Закись азота (N2O)

N2O
 
Физические свойства
 
Оксид диазота (закись азота, гемиоксид, веселящий газ, лат. Nitrogenium оxуdulatum) — соединение с химической формулой N2O. Закись азота N2O, не путать с двуокисью азота NO2.
 
Наименование: Оксид Азота
Химическая формула: N2O
Отн. молекулярная масса: 44 а.е.м.
Молярная масса: 44,0128 г/моль г/моль
Температура плавления: -90.86 °C (182.29 K) °C
Температура кипения: -88.48 °C (184.67 K) °C
Плотность вещества: 1222.8 кг/м-3 г/см3
 

Бесцветный газ, тяжелее воздуха (относительная плотность 1,527), с характерным запахом. Растворим в воде (1:2). При 0 °C и давлении 30 атм, а также при обычной температуре и давлении 40 атм сгущается в бесцветную жидкость. Из 1 кг жидкой закиси азота образуется 500 л газа. Не воспламеняется, но поддерживает горение. При высокой температуре N2O действует как сильный окислитель. При температуре 300 °С разлагается на составляющие.

Смеси с эфиром, циклопропаном, хлорэтилом в определённых концентрациях взрывоопасны. Малые концентрации закиси азота вызывают чувство опьянения и легкую сонливость. При вдыхании чистого газа быстро развиваются наркотическое состояние и асфиксия (удушье). В смеси с кислородом при правильном дозировании вызывает наркоз без предварительного возбуждения и побочных явлений. Образуется при разложении нитрата аммония.

 
Применение в двигателях внутреннего сгорания
 
С7Н14 + О2 = СО2 + Н2О + энергия
или
бензин + кислород = углекислый газ + вода + энергия

Окружающий нас воздух не состоит только из кислорода. Более того, кислорода в воздухе всего лишь около 21%. Почти в 4 раза больше азота, более 78%. Есть также аргон и углекислый газ - это еще почти 1%, а оставшиеся сотые или даже тысячные доли воздуха представляют собой смесь из множества различных газов.

Плотность закиси азота примерно на 50% больше плотности воздуха. Кислорода в ней порядка 36% (против 21% в атмосфере). Двум каждым молям закиси азота (N2O), помещенных в баллон, выдают два моля азота (N2) и один моль кислорода (O2), представленных уравнением:

 
2N2O => 2 N2 + 1 O2
 

Вот здесь и скрывается преимущество закиси азота. Так как каждый моль имеет одинаковый объем, то два моля нитро, высвобождаемые из баллона, становятся тремя в процессе сгорания. Без температуры атомы останутся вместе и не сыграют своей роли в процессе сгорания, а за счет атома кислорода в закиси смесь получается более обогащенной кислородом, чем воздух. Это позволяет существенно увеличить подачу топлива.

 

Нормальным соотношением топливовоздушной смеси принято считать 14,7:1 (т. е. 14,7 кг воздуха с нормальным содержанием в нем кислорода на 1 кг паров бензина). Изменение этих пропорций и делает топливную смесь "богатой" (меньше воздуха) или бедной (больше воздуха). Работа мотора и его мощностные характеристики напрямую зависят от качества, количества и однородности горючей смеси. Большее количество кислорода позволяет сжечь больше топлива. Как результат: больше горючей смеси в цилиндре, больше мощность.


Другая основа эффективности сгорания - парообразование топлива. Жидкий бензин не горит, горят его пары. Испаряется бензин куда лучше воды, и высокая температура в двигателе ускоряет этот процесс. Вот почему в моторе бензин сперва распыляется инжектором форсунки или жиклером карбюратора на мелкие капли, а затем испаряется, попадая на горячий клапан, поршень и т. д. Чем более мелкими будут капли топлива, тем больше будет совокупная площадь их поверхностей, тем быстрее и легче они превратятся в пар. Правильно спроектированная нитрос-система позволяет повысить эффективность распыления топлива и его парообразования.


