Instalacje wtrysku podtlenku azotu

Nitro, NOS, dopalacz – tak nazywać w zwyczaju mają miłośnicy wyścigów samochodowych magiczny gaz, który natychmiast dodaje silnikowi mocy. My w żadne czary nie wierzymy i dlatego postanowiliśmy wyjaśnić, czym jest podtlenek azotu i dlaczego tak dobrze spisuje się w silnikach samochodowych.

Podtlenek azotu, zwany też tlenkiem azotu (I) lub tlenkiem diazotu, jest bezbarwnym, niepalnym gazem o słabej woni i słodkawym smaku. Jak widać z wzoru sumarycznego (N2O), składa się z atomów azotu i tlenu. To właśnie dzięki jego budowie gaz ten znalazł zastosowanie w silnikach spalinowych już w czasach II wojny światowej. Wtedy to niemieckie firmy lotnicze wymyśliły wtrysk podtlenku azotu do silników samolotowych, aby zrekompensować mniejszą gęstość powietrza i niższą zawartość tlenu na dużych wysokościach.

W wysokiej temperaturze, jaka panuje w cylindrze silnika, azot i tlen ulegają rozpadowi. Wtrysk podtlenku azotu dostarcza więc silnikowi niezbędny w procesie spalania tlen, który reaguje z paliwem. Idea jest zatem bardzo prosta: im więcej tlenu zostanie dostarczone do komory spalania, tym więcej paliwa może być spalone w pojedynczym cyklu. To z kolei przekłada się na wygenerowanie większej mocy.

Podtlenek azotu ma jedną istotną przewagę nad powietrzem, które jest standardowym składnikiem dostarczanym w procesie spalania. Zawiera on 33% tlenu, przy czym powietrze tylko 21%. Co więcej, podtlenek azotu jest o 50% gęstszy od powietrza przy tym samym ciśnieniu. Jeden metr sześcienny N2O zawiera 2,3 razy więcej tlenu niż powietrze. Zastępując zatem powietrze podtlenkiem azotu nawet w niewielkiej mierze, silnik wygeneruje większą moc.

Należy jednak pamiętać, aby zachować odpowiedni skład mieszanki paliwowo-powietrznej. Dostarczając zatem więcej tlenu, trzeba również zadbać o wystarczającą ilość paliwa. Wraz ze wzrostem podawanej ilości gazu rośnie także ciśnienie w komorze spalania. Nie można zatem przesadzić, aby nie uszkodzić silnika. Zbyt wysokie ciśnienie może prowadzić do zniszczeń uszczelki pod głowicą, pierścieni tłokowych lub nawet samych tłoków. Podobne awarie może wywołać zbyt uboga mieszanka, czyli taka, w której będzie za dużo tlenu, a za mało paliwa. Dlatego znacznie lepszym rozwiązaniem są instalacje, które wraz z podtlenkiem azotu dostarczają również dodatkową dawkę paliwa.

Przejdźmy zatem do tego, w jaki sposób zbudowane są instalacje wtrysku podtlenku. Przede wszystkim można wyróżnić dwa główne typy systemów: suchy i mokry. Pierwszy z nich jest właściwie tym, który nie powinien być w ogóle stosowany. Zapewnia on mniejszy przyrost mocy, a przy tym znacznie bardziej naraża jednostkę napędową na uszkodzenia, ponieważ taka instalacja nie podaje do komory spalania dodatkowej dawki paliwa.

W suchych systemach wtrysku podtlenku azotu gaz wprowadzany jest przed kolektorem dolotowym wprost do powietrza dolotowego. Jednak nawet najlepsze kolektory dolotowe nie są w stanie idealnie rozprowadzić powietrza i dlatego dodatkowo wtryskiwany gaz, poddany turbulencjom może trafiać do poszczególnych cylindrów silnika w różnych ilościach. Do każdego z nich podawana jest jednak taka sama ilość paliwa i dlatego w wyniku różnej ilości tlenu w każdym cylindrze mieszanka w jednym może być za bogata, a z kolei w innym za uboga. To oczywiście wpływa niekorzystnie na pracę silnika.

