دی نیتروژن مونوکسید ، مونوکسید دی نیتروژن یا نیتروز اکساید یا گاز خنده (N۲O)

 یکی از ترکیبات نیتروژن است که اولین بار در سال ۱۷۹۹ در دندانپزشکی استفاده شد. امروزه از آن در پزشکی برای القا و ادامهٔ بیهوشی‌ استفاده می‌شود. این دارو همچنین با مقادیر مصرف کم به‌عنوان ضددرد در اعمال جراحی زنان و زایمان و برای عمل جراحی که در آنها به بیهوشی کامل بیمار نیاز نیست، مصرف می‌شود.

نیتروژن اکسید (N۲O) گازی بی‌رنگ، بی‌بو و غیرقابل‌اشتعال است. N۲O سمّی نیست اما خنده‌آور است. این گاز در ردهٔ اصلی گازهای گلخانه‌ای قرار داشته و آلوده کنندهٔ هوا می‌باشد.

شاید مخترع این سیستم آقای پورشه باشد که آن را در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار داد. در آن زمان هواپیماهای آلمانی به علت کندی حرکت نمی‌توانستند از پس هواپیمای دشمن بر آیند. در این موقع بود که آقای پورشه به داد ارتش آلمان رسید و با این سیستم توانست هواپیماهای آلمانی را نجات دهد. در آن زمان موتور اکثر هواپیماها موتورهای شعاعی بوده که مکانیزم کاری درست شبیه موتورهای اتومبیل دارند.

کاربرد نیتروژن اکسید در تقویت خودرو

یکی از موارد کاربرد N۲O در تقویت خودرو است. نیتروژن اکسید یک سوخت نیست که با سوختن آن در موتور اتومبیل بتوان انرژی تولید کرد. این گاز وقتی وارد سیلندر می‌شود، به دلیل گرمای زیاد داخل محفظه به اتم اکسیژن و نیتروژن تجزیه می‌گردد. در این تجزیه پیوند بین اتم‌ها شکسته می‌شود. این عمل با گرفتن گرما از سیلندر همراه است در نتیجه دمای محفظهٔ احتراق کم می‌شود و خیلی سریع اتم‌های فعال اکسیژن با هم ترکیب شده و مولکول O۲ را به وجود می آورند. 

احتراق به وسیله مخلوط شدن سوخت و هوا در محفظه احتراق صورت می‌گیرد، یک موتور با احتراق سوخت و در نتیجه فشار دادن پیستون به سمت پایین به گردش در‌می‌آید. آیا می‌خواهید به اسب بخار بیشتری دست پیدا کنید؟ پس از سوخت بیشتری استفاده کنید تا پیستون با قدرت بیشتری به سمت پایین بیاید. این راه حل تولید قدرت بیشتر توسط موتور است، اما تولید چنین قدرتی بدون اکسیژن خیلی زیاد غیرممکن خواهد بود. وقتی نیترو وارد موتور می‌شود تجزیه شده و اکسیژن آن آزاد می‌شود. در نتیجه موتور به اکسیژن بیشتری دست پیدا کرده و احتراق قوی‌تری رخ می‌دهد.

حال اگر ما مقداری سوخت اضافی وارد سیلندر کنیم می‌توانیم با گاز اکسیژن حاصله، سوخت اضافی را بسوزانیم و نیروی بیش تری تولید کنیم. توجه داشته باشید که سوزاندن سوخت اضافی زمانی ممکن می‌شود که دمای سیلندر پایین باشد و تجزیهٔ نیتروژن اکسید این حالت را فراهم می‌آورد. در این فرایند گاز نیتروژن هیچ نقشی در انفجار نخواهد داشت!

برخلاف تصور عده‌ای این گاز در موتور نمی‌سوزد بلکه تجزیه می‌شود. عده‌ای این گاز را نیز به نام NOS می‌شناسند که کاملاً اشتباه است.NOS مخففOxide System Nitrous بوده که نامی ثبت شده برای این سیستم است. فرمول این گاز N2O و وجود دو مولکول نیتروژن و یک مولکول اکسیژن می‌تواند کارهای زیادی انجام دهد.

N۲O در محفظه‌های تحت فشاری به نام Bottle Heaters یا Bottle Warmers در خودرو نگهداری می‌شود.