При высвобождении из баллона жидкость становится газом. Расширение и закипание азота высвобождает энергию, которая высвобождается во впускном тракте и абсорбируется в окружении воздух/газ. Исходя из законов физики известно, что при одинаковом давлении плотность и масса холодного воздуха выше, чем у нагретого. Для двигателя это означает, что в цилиндры поступит больше кислорода, что позволит сжечь больше топлива и тем самым увеличить мощность. Также понижение температуры топливовоздушной смеси позволяет снизить детонацию.

 
Компоненты системы впрыска закиси азота
 

Закись азота обычно хранится в алюминиевых баллонах разной величины (от 2,5lbs до 20lbs) в жидком состоянии и под высоким давлением 55-65 атм. Сам баллон обычно рассчитан на давление до 100 атм т.е. запас прочности более чем достаточен.


Внутри баллона находится металлическая или нейлоновая трубка, проходящая от выходного отверстия под углом до дна баллона в угол. В системах NOS этот угол противоположен стороне с фирменной наклейкой. Это позволяет, установив баллон правильно (рекомендуется угол в 15°), использовать весь запас закиси азота. Крепится баллон в автомобиле специальными скобами. Надежное крепление крайне важно и для удобства пользования, и для безопасности.

 
Баллон имеет выпускной клапан. Он нужен для повторной заправки закиси азота и стравливания излишнего давления. Для доставки закиси азота к рабочему клапану используется шланг в металлической оплетке. Клапана, представляющие собой соленоиды, используются для управления подачей закиси азота и топлива (в "мокрых" системах). Их устанавливают как можно ближе к форсункам, дабы избежать возникновения воздушных пробок и эффекта запаздывания. Распыляют закись азота и добавочное топливо особые форсунки, устанавливаемые непосредственно во впускной коллектор или в воздушный канал. Ну и, конечно, нужна заветная кнопка и тумблер, запускающая всю систему. Есть также выключатель на дроссельной заслонке. Он нужен для того, чтобы включить систему именно в тот момент, когда дроссель полностью открыт.
 
Среди дополнительных компонентов можно упомянуть также специальные чехлы на баллон или даже нагреватели, подогревающие баллон, для поддержания в нем необходимого давления. Удобен также дистанционный кран баллона, позволяющий открывать подачу газа, не вылезая из машины (если он, к примеру, в багажнике). Правда, многие пользователи предпочитают делать это вручную, чтобы быть уверенным в результате. Не менее полезен и датчик давления.
 
Работа всей системы контролируется блоком управления. В нем нет ничего необычного. Однако есть так называемые прогрессивные управляющие системы, вот они несколько более интересны. Такие системы позволяют при помощи особой конструкции соленоидов, способных пульсировать, впрыскивать закись азота постепенно, по нарастающей.
 
Эксплуатация
 

Компания NOS производит нитрос-системы практически для любого автомобиля. Чтобы установить ее, нужно потратить всего несколько часов. При правильной установке и эксплуатации ресурс двигателя нисколько не меняется. NOS заявляет следующие цифры:


4-цилиндровые моторы могут получить в плюс 40-60 л. с,
6-цилиндровые - 75-100 л. с,
V8 с малым блоком цилиндров - до 140 л. с, а с большим - 125-200 л. с.
И это при том, что двигатель не модифицируется.

   

Установка кованых алюминиевых поршней, имеющих лучшую теплопроводность и механическую стойкость, может позволить еще больше увеличить мощность системы. Зажигание в принципе не меняется, но при серьезных увеличениях мощности может потребоваться установка более позднего угла опережения зажигания на 4-8 градусов (1-1,5 градуса задержки на каждые 50 л. с. прироста). Также может потребоваться высокопроизводительный топливный насос.


