Motor de óxido nitroso - Nitrous oxide engine
Um motor de óxido nitroso, às vezes referido como NOS, é um motor de combustão interna no qual o oxigênio para queimar o combustível vem da decomposição do óxido nitroso , N 2 O, ao invés do ar. O sistema aumenta a saída de potência do motor, permitindo que o combustível seja queimado a uma taxa mais alta do que o normal, por causa da pressão parcial mais alta do oxigênio injetado com a mistura de combustível. O óxido nitroso não é inflamável à temperatura ambiente ou quando não está sob forte pressão. Os sistemas de injeção de nitrogênio podem ser "secos", em que o óxido nitroso é injetado separadamente do combustível, ou "úmidos", em que combustível adicional é transportado para o motor junto com o nitrogênio. Os sistemas de óxido nitroso podem não ser permitidos para uso em ruas ou rodovias, dependendo dos regulamentos locais. O uso de óxido nitroso é permitido em certas classes de automobilismo. A operação confiável de um motor com injeção de nitrogênio requer atenção cuidadosa à força dos componentes do motor e à precisão dos sistemas de mistura, caso contrário, podem ocorrer detonações destrutivas ou exceder os máximos dos componentes projetados. Os sistemas de injeção de óxido nitroso foram aplicados já na Segunda Guerra Mundial para certos motores de aeronaves.
Terminologia
No contexto das corridas, o óxido nitroso é frequentemente denominado nitroso ou NOS . O termo NOS é derivado das iniciais do nome da empresa Nitrous Oxide Systems, Inc. (agora uma marca de Holley Performance Products ) uma das empresas pioneiras no desenvolvimento de sistemas de injeção de óxido nitroso para uso de desempenho automotivo, e tornou-se um genérico marca registrada . Nitro também é usado às vezes, embora incorreto, pois se refere mais a motores de nitrometano .
Mecanismo
Quando um mol de óxido nitroso se decompõe, ele libera meio mol de moléculas de O 2 (gás oxigênio) e um mol de moléculas de N 2 (gás nitrogênio). Esta decomposição permite atingir uma concentração de oxigênio de 36,36%. O gás nitrogênio não é combustível e não suporta combustão. O ar - que contém apenas 21% de oxigênio, sendo o restante nitrogênio e outros gases igualmente não combustíveis e não propícios à combustão - permite um nível máximo de oxigênio 12% menor do que o do óxido nitroso. Este oxigênio suporta a combustão; combina-se com combustíveis como gasolina, álcool, óleo diesel , propano ou gás natural comprimido (GNC) para produzir dióxido de carbono e vapor d'água, junto com o calor, o que faz com que os dois primeiros produtos da combustão se expandam e exerçam pressão sobre os pistões, dirigindo o motor.
O óxido nitroso é armazenado como um líquido em tanques, mas é um gás nas condições atmosféricas. Quando injetado como um líquido em um coletor de admissão, a vaporização e a expansão causam uma redução na temperatura de carga do ar / combustível com um aumento associado na densidade, aumentando assim a eficiência volumétrica do cilindro .
Como a decomposição de N 2 O em oxigênio e gás nitrogênio é exotérmica e, portanto, contribui para uma temperatura mais alta no motor de combustão, a decomposição aumenta a eficiência e o desempenho do motor, o que está diretamente relacionado à diferença de temperatura entre a mistura de combustível não queimado e o gases de combustão quente produzidos nos cilindros.
Todos os sistemas são baseados em um kit de estágio único, mas esses kits podem ser usados em múltiplos (chamados de kits de dois, três ou mesmo quatro estágios). Os sistemas mais avançados são controlados por uma unidade de entrega progressiva eletrônica que permite que um único kit tenha um desempenho melhor do que vários kits. A maioria dos carros Pro Mod e alguns carros de corrida de arrancada Pro Street usam três estágios para potência adicional, mas cada vez mais estão mudando para a tecnologia progressiva pulsada. Os sistemas progressivos têm a vantagem de utilizar uma quantidade maior de nitro (e combustível) para produzir aumentos de potência ainda maiores conforme a potência e o torque adicionais são introduzidos gradualmente (em oposição a serem aplicados ao motor e à transmissão imediatamente), reduzindo o risco de danos mecânicos choque e, conseqüentemente, danos.
Identificação
Carros com motores equipados com nitro podem ser identificados pela "purga" do sistema de entrega que a maioria dos motoristas executa antes de chegar à linha de partida. Uma válvula separada eletricamente operada é usada para liberar o ar e o óxido nitroso gasoso retidos no sistema de distribuição. Isso leva o óxido nitroso líquido por todo o caminho através do encanamento do tanque de armazenamento para a válvula solenóide ou válvulas que irão liberá-lo no trato de admissão do motor. Quando o sistema de purga é ativado, uma ou mais plumas de óxido nitroso ficam visíveis por um momento enquanto o líquido se transforma em vapor ao ser liberado. O objetivo de uma purga nitrosa é garantir que a quantidade correta de óxido nitroso seja fornecida no momento em que o sistema é ativado, pois o nitro e os jatos de combustível são dimensionados para produzir as relações ar / combustível corretas e, como o nitro líquido é mais denso do que o nitroso gasoso, qualquer o vapor nitroso nas linhas fará com que o carro "atole" por um instante (já que a proporção de nitrogênio / combustível será muito rica reduzindo a potência do motor) até que o óxido nitroso líquido alcance o bico injetor.
