 40 тысяч газогенераторных автомобилей, а к 1944 году, на фоне жёсткого нормирования бензина, их число достигло 120 тысяч. Особенно востребованы были машины на шасси Berliet GDR и Renault AGK, использовавшиеся в городских перевозках, где низкая скорость не имела решающего значения.
Немцы в условиях дефицита нефти особые надежды возлагали на газогенераторы
Германия, осознававшая свою зависимость от импорта нефти, ещё в 1930-е годы проводила целенаправленную политику замещения жидкого топлива генераторным газом. Принятый в 1930 году Reichskraftwirtschaftsgesetz предусматривал льготы владельцам таких автомобилей и субсидии производителям. В итоге к началу Второй мировой войны в Германии эксплуатировалось более 300 тысяч газогенераторных машин.
Körting AG разработала серию установок Körting Kraftgas Generator для среднетоннажных грузовиков, Ernst-Werke выпускала системы для лёгких грузовиков и легковых автомобилей. Mercedes-Benz оснастил газогенератором модель L 3500, Opel — Blitz 3,6-36. Во время войны такие машины использовались в тыловых и вспомогательных службах, экономя бензин для боевых частей. Разрабатывались даже проекты установки газогенераторов на танки Pz.Kpfw. IV для тылового применения, но до серии дело не дошло. Австрийская фирма Saurer выпускала грузовик Saurer 5 GF с установкой на каменном угле и антраците, востребованный в горных районах.
Schulfahrzeug на шасси Pz.Kpfw.I Ausf.A с газогенераторным оборудованием
Британцы пошли иным путём, сделав ставку на паромобили. Одной из наиболее удачных машин стал самосвал Sentinel S4, выпускавшийся с 1933 года. Он работал на угле и перевозил до 6 тонн груза. Более мощный Sentinel DG6 был рассчитан уже на 10 тонн и использовался в шахтах и на стройках. Компания Foden Trucks выпускала паровые грузовики, в том числе модель C-type, применявшуюся в сельской местности, где бензин оставался дорогим. В 1930-е годы в Великобритании насчитывалось около 50 тысяч паровых грузовиков.
Британский паромобиль Sentinel S4. О газогенерации здесь речи нет. Зато какая тяга!
В Италии, зависевшей от дорогого импортного топлива, газогенераторные установки получили широкое распространение в 1940–1945 годах. Fiat выпускал версию грузовика 626GL с установкой на древесном и каменном угле, а Lancia предлагала модель 3Ro, работавшую на коксе и антраците.
В Японии, столкнувшейся после 1943 года с катастрофическим дефицитом нефти, газогенераторные установки стали едва ли не единственным способом поддерживать автомобильный транспорт. Toyota создала газогенераторную версию грузовика GB, работавшую на древесном угле и брикетах из рисовой шелухи. Аналогичные машины выпускали Nissan и Isuzu. На Филиппинах, в Бирме и Малайе японская армия устанавливала полевые газогенераторы даже на трофейные шасси Ford, Chevrolet и Bedford. Эти импровизированные решения были ненадёжны, но в условиях полного отсутствия бензина выбора не оставалось. К 1945 году общее число газогенераторных автомобилей в мире оценивалось более чем в миллион единиц, что делало эту технологию одной из самых массовых альтернатив в истории автотранспорта.
Параллельно за рубежом развивалось и направление паровых автомобилей на твёрдом топливе. Во Франции фирма Serpollet ещё в начале XX века выпускала паровые автомобили, в Германии паровые грузовики Hanomag работали на шахтах Рура до середины 1930-х годов, а в США существовали грузовые версии Stanley Steamer и White Steamer. Однако к 1920-м годам в Соединённых Штатах паровая техника почти исчезла, уступив место машинам с ДВС, тогда как в Великобритании Sentinel и Foden продолжали выпускаться до начала 1950-х годов.
Решения Советского Союза
В СССР работы над газогенераторными автомобилями начались в 1928 году, когда по заданию НАТИ инженер Б. С. Стечкин приступил к созданию первой отечественной установки. Она могла работать на древесных чурках длиной 10–12 см и диаметром 3–8 см. Первый образец установили на шасси АМО-Ф-15 и испытали в 1930 году. Автомобиль развивал до 25 км/ч и расходовал около 1,8 кг дров на километр. По итогам испытаний было решено создать серийную машину.
