Motor de óxido nitroso - Nitrous oxide engine
Un motor de óxido nitroso, a veces denominado NOS, es un motor de combustión interna en el que el oxígeno para quemar el combustible proviene de la descomposición del óxido nitroso , N 2 O, en lugar del aire. El sistema aumenta la potencia de salida del motor al permitir que el combustible se queme a una velocidad superior a la normal, debido a la mayor presión parcial de oxígeno inyectado con la mezcla de combustible. El óxido nitroso no es inflamable a temperatura ambiente o cuando no se encuentra bajo mucha presión. Los sistemas de inyección de nitrógeno pueden ser "secos", donde el óxido nitroso se inyecta por separado del combustible, o "húmedos", en los que se transporta combustible adicional al motor junto con el nitroso. Es posible que los sistemas de óxido nitroso no estén permitidos para uso en calles o carreteras, según las regulaciones locales. El uso de óxido nitroso está permitido en ciertas clases de carreras de autos. El funcionamiento confiable de un motor con inyección de nitrógeno requiere una cuidadosa atención a la resistencia de los componentes del motor y a la precisión de los sistemas de mezcla; de lo contrario, pueden ocurrir detonaciones destructivas o exceder los máximos de componentes diseñados. Los sistemas de inyección de óxido nitroso se aplicaron ya en la Segunda Guerra Mundial para ciertos motores de aviones.
Terminología
En el contexto de las carreras, el óxido nitroso a menudo se denomina nitroso o NOS . El término NOS se deriva de las iniciales del nombre de la empresa Nitrous Oxide Systems, Inc. (ahora una marca de Holley Performance Products ), una de las empresas pioneras en el desarrollo de sistemas de inyección de óxido nitroso para uso automotriz, y se ha convertido en un genérico. marca registrada . Nitro también se usa a veces, aunque incorrecto, ya que se refiere más a motores de nitrometano .
Mecanismo
Cuando un mol de óxido nitroso se descompone, libera medio mol de moléculas de O 2 (gas oxígeno) y un mol de moléculas de N 2 (gas nitrógeno). Esta descomposición permite alcanzar una concentración de oxígeno del 36,36%. El gas nitrógeno no es combustible y no favorece la combustión. El aire, que contiene sólo un 21% de oxígeno, el resto es nitrógeno y otros gases igualmente incombustibles y que no soportan la combustión, permite un nivel máximo de oxígeno un 12 por ciento más bajo que el del óxido nitroso. Este oxígeno apoya la combustión; se combina con combustibles como gasolina, alcohol, combustible diesel , propano o gas natural comprimido (GNC) para producir dióxido de carbono y vapor de agua, junto con calor, lo que hace que los dos primeros productos de la combustión se expandan y ejerzan presión sobre los pistones. conduciendo el motor.
El óxido nitroso se almacena como líquido en tanques, pero es un gas en condiciones atmosféricas. Cuando se inyecta como líquido en un colector de entrada, la vaporización y la expansión provocan una reducción en la temperatura de carga de aire / combustible con un aumento asociado en la densidad, aumentando así la eficiencia volumétrica del cilindro .
Como la descomposición de N 2 O en oxígeno y nitrógeno gaseoso es exotérmica y, por tanto, contribuye a una temperatura más alta en el motor de combustión, la descomposición aumenta la eficiencia y el rendimiento del motor, lo que está directamente relacionado con la diferencia de temperatura entre la mezcla de combustible sin quemar y el combustible. gases de combustión calientes producidos en los cilindros.
Todos los sistemas se basan en un kit de una sola etapa, pero estos kits se pueden utilizar en múltiples (llamados kits de dos, tres o incluso cuatro etapas). Los sistemas más avanzados están controlados por una unidad de administración progresiva electrónica que permite que un solo kit funcione mejor que varios kits. La mayoría de los Pro Mod y algunos autos de carrera de arrastre Pro Street usan tres etapas para obtener potencia adicional, pero cada vez más están cambiando a la tecnología progresiva pulsada. Los sistemas progresivos tienen la ventaja de utilizar una mayor cantidad de nitroso (y combustible) para producir aumentos de potencia aún mayores a medida que la potencia y el par adicionales se introducen gradualmente (en lugar de aplicarse al motor y la transmisión de inmediato), lo que reduce el riesgo de daños mecánicos. choque y, consecuentemente, daño.
Identificación
Los automóviles con motores equipados con nitroso pueden identificarse por la "purga" del sistema de entrega que realizan la mayoría de los conductores antes de llegar a la línea de salida. Se utiliza una válvula separada operada eléctricamente para liberar aire y óxido nitroso gaseoso atrapado en el sistema de suministro. Esto lleva el óxido nitroso líquido a través de la tubería desde el tanque de almacenamiento hasta la válvula o válvulas solenoides que lo liberarán en el tracto de admisión del motor. Cuando se activa el sistema de purga, una o más columnas de óxido nitroso serán visibles por un momento mientras el líquido se convierte en vapor a medida que se libera. El propósito de una purga nitrosa es asegurar que se suministre la cantidad correcta de óxido nitroso en el momento en que se activa el sistema, ya que los chorros de combustible y nitroso tienen el tamaño adecuado para producir las proporciones correctas de aire / combustible, y como el nitroso líquido es más denso que el nitroso gaseoso, cualquier El vapor nitroso en las líneas hará que el automóvil se "empantane" por un instante (ya que la proporción de nitroso / combustible será demasiado rica para reducir la potencia del motor) hasta que el óxido nitroso líquido llegue a la boquilla de inyección.
