Кіріспе

Автомобильдік қосымша

Автоспортта азот оксидін қолдану

Азот оксидімен жұмыс істейтін қозғалтқыш немесе азот оксиді жүйесі (NOS) – отынды жағу үшін оттегі азот оксиді N2O-дің, сондай-ақ ауаның ыдырауынан алынатын ішкі жану қозғалтқышы. Бұл жүйе отын қоспасына күштірек оттегі енгізілуінің арқасында отынның қалыптыдан жылдам жануына мүмкіндік береді, осылайша қозғалтқыштың қуатын арттырады. Азотты инъекциялау жүйелері "құрғақ" болуы мүмкін, онда азот оксиді отыннан бөлек инъекцияланады, немесе "ылғал" болуы мүмкін, онда азот оксидімен бірге қосымша отын қозғалтқышқа беріледі. Жергілікті ережелерге байланысты NOS-ты көшеде немесе тас жолда пайдалануға тыйым салынуы мүмкін. N2O-ны автожарыстардың кейбір кластарында қолдануға рұқсат етіледі. Азотты газбен инъекцияланған қозғалтқыштың сенімді жұмыс істеуі үшін қозғалтқыш бөліктерінің мықтылығына және араластыру жүйелерінің дәлдігіне ерекше назар қойылуы керек, әйтпесе бұзушы жарылыстар немесе конструкциялық шектеулерден асып кетуі мүмкін. Азот оксиді жүйелері екінші дүниежүзілік соғыстағы кейбір ұшақтардың қозғалтқыштарында қолданылған.

Терминология

Жарыс контекстінде азот оксиді көбінесе азот немесе NOS деп аталады. NOS термині Nitrous Oxide Systems, Inc. компаниясы атауының бас әріптерінен шыққан (қазір Holley Performance Products таңбасы), ол автомобильдердің қуатын арттыру үшін азот оксидін шашырату жүйелерін жасаудағы алғашқы компаниялардың бірі және бұл атау жалпы қолданысқа енген сауда белгісіне айналды. "Нитро" деген сөз кейде қолданылады, бірақ бұл дұрыс емес, себебі ол көбінесе нитрометан қозғалтқыштарына қатысты.

Механизм

Азот оксидінің бір молы ыдырағанда, жарты молы O2 молекуласын (оттегі газы) және бір молы N2 молекуласын (азот газы) бөліп шығарады. Бұл ыдырау оттегі концентрациясын 36,36%-ға жеткізеді. Азот газы жанбайды және жану процесін қолдамайды. Ауада тек 21% оттегі бар, ал қалғаны азот және басқа да жанбайтын, жануды қолдамайтын газдар. Ауа, азот оксидімен салыстырғанда, 12%-ға төмен ең жоғары оттегі деңгейін қамтамасыз етеді. Бұл оттегі жану процесін қолдайды; ол бензин, спирт, дизель отыны, пропан немесе табиғи газды (СНГ) сияқты отындармен бірігіп, көмірқышқыл газы мен су буын, сонымен қатар жылуды бөліп шығарады. Бұл жану өнімдері кеңейіп, поршеньдерге қысым түсіреді, осы арқылы қозғалтқышты итермелейді. Азот оксиді резервуарларда сұйық күйде сақталады, бірақ атмосфералық жағдайда газ болып табылады. Оны кіретін коллекторға сұйық түрінде шашқанда, булану мен кеңею ауа-отын қоспасының температурасын төмендетеді, тығыздығын арттырады, соның салдарынан цилиндрдің көлемдік тиімділігі жоғарылайды. N2O-ның оттегі мен азот газына ыдырауы экзотермиялық процесс болғандықтан, ол жану қозғалтқышының температурасын арттырады, демек ыдырау қозғалтқыштың тиімділігі мен қуатын арттырады. Бұл жанармай қоспасы мен цилиндрде түзілген ыстық жану газдары арасындағы температура айырмашылығымен тікелей байланысты. Барлық жүйелер бір сатылы жиынтық негізінде құрылған, бірақ оларды бірнеше рет қолдануға болады (екі, үш немесе тіпті төрт сатылы жиынтықтар). Ең жетілген жүйелер электронды прогрессивті жеткізу блогымен басқарылады, бұл бір жиынтықты бірнеше жиынтықтан да жақсы жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Көптеген Pro Mod және кейбір Pro Street drag race машиналары қосымша қуат алу үшін үш сатыны пайдаланады, бірақ олардың көпшілігі импульсті прогрессивті технологияға көшуде. Прогрессивті жүйелердің артықшылығы – азотты (және отынды) көп мөлшерде пайдаланып, қосымша қуат пен айналым моментін біртіндеп енгізу арқылы одан да жоғары қуатты өндіруге болады (қозғалтқыш пен беріліс жүйесіне бірден қолданудың орнына), бұл механикалық соққы және одан туындайтын зақымдану қаупін азайтады.