ЗиС-13
В 1935 году завод имени Сталина освоил выпуск ЗИС-13 — газогенераторной версии ЗИС-5. Установка НАМИ-Г13, разработанная под руководством инженера Л. Н. Гаккеля, размещалась справа от кабины и вмещала до 100 кг древесных чурок. При переходе на генераторный газ мощность двигателя снижалась с 73 до 46 л. с., а максимальная скорость падала с 60 до 40 км/ч. Запас хода на одной загрузке составлял около 40 км, после чего требовались дозагрузка и очистка фильтров. Несмотря на недостатки, ЗИС-13 использовался в лесной промышленности и на сельских маршрутах.
В 1939 году его сменил ЗИС-21 с более совершенной установкой НАМИ-Г21. Благодаря улучшенному процессу газификации мощность выросла до 52 л. с., максимальная скорость — до 45 км/ч, расход топлива снизился до 1,5 кг дров на километр, а пробег на одной загрузке увеличился до 80 км. Машина могла работать не только на чурках, но и на древесном угле, торфяных брикетах и буром угле, хотя для угля требовалась дополнительная очистка газа. Всего выпустили около 8000 экземпляров ЗИС-21, что сделало его одним из самых массовых газогенераторных грузовиков в истории.
В 1938 году появился ГАЗ-42 — лёгкий газогенераторный грузовик на базе ГАЗ-АА. Его установка НАМИ-Г42 была компактнее и работала на древесных чурках и угле. Мощность двигателя ГАЗ-ММ снижалась с 50 до 35 л. с., грузоподъёмность — с 1500 до 1000 кг. Главной особенностью стала двойная система питания: наряду с газогенератором автомобиль сохранял бензобак на 40 литров и мог переключаться между двумя видами топлива. Это делало его особенно удобным для районов с нестабильным снабжением. Всего было выпущено около 5000 машин, а модификацию ГАЗ-42Т для работы на торфе изготовили небольшой серией для торфодобывающих районов.
Кроме того, существовали опытные газогенераторные версии автобуса ГАЗ-03-30 и санитарного автомобиля на базе ГАЗ-М1, но в серию они не пошли. В 1944 году создали опытный ГАЗ-44 на базе нового ГАЗ-51, однако до серийного производства дело не дошло.
ГАЗ-42 умел работать на антраците
Особую роль сыграли газогенераторные грузовики в блокадном Ленинграде. По воспоминаниям историка, к 1943–1944 годам до 80 процентов городского автомобильного транспорта Ленинграда было газогенераторным, и «газгены» эксплуатировались даже в самые тяжелые блокадные дни. Именно благодаря газогенераторным автомобилям транспортная система Ленинграда продолжала работать даже в фатальных условиях блокады. Водители, работавшие на таких машинах, проводили при жутком холоде по 12 часов за рулем, совершая за день по пять-семь рейсов через льдистое Ладожское озеро на знаменитую Дорогу жизни. При этом водители-газогенераторщики получали такой же скудный паек, как и простые блокадники, то есть они работали в условиях голода и холода, рискуя жизнью для спасения жизней других.
Водители на Дороге жизни становились подлинными героями, и история сохранила имена некоторых из них. Свой подвиг советский шофер Максим Твердохлеб совершил под самый Новый год: 31 декабря 1941 года ради голодных ленинградских детей он совершил настоящее новогоднее чудо, перевезя целую машину мандаринов по Дороге жизни. Это событие показывает, что водители не просто выполняли приказы руководства, но вкладывали в свою работу личный смысл и человеческую заботу.
Среди водителей, работавших на Дороге жизни, был также Поздеев Иван Никонович на своем ГАЗ-44 с газогенератором. Работа водителя-газогенераторщика была истинно адским трудом. Водители жаловались на то, что машины, работающие на газогенераторах, чадили и пыхтели, требовали постоянного контроля, часто выходили из строя вследствие различных неисправностей. Документы того периода указывают на то, что уже в октябре 1942 года в ремонте нуждались 25 газогенераторных автомобилей, однако из ремонта выпустили только 10 единиц, что свидетельствует об острой нехватке квалифицированных ремонтников и запасных частей.
