Un motor de óxido nitroso, o sistema de óxido nitroso ( 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, así como del aire. El sistema aumenta la potencia del motor al permitir que el combustible se queme a un ritmo superior al normal, debido a la mayor presión parcial de oxígeno inyectada con la mezcla de combustible . [1] Los sistemas de inyección de nitroso 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 NOS no esté permitido para uso en calles o carreteras, según las regulaciones locales. El uso de N 2 O está permitido en ciertas clases de carreras de autos. El funcionamiento confiable de un motor con inyección de nitroso requiere atención cuidadosa 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 diseñados para los componentes. Los sistemas de óxido nitroso se aplicaron ya en la Segunda Guerra Mundial para determinados motores de aviones.
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 en el rendimiento automotriz, y se ha convertido en un término genérico. marca comercial . A veces también se utiliza nitro , aunque de forma incorrecta, ya que se refiere más a motores de nitrometano .
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, siendo el resto nitrógeno y otros gases igualmente no combustibles y que no favorecen la combustión, permite un nivel máximo de oxígeno un 12 por ciento menor que el del óxido nitroso. Este oxígeno favorece la combustión; se combina con combustibles como gasolina, alcohol, diésel , propano o gas natural comprimido (GNC) para producir dióxido de carbono y vapor de agua, además de 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 en forma líquida en tanques, pero en condiciones atmosféricas es un gas. Cuando se inyecta como líquido en un colector de entrada, la vaporización y 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 lo 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 no quemado y el 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 usar en múltiples (llamados kits de dos, tres o incluso cuatro etapas). Los sistemas más avanzados están controlados por una unidad electrónica de entrega progresiva que permite que un solo kit funcione mejor que varios kits. La mayoría de los autos de carreras Pro Mod y algunos Pro Street drag usan tres etapas para obtener potencia adicional, pero cada vez más están cambiando a 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 se introducen gradualmente la potencia y el par adicionales (en lugar de aplicarse al motor y la transmisión inmediatamente), lo que reduce el riesgo de daños mecánicos. shock y, en consecuencia, daños.
Los automóviles con motores equipados con nitroso pueden identificarse por la "purga" del sistema de entrega que la mayoría de los conductores realizan antes de llegar a la línea de salida. Se utiliza una válvula independiente operada eléctricamente para liberar el aire y el óxido nitroso gaseoso atrapado en el sistema de suministro. Esto lleva el óxido nitroso líquido a través de las tuberías 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 garantizar que se entregue la cantidad correcta de óxido nitroso en el momento en que se activa el sistema, ya que los chorros de nitroso y combustible están dimensionados para producir 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 "atasque" por un instante (ya que la relación nitroso/combustible será demasiado rica, lo que reducirá la potencia del motor) hasta que el óxido nitroso líquido llegue a la boquilla de inyección.
Hay dos categorías de sistemas nitrosos: secos y húmedos con cuatro métodos principales de entrega 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 utilizan insertos de orificios específicos, llamados chorros, junto con cálculos de presión para medir el nitroso, o el nitroso y el combustible en aplicaciones húmedas, entregados para crear una relación aire-combustible (AFR) adecuada para los caballos de fuerza adicionales deseados.
En un sistema de nitroso seco , el método de administración de nitroso proporciona únicamente nitroso. El combustible extra 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 nitroso seco generalmente dependen de un método de suministro con una sola boquilla, pero los cuatro métodos de suministro principales se pueden usar en aplicaciones secas. Los sistemas secos no se suelen utilizar en aplicaciones con carburador debido a la naturaleza de la función del carburador y a la incapacidad de proporcionar grandes cantidades de combustible bajo demanda. Los sistemas de nitroso seco en motores de inyección de combustible utilizarán una mayor presión de combustible o ancho de pulso del inyector al activar el sistema como un medio para proporcionar la proporción correcta de combustible para el nitroso.
En un sistema de nitroso húmedo , el método de suministro de nitroso proporciona nitroso y combustible juntos, lo que hace que el colector de admisión quede "mojado" con combustible, lo que da nombre a la categoría. Los sistemas de nitroso húmedo se pueden utilizar en los cuatro métodos principales de administración.
En sistemas húmedos en motores de combustible/inyección directa, se debe tener cuidado para evitar explosiones causadas por la acumulación de combustible en el tracto de admisión o el colector y/o la distribución desigual de la mezcla de nitroso/combustible. Los motores de puerto y de inyección directa de combustible 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 utilizan con sistemas nitrosos, no se comportan de la misma manera que el aire solo; por lo tanto, la posibilidad de que el combustible se distribuya de manera desigual a las cámaras de combustión del motor provoque condiciones pobres/detonación y/o acumulación en partes del tracto de admisión/colector, presentando una situación peligrosa en la que el combustible puede encenderse incontrolablemente causando fallas catastróficas en los componentes. . Los motores con carburador y con inyección de cuerpo de acelerador/punto único utilizan un diseño de colector húmedo diseñado para distribuir uniformemente las mezclas de combustible y aire a todas las cámaras de combustión, lo que hace que esto no sea un problema para estas aplicaciones.