Сәйкестендіру

Көліктерде азот газымен жабдықталған қозғалтқыштарды жүргізушілер көбінесе старт сызығына жеткенге дейін жүзеге асыратын "тазалау" әрекеті арқылы анықтауға болады. Жеткізу жүйесіндегі ауа мен газ тәрізді азот оксидін шығарып жіберу үшін жеке электрмен басқарылатын клапан қолданылады. Бұл сұйық азот оксидін сақтау багынан соленоидты клапанға немесе клапандарға дейін құбыр арқылы жеткізеді, олар оны қозғалтқыштың сору трактісіне жібереді. Тазалау жүйесі қосылғанда, сұйықтық буға айналғанда бір немесе бірнеше азот оксидінің шоғырлары қысқа уақытқа көрінеді. Азотты тазалаудың мақсаты – жүйе қосылғанда азот оксидінің қажетті мөлшері жеткізілуін қамтамасыз ету, себебі азот және отын форсундары ауа-отын қатынасын дұрыс құру үшін өлшенген, ал сұйық азот газды азоттан тығыз болғандықтан, құбырлардағы азот буы машинаның қуатын бір сәтте төмендетуіне (азот-отын қатынасы тым жоғары болып, қозғалтқыш қуатын азайтады) себеп болады, сұйық азот оксиді инжекторға жеткенге дейін.

Азотты жүйелердің түрлері

Азот жүйелерінің екі түрі бар: құрғақ және ылғалды. Азотты жүйелерді жеткізудің төрт негізгі тәсілі бар: бір саптама, тікелей порт, пластина және сорғы коллекторының толық кеңістігіне азотты шығару үшін қолданылатын бар. Көптеген азот жүйелері азот мөлшерін немесе ылғалды қолданыста азот пен отынды өлшеу үшін, қажетті ат күшін алуға арналған дұрыс ауа-отын қатынасын (AFR) қамтамасыз ету үшін, арнайы тесікшелерді, «форсункалар» деп аталатын, және қысым есептеулерін пайдаланады.

Құрғақ

Құрғақ азотты жүйеде азотты жеткізу әдісі тек азотты қамтамасыз етеді. Қажетті қосымша отын отын инжекторлары арқылы енгізіледі, бұл отын коллекторын құрғақ ұстайды. Осы қасиеті құрғақ жүйеге оның атын береді. Отын ағынын қысымды арттыру арқылы немесе отын инжекторларының ашық тұру уақытын ұзарту арқылы арттыруға болады. Құрғақ азотты жүйелер көбінесе бір ғана саптама арқылы жеткізіледі, бірақ төрт негізгі жеткізу әдісінің барлығы құрғақ қолдануда пайдаланылуы мүмкін. Карбюратордың жұмыс принципі және қажет болғанда көп мөлшерде отын беруге қабілетсіздігіне байланысты құрғақ жүйелер карбюраторлы қозғалтқыштарда көбінесе қолданылмайды. Отын инжекторлы қозғалтқыштардағы құрғақ азотты жүйелер, жүйе қосылғанда отын қысымын немесе инжектор импульсын арттыру арқылы азотқа қатысты отынның дұрыс арақатынасын қамтамасыз етеді.