Кованое колено, шатуны гоночного типа, высокопроизводительная топливная помпа, спортивное топливо с октановым числом свыше 100 единиц и прочие усовершенствования пригодятся при желании получить прибавку в 250 л. с. и более.
Наиболее благоприятный температурный диапазон для нитрос-систем 26-32 °С. Поддавать газ можно и до полного осушения баллона, но производители и специалисты рекомендуют не более 13 секунд за раз. Если не используется прогрессивный процессор, то включать подачу газа следует при полном дросселе, на оборотах не ниже 2500 об/мин.


Детонация при работе нитрос-системы — результат малого количества топлива, а не закиси. Меньше топлива - больше вероятность детонации. Более бедная смесь будет закипать, а богатая вызовет разрушение поршней и других частей в камере сгорания. Детонация обнаруживает себя характерными следами на свечах: небольшие серебряные или черные частицы, осажденные на фарфоровом изоляторе, синие радужные разводы на металлическом контакте или его частичное оплавление.


В случае появления подобных следов необходимо уменьшить диаметр нитрос-форсунки, установить свечи с более толстым и коротким контактом и проверить давление в топливной магистрали. Вполне возможно, что нужно заменить либо топливный насос на более производительный, либо фильтр.

 
Типы систем впрыска закиси азота
 
Существуют три типа систем закиси азота - так называемые: "сухая", "мокрая", и система прямого впрыска закиси азота (dry/wet/direct).
Сухая система, это система при которой в впускной коллектор автомобиля производится впрыск N2O. Таким образом в нем увеличивается давление и уменьшается температура. В купе с этим возможно подкорректировать время открытия топливных инжекторов и “заставить” компьютер подать больше топлива в двигатель (либо просто увеличить давление в топливной системе). Это самый простой тип системы впрыска закиси азота. Сухой, система называется т.к. используется только впрыск газа, оставляя коллектор сухим от топлива. dry nos
Мокрая система, система при которой наряду с газом одновременно подается топливо. Происходит это посредством установки специальной форсунки (wet fogger spray nozzle), которая устанавливается, обычно в 8-10см от дроссельной заслонки. Таким образом топливо, воздух и закись азота смешиваются в впускном коллекторе, а затем через стандартные воздушные каналы подается в двигатель. Этот тип систем лучше всего подходит для автомобилей оснащенных принудительным наддувом. Мокрой система называется т.к. делает впускной коллектор мокрым от топлива. wet nos
Система прямого впрыска. Как следует из ее названия, она поставляет закись азота и топливо непосредственно в каждый цилиндр двигателя. Эти системы, как правило, добавляют закись азота и топливо вместе через форсунки (wet fogger spray nozzle). Форсунки контролируют дозирование и смешиваемость закиси азота и топлива. Это самый мощный и один из самых точных типов систем. В связи с тем, что каждый цилиндр имеет собственные форсунки и жиклеры (как закиси азота, так и топлива), существует возможность контролировать соотношение закись азота/топливо для каждого цилиндра индивидуально. Системы прямого впрыска являются еще и самыми сложными в установке. В связи с этим, а также с их высокой мощностью, эти системы применяются в основном на гоночных автомобилях. wet nos
 
Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы, касающиеся систем закиси азота NOS
 
Влияет ли применение впрыска закиси азота на ресурс двигателя?

Все зависит от мощности системы. Если комплект подобран в соответствии с техническими характеристиками двигателя и откалиброван, никакого вреда ресурсу двигателя система не причинит. Надо учитывать тот факт, что система закиси азота не используется постоянно, а это значит, что двигатель не испытывает постоянных нагрузок в связи с применением закиси азота.


Все комплекты NOS разработаны с учетом технических характеристик двигателей и сочетают в себе способность прибавки максимальной мощности при абсолютной безопасности для двигателя.

 
Могу я установить систему закиси азота NOS на мой стандартный мотор?
Да. NOS (и другие компании) производят системы для применения, практически, на любом стандартном двигателе. Главное выбрать правильный комплект для данного двигателя. 4-х цилиндровые двигатели позволяют получить дополнительные 40-60 л.с., 6 цилиндровые двигатели позволяют получить прибавку в диапазоне 75-100 л.с., малый блок V8 - до 140 л.с., большой блок V8 - 200 л.с. Эта рекомендуемая прибавка мощности, позволяющая оставить механику двигателя без доработки.
 