Instalacje mokre są bezpieczniejsze, ponieważ wraz z podtlenkiem azotu dostarczają również dodatkowe paliwo. Wtryskiwacz także znajduje się przed kolektorem dolotowym, ale do kolektora trafia już mieszanka gazu i rozdrobnionego paliwa. Dzięki dokładnemu i kompletnemu zatomizowaniu paliwa we wtryskiwaczach nie jest możliwe skroplenie się go na ściankach kolektora.

Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest wielopunktowy system mokry, zwany też direct port. Wówczas dodatkowe paliwo wraz z podtlenkiem azotu podawane jest oddzielnie na każdy cylinder. Taka instalacja kosztuje niestety znacznie więcej, ale jest najbardziej wydajna i zapewnia największe bezpieczeństwo silnika.

Typowy zestaw systemu mokrego składa się w uproszczeniu z butli z gazem, przewodów gazowych i paliwowych, solenoidów, wtryskiwaczy ze specjalnymi dyszami, włącznika instalacji oraz czujnika położenia przepustnicy. Ten ostatni element jest niezwykle istotny, ponieważ do wtrysku podtlenku azotu nie powinno dochodzić na niskich obrotach silnika lub gdy przepustnica nie jest do końca otwarta.

Całość działa bardzo prosto. Podtlenek azotu przechowywany jest w ciekłej postaci w butli pod dużym ciśnieniem. Po uruchomieniu głównego włącznika przepływa do solenoidów. W momencie maksymalnego położenia przepustnicy system wysyła sygnał do solenoidów, które uwalniają podtlenek azotu. Ten trafia do wtryskiwaczy, w których następuje zmieszanie gazu z paliwem i następnie wtryśnięcie mieszanki do kolektora dolotowego.

Dobrej jakości instalacje wtrysku podtlenku azotu mogą chwilowo podnieść moc silnika o 25-35%. W czym należy szukać wspomnianej jakości? W konstrukcji takich chociażby elementów jak zawory w butli czy solenoidy. Posłużę się przykładem firmy Nitrous Express. Zanim podtlenek azotu w postaci ciekłej dotrze do spryskiwaczy, musi pokonać drogę przez kilka zaworów. Im bardziej skomplikowana ta droga będzie, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia turbulencji i zaburzeń przepływu.

Dlatego też w butlach firmy NX wypływ gazu następuje przez zawory usytuowane pod kątem 45 stopni. W innych przypadkach, pomimo tego, że zawory wyglądają podobnie, podtlenek azotu napotyka bardzo ostre załamanie, co dobrze widać na zamieszczonym zdjęciu. To samo tyczy się konstrukcji solenoidów. W standardowych konstrukcjach N2O musi pokonać drogę, w której występują aż cztery 90-stopniowe załamania. W dobrze skonstruowanym solenoidzie gaz pokonuje tylko jedno tego typu załamanie.

Wtrysk podtlenku azotu sam w sobie nie jest szkodliwy dla silnika. Jednostkę napędową może za to zniszczyć źle zamontowana instalacja lub nieumiejętne używanie wtrysku podtlenku azotu. Należy więc pamiętać, że w niektórych przypadkach powinno się np. opóźnić zapłon o kilka stopni, wymienić świecie zapłonowe lub zakupić przewody zapłonowe lepszej jakości. Czasem trzeba zamontować wydajniejszą pompę paliwa. Dobrze jest także sprawdzić ogólny stan silnika, który podczas używania podtlenku azotu będzie bardziej wysilony.

W przypadku instalacji wtrysku podtlenku azotu warto wydać więcej pieniędzy na sprawdzone systemy renomowanych firm, a modyfikacje powierzyć doświadczonym w tej dziedzinie fachowcom.