Nitrous oxide – kas tai yra?

Santykinė molekulinė masė: 44.02
Tirpumas vandenyje - 1 litras dujų ištirpsta 1.5 litro vandens esant 20°C temperatūrai ir 2 atmosferų slėgiui
Virimo temperatūra: -88.46°C (esant atmosferiniam slėgiui)
Lydymosi temperatūra: -90.81°C (esant atmosferiniam slėgiui)
Dujų santykinis tankis: 1.997 mg/cm3 esant 0°C temperatūros ir atmosferiniam slėgiui
Garavimo slėgis: 4.93 Paskalio (esant 20°C temperatūrai)
Klampumas: 1488.99 puazų (klampumo vienetas) esant 27°C temperatūrai
Santykinė trauka: 1.529 esant 0°C ir atmosferiniam slėgiui

Azoto suboksidas (nitrous oxide) yra bespalvės, ir praktiškai bekvapės dujos. Pats azoto suboksidas yra nedegantis, dėl to filmuose scenos kuriose vaizduojami sprogstantys azoto suboksido balionai yra grynas prasimanymas. Azoto suboksido molekulė yra sudaryta iš dviejų azoto ir vieno deguonies atomo, tokia sandara primena orą kuriuo mes nuolat kvėpuojame (žemės atmosferoje yra 20.947% deguonies, 78.08% azoto ir mažiau nei 1% kitų dujų) tik šiuo atveju deguonis ir azotas nėra atskiri, o susijungę į cheminę medžiagą – azoto suboksido dujas. Šios dujos nėra toksiškos, nesukelia alerginių reakcijų, įkvėptos mažomis dozėmis gali sukelti isterija, nekontroliuojama juoko priepuolį. Dujos veikia atpalaiduojančiai ir migdančiai dėl to buvo naudojamos medicinoje kaip anestezijos priemonė. Nuo 1970 atsiradus tam tikriems technologiniams sprendimams imta šias dujas taikyti pramonėje tame tarpe automobilizme ir aviacijoje. Pirmieji automobilizme azoto suboksidą pritaikė Oxide Nitrous Systems Inc. kompanija kuri šiuo metu priklauso kompanijai Holley Performance Products Inc., taip pat šiai kompanijai priklauso šios dukterinės kompanijos: Holley, Weiand, NOS, FlowTech, Hooker, Lunati, Earl's.

Kaip mes visi gerai žinome vidaus degimo varikliai veikia degindami kurą. Kuras patekęs į cilindrą kartu su deguonimi, suspaudžiamas stūmokliu ir uždegamas žvakės arba to paties slėgio pakalba, kuro ir oro mišinys pavirsta dujomis kurios stipriai besiplėsdamos stumia stūmoklį per kurį atiduoda energiją į alkūninį veleną. Taigi variklio galingumas labai stipriai priklauso nuo slėgio kuris atsiranda kurui sudegus cilindre, norėdami padidinti dujų kiekį ir tuo pačiu slėgį mes turime deginti daugiau kuro, bet vien tik didesnio kiekio kuro neužtenka. Čia mes susiduriame su kita problema, norint sudeginti daugiau kuro reikia į cilindrą tiekti ir daugiau deguonies. Didesnį kiekį deguonies galima patiekti keliais būdais, tokiais kaip pačio paduodamo oro aušinimas prieš jam patenkant į cilindrus, papildomo slėgio sukūrimas (paprasti varikliai dirba atmosferos slėgio sąlygose, tai yra oras iki pat patekimo į cilindrą nesuspaudžiamas) naudojant kompresorius arba turbo kompresorius. Naudojant kompresorius oro suspaudimui būtina atsižvelgti ir į oro aušinimą, nes slegiant orą jo temperatūra padidėja, todėl norint gauti optimalų rezultatą suslėgtą orą dar reikia aušinti radiatorių pagalba. Azoto suboksidas padeda sudeginti dar daugiau kuro, degimo metu pasiekus 300°C temperatūrą azoto suboksidas skyla į azotą ir deguonį, tokiu būdu atsiranda papildomo deguonies kuris leidžia sudeginti daugiau kuro. Primename jog visas galingumas atsiranda ne nuo papildomai su kuru paduodamo azoto suboksido, o dėl galimybės efektyviai sudeginti daugiau kuro. Nedidinant kuro kiekio ir tiekiant į cilindrą azoto suboksidą kuras bus greičiau sudeginamas, bet deguonies perteklius gali privesti prie nepageidaujamų detonacijų variklyje kurios gali sukelti ir variklio gedimą, dėl to naudojant azoto suboksidą kuro turi būti tiekiama į cilindrą daug daugiau normos tam, kad susidarytų taip vadinamas „riebus mišinys“ (daugiau kuro mažiau deguonies, tuo tarpu „liesas mišinys“ yra esant didesniam deguonies ir mažesniam kuro kiekiui). Taigi azoto suboksidas nėra kuras ar kuro priedas, jo taip pat negalima vadinti reakcijos katalizatoriumi, nes jis reakcijos metu skyla ir dalyvauja pačiame degime, tuo tarpu kai katalizatoriais vadinamos medžiagos dalyvauja reakcijose, bet pačios nesinaudoja.