Ылғалды

Жасыл азотты жүйеде азотты жеткізу әдісі азот пен отынды бірге жеткізеді, нәтижесінде сорғыш отынмен "ылғалды" болады, осылайша бұл категорияға атын қояды. Жылдам азотты жүйелерді төрт негізгі жеткізу әдісінің барлығында қолдануға болады. Отынмен тікелей шашылатын қозғалтқыштардағы жылдам жүйелерде, сорғыш жолында немесе коллекторда отынның жиналуынан және/немесе азот пен отын қоспасының теңсіз таралуынан туындаған кері соққылардан сақтану керек. Портты және тікелей отын шашылатын қозғалтқыштардың сорғыш жүйелері тек ауа беруге арналған, отын мен ауаға емес. Көптеген отындар ауадан ауыр болғандықтан және азотты жүйелермен қолданғанда газ күйінде болмайтындықтан, олар тек ауа сияқты қасиет танытпайды; сондықтан отынның қозғалтқыштың жану камераларына теңсіз таралуы, жұқа қоспаға/детонацияға және/немесе сорғыш жолының/коллектордың бөліктерінде жиналуы мүмкін, бұл отынның бақылаусыз тұтануына және компоненттердің қирауына әкелуі мүмкін қауіпті жағдай тудырады. Карбюраторлы және бір нүктелі/дроссельді корпусты инжекторлы қозғалтқыштарда отын мен ауа қоспасын барлық жану камераларына тең таратуға арналған ылғал коллекторлық конструкция қолданылады, бұл осы қолданулар үшін көбінесе мәселе тудырмайды.

Бір тұмсық

Бір түтікшелі азот жүйесі азотты немесе отын-азот қоспасын бір инъекция нүктесі арқылы енгізеді. Түтікше әдетте ауа сүзгісінен кейін, жанармай инжекторлы жүйелерде сорғыш коллекторының және/немесе дроссельді клапанның алдында, ал карбюраторлы жүйелерде дроссельді клапаннан кейін орналастырылады. Ылғалды жүйелерде инъекцияланған азоттың жоғары қысымы түтікше арқылы бірге инъекцияланған отынның аэрозольге айналуына себеп болады, бұл азот-отын қоспасының толық және тегіс таралуын қамтамасыз етеді.

Тікелей порт

Тікелей портты азот жүйесі азотты немесе отын-азот қоспасын қозғалтқыштың сору портына мүмкіндігінше жақын, әрбір сору арнасына жеке сору мүндері арқылы тікелей жеткізеді. Тікелей портты азот жүйелері бір мүндерлі жүйелердегідей бірдей немесе ұқсас мүндерді қолданады, бірақ олардың саны қозғалтқыштың сору порты санына тең немесе одан еселік болады. Тікелей портты жүйелер азотты немесе отын-азот қоспасын тең бөлу үшін сору жолының/коллекторының дизайнына тәуелді болмайтындықтан, олар басқа жеткізу әдістерінен гөрі дәлдігімен ерекшеленеді. Көптеген мүндердің болуы басқа жүйелерге қарағанда көбірек азот жеткізуге мүмкіндік береді. Әрбір сору портына бірнеше мүндерді орнату арқылы азоттың бірнеше "сатысын" іске асыруға болады, бұл қуатты одан әрі арттырады. Тікелей портты азот жүйелері жарыс қолдануларында ең көп қолданылатын жеткізу әдісі болып табылады.

Тақта

Пластиналы азот жүйесі газды немесе отын-азот қоспасын тарату үшін дроссельдік клапан мен сору каналдары арасына орналасқан, ішкі беттерінде немесе пластинадан ілінген түтікшеде тесіктер бар аралықты пайдаланады. Пластиналы жүйелер басқа тарату әдістерімен салыстырғанда бұрғылауды аз қажет етеді, себебі пластиналар әдетте нақты қолдануға арналған және дроссельдік клапаннан сору коллекторына немесе жоғарғы сору коллекторынан төменгі сору коллекторына қосылатын жерлерге орнатылады. Ұзын бұрандалардың орнына қосымша керек-жарақтар ғана қажет болатын пластиналы жүйелерді қайтару өте оңай, өйткені сору жолында тұрақты өзгерістер жасаудың қажеті жоқ. Қолданылуына қарай, пластиналы жүйелер тікелей портты жүйелерге ұқсас дәлдікпен азотты немесе отын-азот қоспасын таратуға мүмкіндік береді.

Бара

Барттан жасалған нитратты жүйе, нитратты жеткізу үшін ішке орналастырылған, бойымен бірнеше тесіктері бар қуыс түтіктерді пайдаланады. Барттан жасалған нитратты жеткізу әдістері, барттан жасалған нитратты таратудың тиімді еместігіне байланысты, көбінесе тек құрғақ нитратты жүйелер болып табылады. Барттан жасалған нитратты жүйелер, нитратты пайдалануын жасыруды қалайтын жарыскерлер арасында танымал, себебі нитратты тарату әдісі бірден көзге көрінбейді және нитратты жүйенің көптеген құрамдас бөліктерін жасыруға болады.