После войны предпринимались попытки создать газогенераторные машины на более тяжёлых шасси. УралЗИС-352, разработанный в 1949 году на базе лесовоза УралЗИС-5, оснащался установкой НАМИ-Г5 и мог работать на дровах, древесном угле и бурых углях Канско-Ачинского бассейна. При работе на генераторном газе двигатель развивал 75 л. с. против 95 л. с. на бензине. Грузоподъёмность снижалась с 3500 до 2500 кг, скорость — с 55 до 35 км/ч.
Среди необычных проектов стоит отметить автобус ЗИС-16Г, созданный в 1940 году на базе городского автобуса ЗИС-16. Его установка размещалась на заднем свесе кузова и работала на древесном угле, но из-за потери мощности автобус не справлялся с подъёмами и был признан непригодным для регулярной эксплуатации. Ещё одной экспериментальной машиной стал тягач Я-11 на шасси ЯГ-6, созданный в 1942 году для буксировки тяжёлой артиллерии. Однако из-за недостаточной надёжности он также не пошёл в серию. В послевоенный период рассматривались газогенераторные версии ГАЗ-63 и ЗИС-150, но с ослаблением топливного дефицита эти работы свернули.
НАМИ-012
Одним из самых амбициозных и технически оригинальных советских проектов стал паровой грузовик НАМИ-012, разработка которого началась в 1947 году по заданию МВД СССР. Инициатором выступило Главное управление лагерей, нуждавшееся в транспорте для лесозаготовок в удалённых районах Сибири и Крайнего Севера, где доставка жидкого топлива была крайне затруднена. В отличие от газогенераторов, требовавших мелкого топлива и частой чистки, паровой грузовик мог работать на крупных поленьях длиной до 50 см и диаметром до 20 см, заготовленных прямо на месте.
НАМИ-012 и ЯАЗ-200
За основу был взят английский паровой самосвал Sentinel S4, закупленный в СССР для изучения, но советская машина существенно отличалась от прототипа. Шасси заимствовали у лесовоза ЯАЗ-200, а компоновку изменили: трёхместная кабина располагалась на месте дизеля, за ней последовательно размещались водотрубный котёл среднего давления, бункер для дров, паровая машина и бак для воды.
Котёл был рассчитан на давление 14 атмосфер и перегрев пара до 350 °C. Время выхода на рабочее давление составляло 30–35 минут, что считалось хорошим показателем. Вертикальная трёхцилиндровая паровая машина двойного действия развивала 90 л. с. при 300 об/мин и крутящий момент 2100 Н•м на малых оборотах — примерно в пять раз больше, чем у дизеля ЯАЗ-204 сходного класса. Именно этот огромный момент определял главное достоинство НАМИ-012: машина могла трогаться на любой передаче, уверенно брать подъёмы без переключений и двигаться по бездорожью с минимальным буксованием.
Редуктор НАМИ-012 имел прямую и понижающую передачи, а конструкция сцепления позволяла включать понижающую без полной остановки — весьма прогрессивное решение для своего времени. Функцию коробки передач частично заменяла система переключения отсечек парораспределительного механизма: водитель мог выбирать четыре степени наполнения цилиндров паром при движении вперёд и одну — назад.
Особенно оригинальной была автоматическая подача топлива: дрова под собственным весом опускались из бункеров на колосниковую решётку по мере выгорания, а интенсивность горения регулировалась подачей воздуха из кабины. Запаса топлива хватало на 60–80 км при расходе 120–150 кг дров на 100 км. Главным недостатком оставалась масса установки — около 3500 кг, из которых свыше 1100 кг приходилось на котёл. Это уменьшало грузоподъёмность и ухудшало управляемость без груза.
Первый прототип НАМИ-012, построенный в 1949 году, в ходе испытаний выявил ряд проблем: дымление при растопке, вибрацию котла на неровной дороге, недостаточную герметичность паропроводов. После доработки построили два усовершенствованных образца — бортовой грузовик и лесовозный тягач с прицепом, которые в 1951 году направили на государственные испытания в Мурманскую область.
