• Категория: Tuning
  • Автор: S22B
  • Просмотров: 1483

NOS

Кислородное голодание

Когда расточен блок цилиндров, установлены облегченные кованые шатуны и поршни, обточен маховик, поставлен широкофазный распредвал и усиленное колено, клапана стали легче, а пружины жестче, впускной коллектор блестит как зеркало. Когда сделано уже практически все возможное. И ты гордый и довольный "зарубаешься" на прямой с какой-то колымагой, а она вдруг на сотне уходит от тебя как от стоячего. В голове рождается мысль о впустую потраченных деньгах. И вроде турбина есть, и топливо льется рекой, а чего-то не хватает. У двигателя - кислородное голодание. 

Про существование нитрос-систем я знал и раньше. Но только просмотр фильма "Быстрые и Бешеные" (у нас его больше знают как "Форсаж"), эдакого гимна технике, мощи и скорости, подвиг меня на более внимательное изучение и осмысление этого вопроса. Прежде всего разберемся с тем, для чего нужен нитрос. И говорить мы будем о процессе смесеобразования и сгорания. 

КИСЛОРОД
В цилиндрах двигателя, не важно дизельного или бензинового, сгорает не просто топливо, а топливовоздушная смесь, т.е. смесь топлива и воздуха. Присутствие кислорода обязательно, поскольку горение углеводорода (т.е. бензина) осуществляется при наличии окислителя (т.е. кислорода). Сам по себе бензин горит неохотно. 

С7Н14 + О2 = СО2 + Н2О + энергия
или
бензин + кислород = углекислый газ + вода + энергия

В идеале благодаря реакции горения бензин, окисляясь кислородом, превращается в углекислый газ и воду. При этом выделяется много энергии, которая заставляет поршень перемещаться и крутиться коленвал. Но это в идеале. И дело не в топливе, а в воздухе, поступающем в двигатель. 

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. Вернемся к двигателю. 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). Современные двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндр могут работать на сверхбедных смесях - 40:1 или даже более. В обычных же моторах (карбюраторных или с многоточечным впрыском) при обедненной смеси двигатель работает нестабильно или вообще глохнет, а при обогащенной поедает слишком много топлива или, залив свечи топливом, также останавливается. Кстати, отсюда и большинство проблем с вредными выбросами - окислы азота, угарный газ и даже не догоревшее топливо вообще могут вылетать из выхлопной трубы. 

Вот и выходит, что набить горючки в цилиндры не так сложно. Если потребуется, можно установить более производительные форсунки или перенастроить систему карбюраторов. Куда сложнее с кислородом. Собственно, вся проблема в том и заключается, что, как ни старайся, кислорода из воздуха много не соберешь. Всяческие компрессоры, турбонаддувы, нагнетатели и т.п. позволяют лишь накачать в цилиндры несколько больше воздушного коктейля. Но доля кислорода в нем больше не станет, пропорции же не изменить. Идеальной могла бы быть ситуация, при которой в цилиндры подается чистый кислород. Но возить с собой баллон со сжатым или, тем паче, сжиженным кислородом не просто опасно, а смертельно опасно. Все равно, что сидеть на бочке с порохом. Здесь на помощь приходит химия. 

Получив в 1772 г. в ходе химических опытов закись азота (N2O), английский ученый Джозеф Пресли и представить себе не мог, как вещество, которое он создал, изменит индустрию тюнинга во второй половине XX века. 


ЗАКИСЬ АЗОТА
N2O. Гемиоксид, оксид диазота или просто закись азота - бесцветный газ со слабым приятным запахом и несколько сладковатым привкусом. Газ растворим в воде, спирте, эфире, серной кислоте. С водой, растворами кислот, щелочей, кислородом не взаимодействует. Температура плавления -90,8 °С, кипения - 88,5 °С. Обладает наркотическим действием. При высокой температуре N2O действует как сильный окислитель. При температуре 300 °С разлагается на составляющие. Вот это нам и нужно. 