Какие существую правила доработки двигателя для установки мощных систем впрыска закиси азота?
Первое правило, связано с заменой шатунно-поршневой группы. Необходимо использовать кованые поршни вместо штатных из-за возросшей нагрузки на двигатель. Для подготовки гоночного мотора нужно заменить коленчатый вал и настроить систему зажигания. Также необходимо использовать качественное топливо или специальный гоночный бензин. Часто требуется установка более мощного топливного насоса и более холодных свечей зажигания.
 
При каких минимальных оборотах двигателя можно активировать систему?
Система NOS активизируется только при полностью открытом дросселе. Рекомендуется использовать систему при оборотах свыше 2500 об/мин.
 
Как долго я могу держать кнопку включенной?
Вы можете удерживать кнопку пока газ не закончится. Однако мы рекомендуем активировать систему не более чем на 10 – 13 секунд
 
На долго ли хватает баллона?
Это в значительной степени зависит от типа системы и используемой форсунки. Например, на системе в 125 л.с. стандартного 10 фунтового баллона хватит на 7 - 10 заездов на 1/4 мили. На системе в 250 л.с. от 3 до 5 заездов на 1/4 мили.
 
Как узнать, сколько газа осталось в баллоне?
Наиболее надежный путь – взвесить баллон. Минимальное количество N2O, обеспечивающее работоспособность системы, составляет примерно 20% от заправочного объема.
 
Стоит ли охлаждать баллон?
Нет. Холод понижает давление в баллоне и, следовательно, уменьшится количество газа поступившего в двигатель, что приведет к потере мощности. Для оптимальных условий, держите давление в баллоне приблизительно 900-950 psi. Для контроля давления NOS предлагает Вам использовать специальный прибор, показывающий давление в баллоне. Если Вы используете закись азота при холодных температурах, Вам может также пригодиться комплект нагревателя для баллона. Вообще, оптимальная температура окружающей среды для использования системы составляет 26-32°С.
 
Каково максимальное давление газа в системе ?
Давление зависит от системы, часто оно превышает 70 бар. Поэтому NOS рекомендует использование высококачественных датчиков давления.
 
Можно ли использовать нестандартный чип-тюнинг совместно с системой NOS?
Только, если ЧИП был разработан специально для использования с закисью азота. Большинство чипов для увеличения мощности использует более раннее зажигание. Это может привести к детонации. Вы должны уточнить это у производителя ЧИПа перед тем как использовать его вместе с закисью азота. Существуют производители, которые делают ЧИПы специально предназначенные для использования с системами закиси азота.
 
Может ли закись азота стать причиной детонации?
Непосредственно закись азота нет. Причиной детонации может стать недостаточное количество топлива поступающего в камеру сгорания или бензин со слишком низким октановым числом. Слишком раннее зажигание так же может стать причиной детонации. Вообще, большинство комплектов NOS, разработанных для стандартных двигателей, будут работать на 95 бензине и с минимальным уменьшением времени воспламенения. На гоночных машинах с высокой степенью сжатия должен использоваться более высокооктановый бензин.
 
Правда ли, что закись азота поднимает давление и температуру в цилиндрах?
Да это так. Это происходит из-за способности сжечь большее количество топлива. За счет этого закись азота и увеличивает мощность.
 
Есть ли какие-нибудь преимущества при использовании закиси азота с турбо- или механическим нагнетателем?
Несомненно! На моторах с турбо надувом полностью исчезает провал (турбо лаг), также т.к. принцип работы газовых турбин и механических компрессоров заключается в нагнетании большего количества воздуха, соответственно при сжатии он нагревается. Применение впрыска закиси азота позволяет существенно снизить температуру в впускном тракте автомобиля.