Tipos de sistemas nitrosos
Hay dos categorías de sistemas nitrosos: seco y húmedo con cuatro métodos principales de suministro de sistemas nitrosos: boquilla única , puerto directo , placa y barra que se utilizan para descargar nitroso en las cámaras del colector de admisión . Casi todos los sistemas nitrosos usan insertos de orificio específicos, llamados chorros, junto con cálculos de presión para medir el nitroso o nitroso y el combustible en aplicaciones húmedas, entregados para crear una relación aire-combustible adecuada (AFR) para la potencia adicional deseada.
Seco
En un sistema nitroso seco , el método de suministro nitroso proporciona solo nitroso. El combustible adicional requerido se introduce a través de los inyectores de combustible , manteniendo el colector seco de combustible. Esta propiedad es la que da nombre al sistema seco. El flujo de combustible se puede aumentar aumentando la presión o aumentando el tiempo que los inyectores de combustible permanecen abiertos.
Los sistemas de nitrógeno seco generalmente se basan en un método de suministro de una sola boquilla, pero los cuatro métodos de suministro principales se pueden utilizar en aplicaciones secas. Los sistemas secos no se utilizan típicamente en aplicaciones con carburador debido a la naturaleza de la función del carburador y la incapacidad de proporcionar grandes cantidades de combustible bajo demanda. Los sistemas de nitrógeno seco en motores con inyección de combustible utilizarán una mayor presión de combustible o un ancho de pulso del inyector al activarse el sistema como un medio para proporcionar la proporción correcta de combustible para el nitroso.
Mojado
En un sistema nitroso húmedo , el método de suministro nitroso proporciona nitroso y combustible juntos, lo que hace que el colector de admisión esté "húmedo" con combustible, lo que le da a la categoría su nombre. Los sistemas de nitrógeno húmedo se pueden utilizar en los cuatro métodos principales de administración.
En sistemas húmedos con combustible / motores de inyección directa, se debe tener cuidado para evitar los contrafuegos causados por la acumulación de combustible en el conducto de admisión o el colector y / o una distribución desigual de la mezcla nitroso / combustible. Los motores de inyección directa y de puerto tienen sistemas de admisión diseñados para suministrar aire únicamente, no aire ni combustible. Dado que la mayoría de los combustibles son más pesados que el aire y no están en estado gaseoso cuando se usan con sistemas nitrosos, no se comporta de la misma manera que el aire solo; por lo tanto, la posibilidad de que el combustible se distribuya de manera desigual en las cámaras de combustión del motor, lo que ocasiona condiciones pobres / detonación y / o acumulación en partes del conducto / colector de admisión, lo que presenta una situación peligrosa en la que el combustible puede encenderse incontrolablemente causando fallas catastróficas en los componentes. . Los motores carburados y de inyección de un solo punto / cuerpo del acelerador utilizan un diseño de colector húmedo que está diseñado para distribuir uniformemente las mezclas de aire y combustible a todas las cámaras de combustión, lo que hace que esto no sea un problema para estas aplicaciones.
Boquilla simple
Un sistema nitroso de una sola boquilla introduce el nitroso o la mezcla de combustible / nitroso a través de un solo punto de inyección. La boquilla se coloca típicamente en la tubería / tracto de admisión después del filtro de aire, antes del colector de admisión y / o el cuerpo del acelerador en aplicaciones de inyección de combustible y después del cuerpo del acelerador en aplicaciones con carburador. En los sistemas húmedos, las altas presiones del nitroso inyectado provocan la aerosolización del combustible inyectado en tándem a través de la boquilla, lo que permite una distribución más completa y uniforme de la mezcla nitroso / combustible.
Puerto directo
Un sistema nitroso de puerto directo introduce el nitroso o la mezcla de combustible / nitroso tan cerca de los puertos de admisión del motor como sea posible a través de boquillas individuales directamente en cada canal de admisión. Los sistemas nitrosos de puerto directo utilizarán boquillas iguales o similares a las de los sistemas de boquilla única, solo en números iguales o en múltiplos del número de puertos de admisión del motor. Dado que los sistemas de puerto directo no tienen que depender del diseño del colector / tracto de admisión para distribuir uniformemente el nitroso o la mezcla de combustible / nitroso, son inherentemente más precisos que otros métodos de entrega. El mayor número de boquillas también permite suministrar una mayor cantidad total de nitroso que otros sistemas. Se pueden lograr múltiples "etapas" de nitroso mediante el uso de múltiples juegos de boquillas en cada puerto de entrada para aumentar aún más el potencial de potencia. Los sistemas nitrosos de puerto directo son el método de entrega más común en aplicaciones de carreras.