При температурах до –40 °C машины прошли тысячи километров по грунтовым дорогам, просекам и замёрзшим рекам, перевозя лес и строительные материалы. Комиссия отметила хорошую проходимость в загруженном состоянии, способность преодолевать подъёмы до 12 градусов и скорость до 35 км/ч на шоссе. Разгон до 20 км/ч занимал 18 секунд против 22 у дизельного ЯАЗ-204. На лесозаготовках стоимость перевозок оказалась на 40 % ниже, чем у бензиновых грузовиков, благодаря практически бесплатному топливу. Однако растопка котла занимала не менее получаса, а масса силовой установки ограничивала грузоподъёмность 4 тоннами вместо 6 у дизельного аналога.
По итогам испытаний начали разработку полноприводной версии НАМИ-018. Передний мост заимствовали у опытного лесовоза, в трансмиссию ввели двухступенчатую раздаточную коробку, мощность паровой машины довели до 110 л. с., а крутящий момент — до 2500 Н•м. Испытания показали, что НАМИ-018 по проходимости не уступал лучшим дизельным лесовозам своего времени. Однако производство полноприводной версии было ещё дороже, а возросшая масса ещё сильнее снижала полезную нагрузку. Параллельно предпринимались попытки создать вариант с мазутной топкой, но обеспечить устойчивое горение мазута в условиях автомобильной вибрации не удалось. Эта версия так и осталась в стадии ходового макета.
К 1953 году работы по паровым грузовикам были свёрнуты. Решение определялось не столько техническими недостатками, сколько изменением экономической ситуации: освоение новых нефтяных месторождений в Татарии и Башкирии резко увеличило производство жидкого топлива и сделало паровые и газогенераторные машины экономически невыгодными.
Уход автомобилей на твёрдом топливе с рынка был обусловлен совокупностью причин. Главной стало резкое удешевление жидкого топлива в послевоенный период. Открытие гигантских месторождений нефти в Саудовской Аравии, Иране, Венесуэле и СССР привело к росту добычи и снижению цен. Если в 1945 году мировая добыча нефти составляла около 360 млн тонн в год, то к 1960 году превысила 1 млрд тонн. Бензин перестал быть дефицитом и стал дешёвым массовым ресурсом, а вместе с этим исчезла экономическая основа для развития твёрдотопливного автотранспорта.
И всё же накопленный опыт не пропал. В развивающихся странах газогенераторные установки применялись ещё в 1960–1970-е годы. В Индии, Пакистане, Бирме и на Цейлоне переоборудованные грузовики работали на древесном угле и кокосовой стружке вплоть до 1980-х годов. На Кубе газогенераторные установки использовались на грузовиках и автобусах до 1970-х, пока СССР не наладил поставки нефтепродуктов. В ЮАР такие машины эксплуатировались до начала 1970-х годов. Китай в 1960–1970-е годы выпускал газогенераторные установки для грузовиков Dongfeng, работавших на древесном угле и антраците, особенно в сельских районах, где бензин оставался дефицитным ещё долгое время.
Инженерные наработки газогенераторной эпохи нашли применение и в смежных областях. Технология газификации биомассы легла в основу промышленных установок по получению синтез-газа из древесных отходов. Пиролиз древесины, использовавшийся в газогенераторах Imbert и НАМИ, стал базой для современных технологий производства биоугля, востребованного в металлургии и энергетике.
Советский опыт создания парового грузовика НАМИ-012 также не исчез бесследно. Идея автоматической подачи крупных дров в котёл использовалась при проектировании паровых установок для речных судов и ледоколов, работавших в сибирских бассейнах. Система переключения отсечек получила развитие в промышленных паровых установках, где требовалось плавное регулирование мощности. Коллектив конструкторов НАМИ-012 впоследствии внёс вклад в создание других видов автомобильной техники: опыт проектирования высоконагруженных паровых машин пригодился при разработке гидротрансформаторов и гидромуфт для тяжёлых грузовиков, а наработки по котельным агрегатам — при создании отопительных систем для автобусов и специальных машин.
В итоге, несмотря на тупиковый характер этой ветви автомобильной эволюции, паровые и газогенераторные силовые установки в своё время оказались востребованы и оставили после себя богатое техническое наследие.
Информация