Tipos de sistemas nitrosos
Existem duas categorias de sistemas nitrosos: seco e úmido com quatro métodos principais de aplicação de sistemas nitrosos: bico único , porta direta , placa e barra usada para descarregar nitroso nos plenums do coletor de admissão . Quase todos os sistemas nitrosos usam inserções de orifício específicas, chamadas de jatos, junto com cálculos de pressão para medir o nitro, ou nitroso e combustível em aplicações úmidas, fornecidas para criar uma relação ar-combustível (AFR) adequada para a potência adicional desejada.
Seco
Em um sistema nitroso seco , o método de administração de nitrogênio fornece apenas nitrogênio. O combustível extra necessário é introduzido através dos injetores de combustível , mantendo o coletor sem combustível. Esta propriedade é o que dá o nome ao sistema seco. O fluxo de combustível pode ser aumentado aumentando a pressão ou aumentando o tempo em que os injetores de combustível permanecem abertos.
Os sistemas nitrosos a seco geralmente dependem de um único método de injeção de bico, mas todos os quatro métodos principais de distribuição podem ser usados em aplicações a seco. Os sistemas secos não são normalmente usados em aplicações com carburador devido à natureza da função do carburador e à incapacidade de fornecer grandes quantidades de combustível sob demanda. Os sistemas de nitro seco em motores com injeção de combustível usarão pressão de combustível aumentada ou largura de pulso do injetor na ativação do sistema como um meio de fornecer a proporção correta de combustível para o nitro.
Molhado
Em um sistema nitroso úmido , o método de liberação de nitrogênio fornece nitrogênio e combustível juntos, resultando no coletor de admissão sendo "úmido" com combustível, dando à categoria seu nome. Os sistemas nitrosos úmidos podem ser usados em todos os quatro métodos principais de administração.
Em sistemas úmidos em motores de combustível / injeção direta, deve-se tomar cuidado para evitar contra-explosão causados por acúmulo de combustível no trato de admissão ou coletor e / ou distribuição desigual da mistura nitroso / combustível. Os motores de injeção direta e de bombordo têm sistemas de admissão projetados para fornecer apenas ar, não ar e combustível. Uma vez que a maioria dos combustíveis é mais pesada que o ar e não está em estado gasoso quando usada com sistemas nitrosos, ele não se comporta da mesma maneira que o ar sozinho; assim, a possibilidade de o combustível ser distribuído de forma desigual para as câmaras de combustão do motor, causando condições pobres / detonação e / ou acumulação em partes do trato de admissão / coletor, apresentando uma situação perigosa em que o combustível pode ser inflamado de forma incontrolável, causando falha catastrófica dos componentes . Os motores com injeção de carburador e de corpo de borboleta de ponto único / acelerador usam um design de coletor úmido que é projetado para distribuir uniformemente o combustível e as misturas de ar em todas as câmaras de combustão, tornando isso praticamente um problema para essas aplicações.
Bico único
Um sistema nitroso de bico único introduz o nitro ou a mistura combustível / nitroso por meio de um único ponto de injeção. O bocal é normalmente colocado no tubo / trato de admissão após o filtro de ar, antes do coletor de admissão e / ou corpo do acelerador em aplicações de combustível injetado, e após o corpo do acelerador em aplicações com carburador. Em sistemas úmidos, as altas pressões do nitrogênio injetado causam a aerossolização do combustível injetado em tandem através do bico, permitindo uma distribuição mais completa e uniforme da mistura nitroso / combustível.
Porto direto
Um sistema nitroso de porta direta introduz o nitro ou a mistura de combustível / nitroso o mais próximo possível das portas de admissão do motor, por meio de bocais individuais diretamente em cada duto de admissão. Os sistemas nitrosos de porta direta usarão bicos iguais ou semelhantes aos dos sistemas de bocal único, apenas em números iguais ou múltiplos do número de portas de admissão do motor. Como os sistemas de portas diretas não precisam depender do projeto do tubo de admissão / coletor para distribuir uniformemente o nitro ou a mistura combustível / nitroso, eles são inerentemente mais precisos do que outros métodos de entrega. O maior número de bicos também permite que uma maior quantidade total de nitro seja aplicada do que outros sistemas. Vários "estágios" de nitro podem ser realizados usando vários conjuntos de bicos em cada porta de entrada para aumentar ainda mais o potencial de energia. Os sistemas nitrosos de porta direta são o método de aplicação mais comum em aplicações de corrida.