Пропан немесе СЖҚ

Нитрогенді жүйелер пропан сияқты газ тәрізді отынмен немесе сығылған табиғи газбен қолданылуы мүмкін. Бұл отынның сору жолына енгізілген кезде сұйық күйде болмауының арқасында техникалық тұрғыдан құрғақ жүйе болып саналады.

Сенімділік мәселесі

Азот оксидін қолдану, барлық қуатты арттыратын құрылғылары бар қозғалтқыштың сенімділігі және беріктігі туралы көңіл көтеруге себеп болады. Цилиндр ішіндегі қысым күрт өскендіктен, қозғалтқыш тұтастай күшті күйзеліске ұшырайды, әсіресе қозғалтқыштың айналмалы бөліктеріне байланысты компоненттер. Азот жүйесін пайдаланудан туындаған күшті күйзеліске шыдамаған компоненттері бар қозғалтқыш, поршеньдердің жарылуы немесе бүлінуі, шатун, коленвал және/немесе блок сияқты ауыр зақымдарға ұшырауы мүмкін. Қозғалтқыш бөліктерін тиісінше нығайту, сондай-ақ жанармайды дәл және жеткілікті мөлшерде беру, азот жүйесін катастрофалық істен шығусыз пайдаланудың кілті болып табылады. Сонымен қатар, азот оксидін автомат беріліс қорабы бар көліктерде пайдалануға болмайды, себебі қозғалтқыштың қуаты мен айналу моментінің күрт өсуі момент түрлендіргішті және беріліс қорабын зақымдауы мүмкін.

Көшедегі заңдылық

Кейбір елдерде автомобильдерге арналған азот оксидін инъекциялау жүйелерін жолдарда пайдалану заңсыз. Мысалы, Австралияның Жаңа Оңтүстік Уэльс штатындағы Жол және көлік басқармасының Жеңіл көліктерді өзгерту жөніндегі практикалық кодексінде (1994 жылдан бері қолданыста) 3.1.5.7.3 тармағында: "Азот оксидін инъекциялау жүйелерін пайдалануға немесе орнатуға рұқсат етілмейді" делінген. Ұлыбританияда N2O пайдалануға ешқандай шектеу қойылмаған, бірақ бұл өзгерту туралы сақтандыру компаниясына хабарлау қажет, бұл автокөлікті сақтандыру үшін жоғары сыйақы төлеуге немесе сақтандырудан бас тартуға әкелуі мүмкін. Германияда, қатаң TÜV ережелеріне қарамастан, азот жүйесі көшеде жүретін автомобильге заңды түрде орнатылып, пайдаланылуы мүмкін. Жүйенің техникалық стандартына қойылатын талаптар, газды қайта жабдықтауға қойылатын талаптармен ұқсас.

Жарыс ережесі

Көптеген дрэг-рейсингтен санкциялайтын ұйымдар белгілі бір сыныптарда азот оксидін қолдануға рұқсат береді немесе тыйым салады, сондай-ақ азот оксидіне арналған жеке сыныптарды ұйымдастырады. Формула Дрифт жарысында азот оксидіне рұқсат етіледі.

Тарих

Осыған ұқсас негізгі техника екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Люфтваффе әуе кемелері GM 1 жүйесі арқылы ауа тығыздығы төмен жоғары биіктікте ұшақ қозғалтқыштарының қуатын сақтау үшін қолданылды. Сәйкесінше, бұл техника жоғары биіктіктегі барлау ұшақтары, жоғары жылдамдықты бомбалаушылар және жоғары биіктіктегі іс-қимыл ұшақтары сияқты арнайы ұшақтарда ғана қолданылды. Кейде ол Люфтваффе қолданған метанол-су инъекциясының MW 50 түрімен (екісі де уақытша қуатты арттыру шаралары ретінде есептелген) бірге қолданылып, қысқа мерзімде истребительдердің өнімділігін айтарлықтай арттырды, мысалы, Focke Wulf Ta 152H истребитель прототиптерінде осы екі жүйенің біріктірілген қолданылуында. Екінші дүниежүзілік соғыстағы британдықтардың азот оксиді инжекторларын пайдалануы – бұл де Хавилланд Москитоның кейбір түнгі истребительдерінің және Супермарин Спитфайрдің PR нұсқаларында қолдану үшін Хестон Ұшақ Компаниясы жүзеге асырған Мерлин қозғалтқыштарының модификациялары болды.