Данная статья не является инструкцией к действию, автор нарочно не приводит никаких практических выкладок. Это просто теория, все ваши действия — это только ваше решение. Автор не несет никакой ответственности за результаты ваших экспериментов. Однако, правильно собранная система никакого вреда двигателю не принесет.
Молва людская:
Наверное первое, что приходит в голову человеку при фразе «форсирование двигателя», это турбина и, конечно же, «закись» или как иногда её называют — «нитрос». Данный вид форсирования окутан стереотипами, предрассудками; даже те, кто устанавливал её себе, не всегда отдают себе отчет в том, что же они делают и как оно работает; а уж те, кто посмотрел трешевые фильмы, вроде «The Fast and the Furious ½/3», тем более уверен, что закись взрывается (При том, что она не горит). Однако зачастую даже один вид баллона в багажнике приводит некоторых личностей в суеверный трепет. При этом 99% уверены, что от этого мотор быстро выйдет из строя, взорвется, «растеряет клапана»и т. д.на ваш выбор. Но на вопрос «отчего же?», обычно не могут дать сколь нибудь вразумительного ответа. А без ума, как известно, можно и… кхм…столб погнуть.
Аксиома:
Закись азота — самый дешевый, быстрый и эффективный способ повысить термическое КПД и мощность двигателя, правда кратковременно.
История:
Оксид азота (закись азота) в качестве ингаляционного наркоза используется и по сей день начиная с середины 19века. Вдыхание смеси этого бесцветного со слабым приятным запахом газа с воздухом вызывает кратковременное состояние схожее с опьянением (Назван веселящим газом английским химиком Х. Дэви, который, изучая на себе действие Закиси азота (1799), обнаружил в начальной фазе возбуждение, сопровождающееся смехом и беспорядочными телодвижениями, в последующем — потерю сознания.).
Как способ увеличения мощности применение закиси ведет историю ещё с 1912 года, когда на авиасоревнованиях «Кубок Шнайдера» некоторые пилоты устанавливали на своих этажерках криогенные баллоны с оксидом азота — вот вам и тюнинг. Боевое крещение системы подачи закиси прошли во время Второй мировой, когда немецкие конструкторы первыми на некоторых модификациях FW-190 штатно использовали данное соединение, позволявшее кратковременно поднимать мощность авиационных моторов в полтора-два раза и давать преимущество в воздушном бою. Однако в авиации вскоре воцарилась эпоха реактивных двигателей и про закись забыли.
Вспомнили о ней как раз тюнеры автомобилей в 70е годы. Новая эра началась с кустарных и не надёжных систем впрыска закиси, откуда и пошли слухи о взрывоопасности. И вот уже в 1978 году американская компания «Nitrous Oxide systems» впервые предложила всем автолюбителям универсальную систему подачи N20. Потом были ZEX, Edelbrock и прочие фирмы, но смысл был именно в промышленном масштабе и востребованности данной продукции. Сейчас нонсенсом считается американский дрегстер на котором не установлено системы хотя бы на 50 сил.
Химия:
Закись азота N2O — бесцветный газ со слабым приятным запахом и сладковатым вкусом.
Плотность при 0 °C и 101 325 н/м2(760 мм рт. ст.) 1,9804 кг/м3, tкип — 89,5°С, tпл — 102,4°С.
Химически N2O с водой, растворами кислот и щелочей не реагирует, кислородом не окисляется.
Выше 500 °C разлагается: 2N2O = 2N2 + 2O; поэтому при повышенных температурах действует как сильный окислитель и поддерживает горение. (обратим на это внимание)
Принцип действия системы:
1. N2O подаётся в цилиндр, уже перемешанная с топливовоздушной смесью. При сжатии и воспламенении топливовоздушной смеси закись азота разлагается на азот и кислород (2N2O→2N2+2O) под воздействием температуры (~350C). В результате высвобождается атомарный кислород, который позволяет окислить (сжечь) дополнительное количество топлива. Кислорода, содержащегося в N2O, в 1.6 раза больше, чем в воздухе (по массе).