فشار داخل این محفظه باید بین ۸۵۰ تا ۱۱۰۰ psi باشد تا بتواند گاز را در حالت مایع نگاه دارد. گاز ازطریق شلنگ تحت فشار به مجرای تفس موتور (و یا خود سیلندر) تزریق می‌شود. به هنگام تزریق نیتروژن اکسید، این گاز از حالت مایع به گاز می‌رود چون نقطهٔ جوش آن در حدود منفی ۸۴ درجهٔ سانتی گراد است. در این تغییر فاز، دمای مخلوط هوا کاهش می یابد و درنتیجه فرایند انفجار بهتر صورت می گیرد.

عمل تزریق با سوئیچ‌های کنترلی داخل خودرو انجام می‌شود که وصل شدن سوئیچ موجب فعال شدن سیم پیچ (سولنوئید)های مربوط به نیتروژن اکسید می‌گردد. یک کنترلر قابل برنامه ریزی نیز حجم افزودن گاز نیتروژن اکسید را تعیین می کند. این کنترل کننده می‌تواند از نوع پیش رونده (Progressive) باشد که به طور تصاعدی حجم گاز را افزایش می‌دهد و یا از نوع دو مرحله ای باشد که طی دو مرحله حجم گاز را به حداکثر می رساند.

نیتروژن اکسید به سه صورت به موتور تزریق می‌شود :

۱-تزریق خشک: در این حالت، گاز N۲O به تنهایی وارد مجرای تنفس می‌شود و سیستم سوخت رسانی به گونه‌ای تنظیم می‌گردد که سوخت اضافی را وارد موتور کند.

۲-تزریق خیس: در این تزریق، گاز N۲O و سوخت اضافی ابتدا با هم مخلوط می‌شوند و از راه نازل وارد مجاری تنفس می گردند.

۳-تزریق مستقیم: در این حالت برای هر سیلندر یک تزریق کننده وجود دارد به طوری که از هر یک از این نازل ها، گاز N۲O به علاوهٔ سوخت اضافی وارد محفظهٔ احتراق می‌شود. این حالت بیش تر در خودروهای مخصوص مسابقه کاربرد دارد.

در حین عمل احتراق در یک موتور در حدود ۳۰۰ درجه سلسیوس اکسید نیتروژن و نیتروژن و اکسیژن تداخل می‌کند. اکسیژن بسیار زیاد با اجازه دادن به مقدار بیشتری سوخت برای احتراق باعث تولید قدرت زیادی می‌شود قدرت همیشه از منبعی به نام سوخت به وجود می‌آید. اگر شما فقط اکسید نیتروژن را داشته باشید و بنزین را اضافه نکنید قدرت زیادی تولید نمی‌شود و شما قدرت را در حدی که با سوخت معمولی حرکت می‌کنید دریافت خواهید کرد. به طور کلی اکسید نیتروژن به شما امکان می‌دهد تا مقدار بهتری از سوخت را در همان زمان معمولی مصرف کنید.

در اینجا این سوال پیش می‌آید که چرا فقط از اکسیژن استفاده نمی‌شود؟

در جواب این سوال باید گفت در یک فورد ماستنگ از اکسیژن خالص استفاده شد نتیجه امر آب شدن کامل موتور بود. وقتی اکسیژن خالص استفاده می‌شود حرارت بسیار زیادی تولید شده که باعث آب شدن موتور می‌شود.

اکسید نیتروژن همان طور که گفته شد یک گاز معمولی است و برای استفاده از آن در اتومبیل، گاز مورد نظر در مقدار بسیار زیادی داخل کپسول بسیار فشرده شده و توسط یک شیلنگ فشار قوی به ورودی موتور متصل می‌شود.

وقتی شما درخواست نیترو می‌کنید یک سیم پیچ الکترونیکی وظیفه انتقال نیتروس به داخل موتور را دارد. در سیستم‌های مرطوب یک شیلنگ سوخت مخصوص (جدا از شیلنگ نیترو) کنترل شده توسط یک سیم پیچ دیگر، سوخت را به داخل موتور همزمان با ورود نیترو منتقل می‌کند. در حقیقت سولنوئید سیستم مرطوب دو ورودی و یک خروجی دارد.

انواع سیستم های نیتروژن اکساید متداول روی خودرو :

در مجموع سیستم‌های نیترو به چند دسته کلی تقسیم می‌شوند.

1- سیستم خشک که کمتر کاربرد دارد.
2- سیستم مرطوب که بیشتر رایج است.
3- سیستم های تخلیط با CNG و پروپان.