Plato
Un sistema de placa nitrosa utiliza un espaciador colocado en algún lugar entre el cuerpo del acelerador y los puertos de admisión con orificios perforados a lo largo de sus superficies interiores, o en un tubo que está suspendido de la placa, para que se distribuya la mezcla nitrosa o combustible / nitrosa. Los sistemas de placas proporcionan una solución sin taladros en comparación con otros métodos de suministro, ya que las placas son generalmente específicas de la aplicación y se ajustan a los componentes existentes, como el cuerpo del acelerador al colector de admisión o el colector de admisión superior al colector de admisión inferior. empalmes. Al requerir poco más que sujetadores más largos, los sistemas de placa son los sistemas de inversión más fáciles, ya que necesitan pocos o ningún cambio permanente en el tracto de entrada. Dependiendo de la aplicación, los sistemas de placas pueden proporcionar una distribución precisa de mezcla nitrosa o combustible / nitrosa similar a la de los sistemas de puerto directo.
Bar
Un sistema de barra nitrosa utiliza un tubo hueco, con una serie de orificios perforados a lo largo de su longitud, colocados dentro de la cámara de admisión para suministrar nitroso. Los métodos de suministro de barra nitroso son casi exclusivamente sistemas de nitrógeno seco debido a las posibilidades de distribución de combustible no óptimas de la barra. Los sistemas de barras nitrosos son populares entre los corredores que prefieren ocultar su uso nitroso, ya que el método de distribución nitroso no es inmediatamente evidente y la mayoría de los componentes asociados del sistema nitroso pueden ocultarse de la vista.
Propano o GNC
Los sistemas nitrosos se pueden usar con un combustible gaseoso como propano o gas natural comprimido. Esto tiene la ventaja de ser técnicamente un sistema seco ya que el combustible no está en estado líquido cuando se introduce en el tracto de admisión.
Problemas de confiabilidad
El uso de óxido nitroso conlleva preocupaciones sobre la confiabilidad y longevidad de un motor presente con todos los sumadores de potencia. Debido al gran aumento de la presión de los cilindros, el motor en su conjunto se ve sometido a una mayor tensión, principalmente los componentes asociados con el conjunto giratorio del motor. Un motor con componentes que no pueden hacer frente a la mayor tensión impuesta por el uso de sistemas nitrosos puede experimentar daños importantes en el motor, como pistones, bielas, cigüeñales y / o bloques rotos o destruidos. El fortalecimiento adecuado de los componentes del motor, además de un suministro de combustible adecuado y preciso, es clave para el uso del sistema nitroso sin fallas catastróficas.
Legalidad callejera
Los sistemas de inyección de óxido nitroso para automóviles son ilegales para uso en carreteras en algunos países. Por ejemplo, en Nueva Gales del Sur , Australia, el Código de prácticas de la autoridad de tráfico y carreteras para modificaciones de vehículos ligeros (en uso desde 1994) establece en la cláusula 3.1.5.7.3 que no se permite el uso o la instalación de sistemas de inyección de óxido nitroso.
En Gran Bretaña, no hay restricciones sobre el uso de N
2O , pero la modificación debe declararse a la compañía de seguros, lo que probablemente resulte en una prima más alta para el seguro de vehículos motorizados o la negativa a asegurar.
En Alemania, a pesar de sus estrictas normas TÜV , se puede instalar y utilizar legalmente un sistema nitroso en un coche de calle. Los requisitos para el estándar técnico del sistema son similares a los de las conversiones de gas natural del mercado de accesorios .
Reglas de carreras
Varios organismos sancionadores en las carreras de resistencia permiten o prohíben el uso de óxido nitroso en ciertas clases o tienen clases específicas de óxido nitroso. El nitroso está permitido en la competencia Formula Drift .
Historia
Una técnica básica similar fue utilizada durante la Segunda Guerra Mundial por aviones de la Luftwaffe con el sistema GM-1 para mantener la potencia de salida de los motores de los aviones cuando estaban a gran altitud donde la densidad del aire es menor. En consecuencia, solo fue utilizado por aviones especializados como aviones de reconocimiento de gran altitud, bombarderos de alta velocidad e interceptores de gran altitud. A veces se utiliza con la forma de la Luftwaffe de inyección de metanol-agua , designado MW 50 (ambos significaba como Notleistung medidas de potencia a corto plazo impulsar), para producir aumentos sustanciales en el rendimiento de los aviones de combate durante períodos cortos de tiempo , como con su uso combinado en los prototipos de caza Focke-Wulf Ta 152 H.
El uso de sistemas de inyectores de óxido nitroso por parte de los británicos en la Segunda Guerra Mundial fueron modificaciones de los motores Merlin realizadas por la Heston Aircraft Company para su uso en ciertas variantes de combate nocturno de las versiones de Havilland Mosquito y PR del Supermarine Spitfire .