2. Кроме того, азот, который так же высвобождается, работает как антидетонатор, не давая процессу горения идти лавинообразно.
3. Закись хранится в баллоне в сжиженом состоянии. Высвобождаясь при расжирении, начинает кипеть, резко охлаждаясь. А поскольку Тпл и Ткип рядышком, то, едва вскипев, замерзает и переходит в твердое состояние и летит дальше в виде кристаллов (снега). Стремительно отбирая тепло у окружающей среды, система работает как интеркулер на наддувных двигателях (резкое понижение температуры смеси в коллекторе даёт увеличения потока топливовоздушной смеси и, собственно, плотности заряда).
Важно:
Топливновоздушная смесь сгорает максимально эффективно при определенном соотношении топлива и окислителя (стехиометрическое отношение — такое соотношение топлива и окислителя, при котором данная смесь сгорает полностью и без остатка) требуемого для данного типа топлива. Если мы добавляем больше окислителя, то необходимо пропорционально подавать больше топлива, иначе смесь неизбежно обеднится, будет перегрев двигателя, детонация, которая, к слову, в случае с закисью очень опасна: пара «хороших стуков» и к примеру поршень вполне может лишиться колец с перегородками или мы увидим «руку дружбы» в виде сломанного шатуна в дыре блока цилиндров. В то же время, подача закиси без доптоплива вообще даст легкую прибавку, возможно даже без детонации, а при увеличении дозы оной и при появлении детонации мотор начнет «тупить» и глохнуть.
Системы:
И раз мы затронули дополнительное топливо, то неплохо разобраться с типами систем.
Основное подразделение идёт на системы подачи N2O в цилиндры в газообразном или жидком виде. Первые системы более просты и маломощны (до 50сил в зависимости от объёма двигателя), их как раз и выпускают многие фирмы. Не понимаю только за что они берут такие деньги за баллон, пару метров шланга и проводов с кнопкой, но это дело престижа и бренда. Вторые же серьёзны, предназначены они для повышения мощности в разы, стоят значительно дешевле, проще в реализации и схемотехнике и надежны.
В основе своей разговор пойдёт о втором типе систем как наиболее приемлемом для русского сердца: раз играть, то по полной, нам же не нужны полумеры. Хотя при правильной постройке и настройке, а мы будем говорить о собственноручном изготовлении, мотор проживёт достаточно долго.
Далее системы делятся на «сухие» и «мокрые» вне зависимости от агрегатного состояния закиси азота подаваемой в коллектор.
«Сухая» система является самой дешёвой и простой, закись подаётся одной форсункой в коллектор, качество смеси регулируется возможностями карбюратора или штатных мозгов и форсунок и говорить о доптопливе в виде спиртов или газов нет возможности (разумеется, если только они не являются основным топливом). Система неуправляема, её можно только включить и выключить. Есть шанс выйти за пределы штатных возможностей топливоподачи и обеднить смесь, что не есть хорошо для мотора.
«Мокрая» система, в которой закись подаётся также как в «сухой», но дополнительно происходит подача топлива с помощью отдельной форсунки, что позволяет избегать появления детонации и достичь максимальных показателей для этого типа впрыска. Подача может осуществляться из дополнительного бака механически. Есть возможность использовать в качестве доптоплива бензины, спирты и даже газы с более высоким октановым числом.
Отдельная песня это многоточечный впрыск или direct port. Закись впрыскивается в каждый цилиндр в непосредственной близости от впускного клапана. Более точная и правильная система.
Как и договорились, подачу закиси газом далее вообще рассматривать не будем. Хотя нет, обосновать все-таки это нужно. Газ сам по себе занимает объем, лишнее пространство в цилиндре. Есть разница, пропихнуть 1 см³ жидкости или 1 см³ газа? А сколько в итоге газа окажется в цилиндре? В случае с жидкостью — больше. Это раз. Во-вторых, жидкость при нагревании начинает кипеть, отбирая тепло у деталей КС, поршней, цилиндров. Химия… Надеюсь, теперь меньше будут упираться рогом, доказывая, что газовая подача закиси это суперправильно, а «жидкость убивает мотор».