Из одного газа получается два, занимая практически равный объем. То есть само по себе такое разложение дает прибавку давления в камере сгорания. Но еще важнее то, что появляется свободный кислород. Причем атомарный, а не молекулярный. То есть реакция разложения закиси азота в цилиндрах протекает столь быстро, что атомы кислорода не успевают образовать молекулы и потому более активно окисляют молекулы бензина. Так что реакция горения протекает более интенсивно. 

Плотность закиси азота примерно на 50% больше плотности воздуха. Кислорода в ней порядка 36% (против 21% в атмосфере). Т. е. при разложении определенного объема закиси выделяется почти в 2,5 раза больше кислорода, чем его находится в том же объеме воздуха. И, несмотря на то что азота получается еще больше, такой кислородный "допинг" позволяет существенно увеличить подачу топлива. Как результат: больше горючей смеси в цилиндре, больше мощность. 

В годы Второй мировой войны это свойство закиси азота уже было известно. В авиации подобные системы давали некоторые преимущества по скорости, но особенно по высоте (для полетов в условиях более разреженного воздуха). Однако с появлением реактивных двигателей закись азота забылась. Автомобилисты вспомнили об этом чудесном газе в 70-е годы прошлого века. Пришла эра форсажа. 

EXTRAPOWER
Вернемся к работе двигателя внутреннего сгорания. Работа мотора и его мощностные характеристики напрямую зависят от качества, количества и однородности горючей смеси. Как было отмечено выше, большее количество кислорода позволяет сжечь больше топлива. Отсюда и дополнительная мощность. Но это видимая и основная часть работы нитрос-систем. 

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. Это в первую очередь относится к распылению дополнительного топлива в так называемых "мокрых" системах, о чем я расскажу далее. 

И третья прибавка исходит из плотности топливовоздушной смеси. 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. На плотность воздуха влияют также влажность и атмосферное давление, но на эти параметры воздействовать сложнее. 

В современных автомобилях используются интеркулеры, охлаждающие поступающий воздух и делающие его более плотным. Без них работа турбокомпрессоров была бы менее эффективной (при работе они здорово нагревают воздух). Закись азота действует на топливовоздушную смесь как хладагент. Впрыскиваясь как жидкость, она мгновенно превращается в газ. Из 1 кг N2O получается порядка 500 литров газа. Воздух буквально вымораживается. Вот еще одно благотворное влияние нитрос-системы на работу двигателя. И вот почему вместе с закисью азота нельзя использовать впрыск воды. Она мгновенно превращается во множество мелких льдышек с вполне предсказуемым результатом для двигателя.

NOS
Так уж случилось, что праотцами автомобильных нитрос-систем стали два гонщика. Это не означает, что до них таких попыток не было, но существующие устройства были неудобными и сложными. Именно Майк Термос и Дайл Вазнаян в середине 70-х создали устройство, которое можно было установить практически на любой автомобиль и легко управлять им. В 1978 г. они организовали NOS (Nitrous Oxide Systems, Inc.). Сейчас под этой маркой производятся десятки вариантов систем для сотен марок автомобилей, мотоциклов, снегоходов, катеров, самолетов и т.д. Фильм "Форсаж" сделал аббревиатуру NOS фактически именем нарицательным. И как мне кажется, продукция под этой маркой является наилучшим примером для рассказа о системах закиси азота. 

ТИПЫ СИСТЕМ
Существует три основных типа нитрос-систем: "сухая", "мокрая" и "прямого распределения".

"Сухая" нитрос-система - устройство первого уровня. Она отличается тем, что закись азота распыляется во впускном коллекторе в чистом виде. То есть под карбюратор или в коллектор за воздушным фильтром (у впрысковых моторов) врезается дополнительная форсунка для подачи закиси. Впрыск топлива осуществляется как обычно. Вот в этом-то и проблема. При подаче закиси азота нужно подать больше горючего. Иначе смесь обеднится, и может возникнуть нежелательная детонация. А поскольку впрыском управляет бортовой компьютер, то приходится либо работать через него, увеличивая продолжительность открытия форсунок, либо повышать давление в топливной магистрали. Надо сказать, что для дизельных двигателей "сухая" система безальтернативна, поскольку непосредственный впрыск солярки, по крайней мере пока, невозможно объединить с непосредственной подачей закиси азота.