سیستم خشک تزریق نیتروس اکساید :

یک سیستم خشک نیترو به طور کلی یعنی تزریق تنها اکسید نیتروژن توسط یک شیلنگ خروجی به داخل منیفولد ورودی هوا. در این سیستم سوخت دیگری به منیفولد هوا تزریق نمی‌شود فقط از یک نازل یا سوپاپ برقی برای نیترو استفاده می‌شود. در یک سیستم خشک نیترو، سوخت اضافی مورد نیاز با افزایش مقدار سوخت در سیستم انژکتور OEM زمانی که سیستم نیترو فعال است تامین می‌شود.

OEM یکی از کمپانی‌های تولید لوازم تیونینگ خودرو بوده که سیستم نیترو و متعلقات آن را نیز تولید می‌کند. چون این سیستم نیاز به سیستم انژکتوری مخصوصی داشته تا سوخت مورد نظر را تامین کند انژکتور و متعلقات آن نیز توسط این کمپانی تولید می‌شود. در مجموع باید گفت سیستم خشک بسیار ارزان بوده و نصب بسیار ساده‌ای دارد. در مقابل افزایش قدرت آن نیز همچون قیمتش کمتر است.

سیستم مرطوب تزریق نیتروس اکساید :

در سیستم‌های مرطوب اکسید نیتروژن و سوخت از یک شیلنگ تزریق می‌شود و به 2 نوع  Wet single-point و Wet direct port تقسیم می شود.تفاوت این 2 در ارسال مجزا یا مخلوط شده سوخت و نیتروس اکساید به سیلندر است و نوع Direct Port قدرت بیشتری دارد.

در این سیستم دو مسیر وجود دارد: یکی برای نیتروس و دیگری برای سوخت. دو ورودی به سوپاپ برقی متصل می‌شود. یک ورودی برای گاز نیترو و یکی برای بنزین و سوخت مورد نیاز در زمان فرایند تزریق.

سیستم‌های مرطوب هوای منیفولد را با سوخت مرطوب می‌کنند. در حقیقت این سیستم با اسپری کردن سوخت در داخل منیفولد هوا را با سوخت سنگین کرده و آن را مرطوب می‌کند. در این حالت در زمان تزریق گاز نیترو سوخت مورد نیاز به راحتی تامین شده و قدرتی بسیار زیاد تولید می‌شود.

سیستم‌های مرطوب نیتروس بهترین استفاده را با سیستم‌های سوختگیری طراحی شده برای توربو و سوپرچارجر دارند. در تمامی سیستم‌های پرخورانی به دلیل ورود هوای بیشتر به موتور سوخت بیشتری مورد نیاز است همچنین گاز نیترو نیز در این سیستم‌ها بسیار بهتر جواب می‌دهد. نکته‌ای که شایان ذکر است شرایط موتور در زمان استفاده از نیترو است. بسیاری از قطعات باید تعویض و تقویت شوند تا در زمان افزایش قدرت ناگهانی موتور آسیب ندیده و دچار مشکل نشود. کپسول‌های حاوی نیترو پس از خالی شدن دوباره شارژ شده و نصب می‌شوند. این سیستم اگر به صورت صحیح نصب شود ضرری برای موتور نداشته و می‌تواند قدرت موتور را در مواقع لزوم چند برابر کند.

سیستم اختلاط نیتروس اکساید و CNG یا پروپان :

اختلاط نیتروس اکساید با انواع سیستم های گازسوز نیز یکی از روش های استفاده شده است.

مضرات و نگرانی های سیستم های نیتروس اکساید روی خودرو :

سیستم نیتروژن اکسید در تقویت خودرو اگر به درستی به کار گرفته شود، مشکلی برای موتور ایجاد نمی‌کند. این امر زمانی ممکن است که سیستم را با ساختار موتور هماهنگ کنید و از یک پک N۲O مناسب با تجهیزات حفاظتی استفاده نمایید.

اما بصورت کلی سیستم های نیتروس اکساید فشار زیادی به موتور و اجزاء آن وارد کرده و حرارت بالایی ایجاد می کنند، همچنین تنش و ضربه زیادی در هنگام فعال شدن آن روی موتور وارد می شود.بریدن شاتون و میل لنگ ، کف سوزی و آسیب دیدن پیستون ، ذوب شدن و تغییر ابعادی ساق های سوپاپ ها ، فشار زیاد به سیستم تخلیه دود تقویت نشده ، انفجار و نشت کپسول نیتروس اکساید و ... از نگرانی هایی هستند که در صورت نصب یک سیستم تزریق نیتروس اکساید محاسبه نشده ایجاد می شوند.