Так как в обычной одноуровневой системе в единицу времени поступает одно и то же количество газа, то и прирост мощности всегда будет одинаковым при одном и том же кол-ве газа, поступающего в коллектор. НО.
Пусть за 1с в коллектор поступает 14гр закиси (жиклер 0.7мм). при этом обороты двигателя равны 6000об/мин. Тогда количество тактов всасывания равно Tвсас = 200 тактов всасывания в секунду, тогда в каждый цилиндр попадает 14гр/200=0,07гр за один такт. При этом прибавка крутящего момента будет, к примеру, Х.
Ежели обороты будут, к примеру, 600об/мин (холостой ход), то за один такт всасывания в цилиндр будет всасываться 14гр/20=0,7гр. И прибавка момента будет уже не Х, а 10Х! Таким образом, прибавка мощности будет одинаковой, а вот прибавка крутящего момента обратно пропорциональна оборотам двигателя.
Именно поэтому необходимо включать закись только после определенных оборотов, иначе это может привести к поломке поршней, шатунов или коленвала. Второй миф — о взрывающихся двигателях. Как известно, без ума можно и… что-то сломать. Ведь можно подать в двигатель 20гр/сек, а можно 120гр/сек. При этом мотор не успеет развить даже критического для него крутящего момента — его убьет детонация.
Поэтому необходимо расчитать необходимый поток закиси. Для этого используется тарированый жиклер, установленный после (фактически сразу на нем) электромагнитного клапана. В зависимости от диаметра жиклера изменяется количество закиси, проходящей в единицу времени через магистраль. Жиклер должен быть тщательно подобран и, в зависимости от его диаметра, должно быть подобрано количество доптоплива, поступающего в двигатель, в частности, для «сухой» системы. Опытным путем установлено, что вывереный, пролитый жиклер 0.7мм дал расход закиси 14гр/сек при давлении 52атм.
В общем случае, Добавочная мощность, при использовании закиси (в л.с.), при давлении 52атм. = D2*const, где const = 70, а D = диаметр жиклера
на самом деле все очень сильно зависит от способа доставки закиси, её качества; от того, насколько она успела испариться, от кол-ва доптоплива, его октанового числа. Но в среднем, при 40гр/сек прибавка получается в районе 100сил. Нужно чтобы жиклер был ОЧЕНЬ тчательно подобран, пролит, а закиси должна подаваться жидкой, газ это уже не то.
Количество доптоплива (бензина), которое должно поступать в двигатель должно иметь соотношение 8.5:1, елси это бензин и 6:1 если спирт.
Повредит ли закись двигатель?
Смысл в том, что необходимо подбирать конкретный тип и уровень закиси под каждый конкретный двигатель. Стандартные детали имеют некоторый запас прочности, но если его превысить, то сами понимате… Для большей эффективности нужно улучшать КШМ, впуск/выпуски т. д.
Сколько добавится «кобыл»?
Все зависит от вашего двигателя, типа системы, колес, КППи т. д.
На сколко хватает баллона?
Опять же, все зависит от того, как вы построили закись. Вы легко все можете посчитать сами исходя из таблицы.
Когда лучше всего включать?
Только с открытым дросселем после 3000 об/мин.
Придется переделывать мой карбюратор/перепрошивать ЭБУ?
Нет, система подачи закиси со своей системой приготовления топливнозакисной смеси.
Конечно, если у вас не «сухая» система.
Закись горит/взрывается?
Нет, закись не горит сама по себе. Однако, кислород, содержащийся в закиси позволит сгорать большему количеству топлива.
Повреждает ли закись катализатор/катколлектор?
Нет, несколько возросшее содержание кислорода в выхлопе увеличит эффективность катализатора, а возросшие температуры будут только в течение 15−20сек, что не критично.
Какие распредвалы лучше использовать с закисными системами?
Это индивидуально.