Система впрыска закиси азота (NOS)

12 Pages·0.755 MB·Russian

N O
2
V1.0 20.04.2007
Физические свойства

Оксид диазота (закись азота, гемиоксид, веселящий газ, лат. Nitrogenium оxуdulatum)
— соединение с химической формулой N O. Закись азота N O, не путать с двуокисью
2 2
азота NO .
2

Наименование: Оксид Азота
Химическая формула: N O
2
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 N O действует как сильный окислитель. При температуре 300 °С
2
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

Прежде всего рассмотрим для чего нужен нитрос. И говорить мы будем о процессе
смесеобразования и сгорания.
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). 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.

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. Это самый
простой тип системы впрыска закиси азота. Сухой,
система называется т.к. используется только впрыск газа,
оставляя коллектор сухим от топлива.
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 топливные инжекторы 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.
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.
Пример установки системы мокрого впрыска закиси азота
В качестве примера, возьмем автомобиль Mitsubishi Eclipse Generation 2 с двух
литровым турбо мотором конструкции 4G63 мощностью 220 л.с. В качестве системы
закиси азота возьмем комплект NOS “мокрого” типа.

Кроме деления на “сухие” и “мокрые” системы впрыска N O могут иметь разные
2
алгоритмы подачи смеси. Самый традиционный вариант, это фиксированная т.е.
постоянная подача смеси, которая работает в режиме вкл/выкл . При этом газ и
топливо подаются в количестве жестко фиксированном пропускной способностью
установленных в форсунке жиклеров. Оба соленоида остаются полностью открыты,
пока вы держите кнопку включения системы и во всем диапазоне оборотов двигатель
получает одинаковую прибавку мощности.
Также существует еще прогрессивный вид подачи смеси, при котором соленоиды
работают также как стандартные топливные жиклеры, в пульсирующем режиме. Такая
система управляется специальным блоком, который по определенной программе подает
смесь в двигатель. Такой режим работы более эффективен как в плане экономичности
расхода газа так и в возможности лучшего перемешивания смеси.
Помимо этого существуем масса дополнительных устройств, повышающих
эффективность системы впрыска и увеличивающих безопасность ее использования.
Например такие устройства как реле, контролирующее подачу топлива,
дополнительный соленоид, позволяющий прочищать систему перед использованием
специальный механизм подогрева баллона позволяющий поддерживать рабочее
давление в системе вплоть до момента опустошения баллона. Этим и многие другие
устройства будут рассмотрены в следующем обзоре, а сейчас рассмотрим систему с
фиксированной подачей смеси с минимальным набором компонентов необходимых для
ее безопасного и эффективного использования.
Схема установки системы NOS