Daugeliui kyla klausimas, kodėl būtent reikia naudoti azoto suboksidą, o ne gryną deguonį norint efektyviai sudeginti papildomą kurą ir gauti papildomos galios. Atsakymas slypi pačiame azoto subokside, jis skyla į azotą ir deguonį. Deguonis padeda sudeginti papildomą kurą, o azotas sugeria temperatūrą ir apsaugo variklį nuo perkaitimo ir kitų su per didele temperatūra susijusių gedimų ar deformacijų.

Sistemos ir jų skirtumai:

NOS (Nitrous Oxide Systems) ir kiti gamintojai tiekiantys azoto suboksido sistemas automobiliams pačias dujas pateikia balionuose kuriuose azoto suboksidas yra suslėgtas iki 850-1100psi slėgio, tokiame slėgyje šios dujos yra skysčio būsenoje. Nuo baliono kuris dažniausiai yra montuojamas automobilio bagažinėje aukšto slėgio žarnele azoto suboksidas yra tiekiamas iki variklio skyriaus kur solenoido (elektrinis vožtuvas) pagalba yra išpučiamas tada kai jo jums reikia. Priklausomai nuo to kurioje vietoje azoto suboksidas yra išpučiamas iš solenoido nustatomas vienas iš trijų galimų azoto suboksido sistemų tipų. Kaip jau minėjome sistemų tipai yra trys: „sausa“, „šlapia“ ir „tiesioginė“ sistemos.

„Sausa“ azoto suboksido sistema (dry nitrous system)

Tai yra azoto suboksido sistema kurioje azoto suboksidas yra išpučiamas oro padavimo kanale kur pereina į dujinę būseną ir kartu su oru patenka į cilindrus. Ši sistema turi kelis esminius trūkumus, papildomas kuras pradedant pūsti azoto suboksidą į cilindrus nepaduodamas, bet tai galima lengvai išspręsti dviem paprastais būdais:

1) pučiamų azoto suboksido dujų slėgio pagalba paveikti oro matuoklę, kuri atsidarytų plačiau tuo pačiu duodama komandą variklio valdymo kompiuteriui (ECU) duoti daugiau kuro į cilindrus.
2) arba keičiant variklio valdymo kompiuterio (ECU) programos parametrus didinti kuro purkštukų (injectors) veikimo per vieną ciklą laiką.

„Sausos“ azoto suboksido sistemos labai lengvai įdiegiamos ir nereikalauja didelių investicijų, dėl to tai pati populiariausia sistema pradedančiųjų tarpe.

„Šlapia“ azoto suboksido sistema (wet nitrous system)

Šiek tiek kitokia, bet iš principo panaši sistema į „sausą“ azoto suboksido sistemą. Skirtumas yra tik tame, kad solenoidas skirtas azoto suboksido išpūtimui į oro padavimo kanalą yra dvigubas ir kartu su azoto suboksidu yra purškiamas papildomas kuras. Tokiu būdu oro padavimo kanalas tampa „šlapias“ nuo į jį purškiamo papildomo kuro iš to ir kilo sistemos pavadinimas. Šiuo atveju purkštukas montuojamas kuo arčiau įsiurbimo kolektoriaus. Ši sistema yra šiek tiek brangesnė jos montavimas sudėtingesnis, bet ir efektas gaunamas geresnis. Geriausiai ši sistema pritaikoma varikliams kuriems oras tiekiamas suspaustas po aukštu slėgiu kompresorių (compressor / charger) arba turbokompresorių (turbo compressor / turbo charger) pagalba.

„Tiesioginė“ azoto suboksido sistema (port nitrous system)

Ko gero sudėtingiausia azoto suboksido sistema yra „tiesioginė“. Ši sistema turi šiek tiek panašumų į „šlapią“ sistemą tuo, kad solenoidas yra dvigubas ir išpūkinėja ne tik azoto suboksidą, bet ir kurą. Esmė sistemos slypi tame, kad solenoidai yra montuojami į cilindro sieneles, tokiu būdu visas azoto suboksido ir papildomo kuro mišinys pučiamas tiesiai į cilindrus. Prieš tai išvardintos sistemos gali turėti tokį neigiamą faktorių kaip skirtingas oro, kuro ir azoto suboksido mišinio proporcijas patenkančias y skirtingus cilindrus, kas sumažina efektyvumą ir gali neigiamai atsiliepti variklio darbui, „tiesioginės“ sistemos veikimo principas leidžia tiksliai valdyti mišinio proporcijas kiekvienam cilindrui atskirai. Todėl tokias sistemas renkasi profesionalai ir naudoja jas rimtose varžybose tokiose kaip dragas (drag race) nes būtent šiose varžybose svarbu didelis variklio galingumas. Beje, ši sistema suteikia galimybę efektyviausiai išnaudoti azoto suboksidą ir gauti kiek įmanoma daugiau galios iš jūsų variklio.