"Мокрая" нитрос-система - более продвинутое устройство. Здесь бортовой компьютер работает как и работал, а дополнительная форсунка, кроме впрыска непосредственно закиси азота, также добавляет и необходимое количество дополнительного топлива. То есть объем закиси азота и топлива выверяется компьютером нитрос-системы, что делает это устройство более самостоятельным и удобным в управлении. Единственная сложность в том, что к такой системе приходится проводить дополнительную топливную магистраль. Такие системы особо подходят для моторов с принудительным нагнетанием воздуха (т.е. с турбонагнетателями, компрессорами и т.д.).

Самый современный и мощный тип нитрос-системы - "прямое распределение". Но не путайте его с непосредственным впрыском бензина в цилиндры. Выглядит это как система распределенного впрыска, но только для закиси азота. Преимущества такой системы в том, что подача закиси азота и дополнительного топлива к разным цилиндрам может регулироваться. Система становится более гибкой, производительной и точной. Устройства подобного типа на некоторых гоночных моторах могут дать прибавку более чем в 500 л.с. Нельзя не упомянуть о том, что компания NOS выпускает системы, включающие запатентованные форсунки NOSzle. Их удобство заключается в том, что они могут быть установлены под штатные топливные инжекторы без сверления впускного коллектора и прочих механических переделок двигателя, что значительно упрощает монтаж системы. 


КОМПОНЕНТЫ
Будучи фактически системой питания, нитрос-системы имеют довольно много различных компонентов, и качество их должно быть безукоризненным. Прежде всего, сам баллон. Зачастую такие емкости производят на тех же линиях, что и знакомые нам баллоны для углекислого газа (СО2). И это хорошо, поскольку они рассчитаны на давление до 100 атм, а закись азота хранится при 60-65 атм. То есть запас прочности более чем значителен. Но я бы не рекомендовал заниматься самодеятельностью и использовать, например, старые огнетушители. Все, что связано с высоким давлением, крайне опасно и требует квалифицированного обслуживания. 

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 градусов), 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. Нейлон и резина также порой встречаются, но серьезные фирмы предпочитают более надежные и безопасные шланги. Тем более что порой приходится использовать достаточно длинные магистрали и иногда под днищем автомобиля. 

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, запускающие всю систему. Есть также микровыключатель 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. То есть можно использовать нитрос непосредственно со старта и с более низких оборотов. Однако большинству пользователей более по нраву именно "взрывной" эффект нитроса, а не плавное нарастание мощности. 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Компания NOS производит нитрос-систе-мы практически для любого автомобиля. Чтобы установить ее, нужно потратить всего несколько часов. При правильной установке и эксплуатации ресурс двигателя нисколько не меняется. Однако нужно быть уверенным в самом моторе и трансмиссии. Если имеется сильный износ или повреждения отдельных деталей, понятное дело, такая мощностная прибавка "доконает" их еще быстрее. 

Что касается самой прибавки, то 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. Используются литые поршни и колено. 

Установка кованых алюминиевых поршней, имеющих лучшую теплопроводность и механическую стойкость, может позволить еще больше азотистого допинга. 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. 

ОПИСАНИЕ
1. Адаптер клапана баллона
2. Шайба клапана баллона
3. Крепежная скобка баллона
4. Баллон с газом
5. Инжекторная пластина
6. Штифты крепления карбюратора
7. Прокладка карбюратора
8. Клапан для нитроса
9. Клапан для топлива
10. Переходник фильтра для нитроса
11. Уплотнительный адаптер
12. Скоба крепления клапана
13. Форсунки
14. Промежуточная трубка к клапану нитроса
15. B-Nut (гайка крепления трубки)
16. Топливный фильтр (в линии)
17. Промежуточная трубка к топливному клапану
18. B-Nut (гайка крепления трубки)
19. Основная магистраль подачи нитроса
20. Топливный шланг
21. Тройник топливной магистрали
22. Хомут топливного шланга
23. Микропереключатель дросселя
24. Тумблер (не показан)
25. Универсальная промежуточная трубка


Примечание. На схеме показана система NOS "Cheater" для установки с 4-камерным карбюратором Holley. В дополнение к ней имеется электронная система управления (на схеме не показана). 