Как было описано выше, газ из баллона поступает к соленоиду (на схеме синий), в то
время как топливо поступает к второму соленоиду (красный). При этом стоит учесть
что, подачу газа мы контролируем вентилем на баллоне, а топливо постоянно
подведено к соленоиду поэтому не стоит играться кнопочкой включения, даже когда
баллон пустой или вентиль закрыт.
Соленоиды должны находится на небольшом удалении от форсунки, что в свою очередь
ограничивает длина шлангов от них идущих. В свою очередь форсунка должна
находится на расстоянии 8-10 см от дроссельной заслонки таким образом смесь будет
успевать хорошо перемешиваться с потоком воздуха и эффективно охлаждать его
перед поступлением в цилиндры двигателя.
Итак, с теорией ознакомились приступаем к установке:
Начинаем с монтажа баллона, в нашем случае мы
решили установить баллон в багажник. Для этого
оргалитный листочек на полу в багажнике был
заменен листом фанеры и выстлан алюминием.
Оптимальный угол установки баллона 15°, что
обеспечивают скобы, идущие в комплекте с
системой. Скобы должны быть хорошо закреплены
т.к. баллон довольно тяжелый и очень важно
обеспечить его надежную фиксацию.
Рекомендуется устанавливать баллон продольно
по отношению к автомобилю чтобы обеспечить
стабильную подачу газа, вплоть до момента когда
баллон опустеет.
Устанавливаем баллон наклейкой вверх, чтобы
максимально использовать объем газа,
заключенного в нем. И подсоединяем
армированную магистраль, которую в свою
очередь через салон протягиваем в моторный
отсек. Обращаем ваше внимание, что в целях
безопасности клапан баллона необходимо
открывать непосредственно перед использованием.
Для контроля давления в баллоне используется,
идущий в комплекте, датчик, компания NOS всегда
снабжает все свои комплекты высоко
качественными датчиками давления, если вы
используете комплект другой фирмы, то этот
датчик необходимо приобрести отдельно.
Рабочее давление в баллоне 700-1000 Psi (50-65
bar). Оптимальная температура окружающей среды
при использовании системы 18-32°С. При более
высокой температуре существует опасность
создания слишком высокого давления в системе,
при более низкой существует риск обморожения и
заклинивания соленоида подачи закиси, что может
привести к серьезным неприятностям.
После того как магистраль, по которой будет
подаваться газ, заведена в моторный отсек и
подведена к впускному коллектору, переходим к
топливной составляющей системы.
Топливо к соленоиду будет поступать из основной
магистрали, поэтому в нее мы врезаем тройник
(помечен кружком на рисунке справа). В нашем
случае тройник врезан в районе между топливным
фильтром и топливной рейкой.
Соленоиды прикручиваем к кронштейну, идущему в
комплекте. К каждому соленоиду идут жиклеры, на
которые в дальнейшем прикручивается шланг,
жиклеры нужно прикрутить к соответствующим
соленоидам. Все резьбовые соединения необходимо
дополнительно герметизировать, например
фумоизоляционной лентой.
Синий соленоид для газа, красный для топлива. На
каждом из них есть обозначения in и out, вход и
выход соответственно. К синему прикручиваем
магистраль, идущую от баллона (в порт in), затем соединяем тройник с топливным
соленоидом, также в порт in (рисунок справа).
На рисунке справа, показаны соленоиды с установленным шлангом для подачи газа,
который идет из баллона, он обозначен красным
кружком. Зелеными кружками обозначены места, в
которые необходимо вкрутить жиклеры. На
рисунке снизу, показаны уже прикрепленные
магистрали, зеленым обозначена газовая
магистраль, красным топливная. Левая сторона
вход (in) правая выход (out).
После установки соленоидов необходимо на расстоянии 8-10 см от
дроссельной заслонки, установить форсунку (wet fogger spray nozzle). Эта
форсунка отвечает за смешивание топлива и газа и подачу данной смеси в
впускной коллектор. Соотношение топлива и газа определяет мощность
всей нитрос системы. Для контроля мощности применяются специальные
жиклеры, которые устанавливаются в порты форсунки и тем самым
ограничивают ее рабочий объем. Размер этих жиклеров необходимо
подбирать к каждому автомобилю индивидуально т.к. их параметры
зависят от мощности
топливного насоса, объема
впускного коллектора и
запаса мощности двигателя в
целом. У каждой форсунки
есть свой номер, чем больше
номер, тем больше диаметр
жиклера и соответственно ее
пропускная способность.
Жиклер, отвечающий за
подачу газа должен быть
несколько больше того,
который отвечает за подачу
топлива.
Для рассматриваемого
автомобиля, мы выбрали
форсунки под номером 32 и
28, что даст нам прибавку при активации системы примерно в районе 50 л.с.
Рассмотрим, представленный рисунок более подробно.
От уже знакомых нам соленоидов (4), мы подвели два шланга к форсунке (1), в порты
форсунки (2) были вставлены соответствующие жиклеры. На каждой форсунке есть
обозначения портов, F (fuel – топливо) и N (nitrous - газ). Форсунка была врезана в
впускной коллектор на расстоянии около 10 сантиметров от дроссельной заслонки (3).
Оптимальное положение жиклера форсунки должно быть таким, чтобы струя газа и