Placa
Um sistema nitroso de placa usa um espaçador colocado em algum lugar entre o corpo do acelerador e as portas de admissão com orifícios perfurados ao longo de suas superfícies internas, ou em um tubo que é suspenso da placa, para que o nitro ou a mistura de combustível / nitroso seja distribuída. Os sistemas de placas fornecem uma solução sem perfuração em comparação com outros métodos de entrega, pois as placas são geralmente específicas da aplicação e se encaixam entre os componentes existentes, como o coletor de admissão do corpo do acelerador ou coletor de admissão superior para coletor de admissão inferior junções. Exigindo pouco mais do que fixadores mais longos, os sistemas de placas são os sistemas mais facilmente revertidos, pois precisam de poucas ou nenhuma mudança permanente no trato de admissão. Dependendo da aplicação, os sistemas de placas podem fornecer uma distribuição precisa de nitro ou de uma mistura de combustível / nitroso semelhante à dos sistemas de porta direta.
Barra
Um sistema de nitrogênio em barra utiliza um tubo oco, com vários orifícios perfurados ao longo de seu comprimento, colocado dentro do duto de admissão para fornecer o nitrogênio. Os métodos de distribuição de nitro em barra são quase exclusivamente sistemas de nitro a seco devido às possibilidades de distribuição de combustível não ideal da barra. Os sistemas nitrosos de barra são populares entre os pilotos que preferem que seu uso de nitro seja escondido, já que o método de distribuição nitroso não é imediatamente aparente e a maioria dos componentes associados do sistema nitroso podem ser ocultados.
Propano ou CNG
Os sistemas nitrosos podem ser usados com um combustível gasoso, como propano ou gás natural comprimido. Isso tem a vantagem de ser tecnicamente um sistema seco , pois o combustível não está no estado líquido quando introduzido no trato de admissão.
Preocupações com confiabilidade
O uso de óxido nitroso traz consigo preocupações sobre a confiabilidade e longevidade de um motor presente com todos os somadores de potência. Devido ao grande aumento das pressões do cilindro, o motor como um todo é submetido a maior estresse, principalmente os componentes associados ao conjunto rotativo do motor. Um motor com componentes incapazes de lidar com o aumento do estresse imposto pelo uso de sistemas nitrosos pode sofrer danos graves ao motor, como pistões rachados ou destruídos, bielas, virabrequins e / ou blocos. O fortalecimento adequado dos componentes do motor, além do fornecimento preciso e adequado de combustível, são essenciais para o uso do sistema nitroso sem falha catastrófica.
Legalidade das ruas
Os sistemas de injeção de óxido nitroso para automóveis são ilegais para uso nas estradas em alguns países. Por exemplo, em Nova Gales do Sul , Austrália, o Código de Práticas da Autoridade de Estradas e Trânsito para Modificações de Veículos Leves (em uso desde 1994) declara na cláusula 3.1.5.7.3 que o uso ou instalação de sistemas de injeção de óxido nitroso não é permitido.
Na Grã-Bretanha, não há restrições ao uso de N
2O , mas a modificação deve ser declarada à seguradora, o que provavelmente resultará em um prêmio mais alto para o seguro de veículos automotores ou na recusa do seguro.
Na Alemanha, apesar das regras rígidas da TÜV , um sistema nitroso pode ser instalado e usado legalmente em um carro de rua. Os requisitos para o padrão técnico do sistema são semelhantes aos das conversões de gás natural pós-venda .
Regras de corrida
Vários órgãos sancionadores em corridas de arrancada permitem ou proíbem o uso de óxido nitroso em certas classes ou têm classes específicas de óxido nitroso. Nitroso é permitido na competição de Fórmula Drift .
História
Uma técnica básica semelhante foi usada durante a Segunda Guerra Mundial por aeronaves da Luftwaffe com o sistema GM-1 para manter a potência dos motores das aeronaves em grandes altitudes, onde a densidade do ar é menor. Conseqüentemente, ele foi usado apenas por aviões especializados, como aeronaves de reconhecimento de alta altitude, bombardeiros de alta velocidade e interceptores de alta altitude. Às vezes, era usado com a forma de injeção de metanol-água da Luftwaffe , designada MW 50 (ambos designados como medidas de aumento de potência de curto prazo de Notleistung ), para produzir aumentos substanciais no desempenho de aviões de combate em curtos períodos de tempo , assim como com seu uso combinado nos protótipos de caça Focke-Wulf Ta 152 H.
O uso britânico de sistemas injetores de óxido nitroso na Segunda Guerra Mundial foram modificações dos motores Merlin realizadas pela Heston Aircraft Company para uso em certas variantes de caça noturno do Mosquito de Havilland e versões PR do Spitfire Supermarine .