26-32 °С - наиболее благоприятный температурный диапазон для нитрос-систем. Так что для нашего северного климата придется использовать подогрев. Поддавать газку можно и до полного осушения баллона, но производители и специалисты рекомендуют не более 15 секунд за раз. Если не используется прогрессивный процессор, то включать нитрос следует при полном дросселе, примерно на 2500 об/мин. Различные нагнетатели, компрессоры и т. п. не мешают, а, наоборот, усиливают эффект от системы. Как и в топливной, в нитрос-системе имеются фильтры, которые необходимо периодически чистить. Причем производить эти работы нужно тщательно и осторожно. Также необходимо проверять свечи зажигания. Дело в том, что при использовании закиси азота давление и температура в цилиндрах возрастают. Это способствует тому, что нагар и копоть буквально выжигаются из свечей. Своеобразный эффект самоочистки. Одновременно по ним, как по индикаторам, можно продиагностировать работу каждого цилиндра и обнаружить, нет ли следов детонации. 

Детонация при работе нитрос-системы — результат малого количества топлива, а не закиси. Меньше топлива - больше вероятность детонации. Она 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. 

Пару слов - о безопасности. Закись азота сама по себе негорюча и безвредна. Однако у нее есть одно малоприятное свойство (по крайней мере, для человека). Закись азота известна также как "веселящий газ". Более 150 лет она используется в медицине - в качестве наркоза. При длительном вдыхании это может вызвать чувство эйфории, веселья, а затем перейти в тошноту и дезориентацию. Нет нужды объяснять, насколько важно сохранять полную герметичность системы. Особенно если она располагается в салоне автомобиля. Мало кому "улыбнется" на высокой скорости или в городском потоке получить дозу снотворного или "эликсир радости". Если же говорить об экологической составляющей, то использование закиси азота не приводит к увеличению количества окислов азота в выхлопных газах. 

ВЫВОД
Увеличение рабочего объема ДВС, впускных отверстий и клапанов, расширение фаз газораспределения, различные компрессоры, нагнетатели и турбочарджеры и, соответственно, увеличение объема впрыскиваемого топлива (настроенные карбюраторы или инжекторы повышенной производительности). Весь тюнинг, так или иначе, направлен на то, чтобы увеличить объем топливо-воздушной смеси в цилиндрах. Чем хороши нитрос-системы? В своей статье "Серийный тюнинг" (журнал "Тюнинг" #4 за 2003 г.) я подробно рассказал о том, что современные двигатели становятся все более совершенными и все меньше места остается для их доводки. В этой ситуации практически единственным способом сколь-нибудь серьезного повышения мощности является установка системы подачи закиси азота. Ни одна другая механическая доводка или дополнительное оборудование не способны обеспечить прибавку мощности в 200 л. с. и выше. Все это наряду с простотой установки и надежностью современных систем делают NOS и другие подобные устройства впрыска закиси азота самым простым и надежным способом увеличения мощности. 

Однако это лишь одна сторона медали. Стандартный "вазовский" мотор прибавку, даже кратковременную, в 200 л. с. выдержит едва ли. Хотя сил эдак 40-50 даже стандартным деталям вполне по силам (если недолго). В любом случае, если есть желание получить больший результат, стадию "железного" тюнинга миновать не удастся. Так что даже с ростом популярности нитроса старые добрые операции по расточке, распиловке, шлифовке и особенно замене стандартных деталей на специально подготовленные будут востребованы еще долго. Да и результат от механических работ, в отличие от кратковременной азотистой инъекции, не на 10-15 секунд, а на весь "рабочий день".

По материалам интернет и журнала Tuning

Back to top