топлива, исходящая из нее, была направлена по направлению движения основного
воздушного потока в коллекторе автомобиля.
Теперь необходимо
позаботится об
управлении процессом
подачи закиси. На
рисунке изображена
принципиальная схема
подключения системы.
Рассмотрим ее более
подробно.
Каждый соленоид
представляет собой
электромагнитный клапан.
Думаю ни для кого не
секрет, что это
простейшее устройство
состоит из катушки и
сердечника. При
пропускании через
катушку электрического
тока электромагнит
действует на заслонку,
открывая ее и тем самым
производится подача
топлива и газа к
впускному коллектору
автомобиля.
Таким образом от каждого соленоида идет по паре проводов, в нашем случае черные от
соленоида с газом (N2O) и красные от топливного (Fuel). В самом простейшем случае,
если взять пару из этих проводов и подсоединить одну из них к минусовому полюсу
АКБ (Аккумуляторной Батареи), а вторую к плюсовому, то произойдет включение
системы подачи смеси т.е. оба соленоида откроются. Но нам необходимо соблюсти
несколько условий:
- иметь возможность включать систему с кнопки на руле
- установить страховочный тумблер, который будет исключать случайные активации
срабатывания системы от при неосторожных нажатиях кнопки на руле
- установить датчик положения дроссельной заслонки, который будет следить чтобы
система была активирована лишь при педали газа утопленной в пол.
Поэтому мы несколько усложняем схему, добавляя в нее некоторые элементы.
Итак, проводник номер (1), это минусовой провод, который мы заводим на
выключатель, отвечающий за положение дроссельной заслонки.
Проводник номер (2) заводим на реле, когда реле сработает, то ток идущий по нему,
активирует систему, конечно в случае полного открытия дроссельной заслонки.
Проводник номер (3) это минусовой провод, идущий от АКБ, либо просто от кузова
(массы), на этом проводнике сидит кнопка (выключатель №2), установленная на руле.
Проводник (4) – положительный, идет от АКБ, через предохранитель - на реле,
впоследствии он будет замыкаться с проводником (2) и запускать систему.
Проводник (5), выходящий из (4) заведен на тумблер (выключатель №3) и из него
подсоединен к управляющему контакту на реле.
Переходим к установке, начнем с проводника (1). Берем
пару проводов от обоих соленоидов (черный и красный),
соединяем их в один и ведем к датчику положения
дроссельной заслонки.
Датчик необходим для того чтобы, в случае если во время
использования системы педаль газа будет утоплена не
полностью прекратить подачу смеси т.к. для
функционирования системы необходимо полное открытие
дросселя.
Датчик представляет из себя трех контактный
выключатель. Для простоты назовем эти контакты 1 – 2 –
3. В выключенном состоянии контакты 1 и 3 замкнуты, во
включенном, замыкаются контакты 1 и 2. Именно эти два
контакта мы будем использовать. Выключатель,
устанавливается на кронштейне, с таким расчетом, что
когда педаль газа будет нажата в пол, выключатель будет
приведен в рабочее состояние. На рисунке ниже показано
как это выглядит.
Одной из стрелочек. Показан рычажок,
включающий выключатель (во врезке
сверху он показан в другом ракурсе).
Вторая стрелочка показывает на
провод, который мы завели на контакт 1
от соленоидов. Таким образом, соединив
контакт 2 выключателя с массой
(минусовым проводом) мы завершаем
работы по данному участку цепи.
Следующим элементом в цепи включения
системы служит реле. Оно работает
следующим образом: когда контакты под
номером 86 и 85 подключаются к + / - ,
происходит срабатывание электромагнита и
контакты 30 и 87 замыкаются между собой.
Согласно нашей схеме проводник номер (3)
заводим на выключатель в салон (кнопка на
руле – выключатель 3), и от нее выводим на
85-й контакт реле.
Проводник (4) через предохранитель 3-5А
заводим на 87-й контакт реле, а проводник
(5), цепляем на 4-й и уводим в салон на
тумблер (выключатель 3), от тумблера
возвращаемся к реле на 86-й управляющий
контакт.
Собственно на этом установка заканчивается.
Теперь открываем вентиль на баллоне,
включаем тумблер, разгоняемся, утапливая
педаль в пол, и жмем кнопку на руле!
Теперь об основных моментах, на которые
необходимо обратить внимание на начальном
этапе эксплуатации системы:
А) Необходимо отрегулировать давление в
магистрали, идущей от баллона до соленоида,
для контроля этого давления необходим
соответствующий прибор. Регулировочный
винт, за него отвечающий находится на
редукторе баллона, на противоположной
стороне от шланга, который мне к нему
подключили.
В) Очень важно проверить состояние свечей,
после нескольких первых пусков газа. По
состоянию свечей можно оценить богатая или
бедная смесь подавалась в цилиндры и если
есть следы детонации или нагара на свечах, то
необходимо заменить жиклеры, установленные
в форсунке.
С) В некоторых случаях, особенно при
использовании системы на мощности свыше
50-75 л.с., необходима дополнительная
корректировка углов зажигания, установка
более “холодных” свечей, а также обязателен
контроль за подачей топлива.