Un sistema nitroso de boquilla única introduce el nitroso o la mezcla de combustible/nitroso a través de un único punto de inyección. La boquilla generalmente se coloca en el tubo/tracto de admisión después del filtro de aire, antes del colector de admisión y/o del 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 de nitroso y combustible.
Un sistema de nitroso de puerto directo introduce el nitroso o la mezcla de combustible/nitroso lo más cerca posible de los puertos de admisión del motor a través de boquillas individuales directamente en cada corredor de admisión. Los sistemas nitrosos de puerto directo utilizarán boquillas iguales o similares a las de los sistemas de boquilla única, solo que en números iguales o 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. La mayor cantidad de boquillas también permite entregar una mayor cantidad total de nitroso que otros sistemas. Se pueden lograr múltiples "etapas" de nitroso utilizando múltiples juegos de boquillas en cada puerto de entrada para aumentar aún más el potencial de energía. Los sistemas nitrosos de puerto directo son el método de entrega más común en aplicaciones de carreras.
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 el nitroso o la mezcla de combustible/nitroso. Los sistemas de placas proporcionan una solución sin taladros en comparación con otros métodos de entrega, ya que las placas generalmente son específicas para cada aplicación y se ajustan entre componentes existentes, como el cuerpo del acelerador al colector de admisión o el colector de admisión superior al colector de admisión inferior. uniones. Los sistemas de placas, que requieren poco más que sujetadores más largos, son los más fáciles de revertir, ya que necesitan pocos o ningún cambio permanente en el tracto de admisión. Dependiendo de la aplicación, los sistemas de placas pueden proporcionar una distribución precisa de nitroso o de mezcla de combustible/nitroso similar a la de los sistemas de puerto directo.
Un sistema de barra de nitroso utiliza un tubo hueco, con varios orificios perforados a lo largo de su longitud, colocado dentro de la cámara de admisión para suministrar nitroso. Los métodos de suministro de nitroso en barra son casi exclusivamente sistemas de nitroso seco debido a las posibilidades de distribución de combustible no óptimas de la barra. Los sistemas de barra nitrosa son populares entre los corredores que prefieren que su uso de nitroso esté oculto, ya que el método de distribución de nitroso no es evidente de inmediato y la mayoría de los componentes asociados del sistema nitroso pueden quedar ocultos a la vista.
Los sistemas nitrosos se pueden utilizar con un combustible gaseoso como propano o gas natural comprimido. 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.
El uso de óxido nitroso conlleva preocupaciones sobre la confiabilidad y longevidad de un motor presente en 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 aquellos componentes asociados con el conjunto giratorio del motor. Un motor con componentes que no pueden hacer frente al aumento de tensión impuesto por el uso de sistemas nitrosos puede sufrir daños importantes en el motor, como pistones, bielas, cigüeñales y/o bloques agrietados o destruidos. El fortalecimiento adecuado de los componentes del motor, además de un suministro de combustible adecuado y preciso, son claves para el uso del sistema nitroso sin fallas catastróficas.
Además, el óxido nitroso no debe utilizarse en vehículos con transmisión automática , ya que el gran aumento de la potencia y el par del motor pueden provocar daños por tensión en el convertidor de par y en la propia transmisión.
Los sistemas de inyección de óxido nitroso para automóviles son ilegales para su uso en carreteras en algunos países. Por ejemplo, en Nueva Gales del Sur , Australia, el Código de prácticas de la Autoridad de Carreteras y Tráfico 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 instalación de sistemas de inyección de óxido nitroso. [2]
En Gran Bretaña no existen restricciones sobre el uso de N.
2O , pero la modificación debe ser declarada a la compañía de seguros, lo que probablemente resultará en una prima más alta para el seguro de Vehículos de Motor o en la negativa a asegurar.
En Alemania, a pesar de las 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 no originales .
Varios organismos sancionadores en las carreras de resistencia permiten o no permiten el uso de óxido nitroso en ciertas clases o tienen clases específicas de óxido nitroso. El nitroso está permitido en la competición Formula Drift .
Los aviones de la Luftwaffe utilizaron una técnica básica similar durante la Segunda Guerra Mundial con el sistema GM-1 para mantener la potencia de los motores de los aviones a gran altitud, donde la densidad del aire es menor. En consecuencia, sólo fue utilizado por aviones especializados como aviones de reconocimiento de gran altitud, bombarderos de alta velocidad e interceptores de gran altitud. A veces se usaba con la forma de inyección de agua y metanol de la Luftwaffe , designada MW 50 (ambas concebidas como medidas de aumento de potencia a corto plazo de Notleistung ), para producir aumentos sustanciales en el rendimiento de los aviones de combate en cortos períodos de tiempo , al igual que con su uso combinado. sobre los prototipos del caza Focke-Wulf Ta 152 H. [3]
El uso británico de sistemas de inyectores de óxido nitroso en la Segunda Guerra Mundial fueron modificaciones de los motores Merlin realizadas por Heston Aircraft Company para su uso en ciertas variantes de caza nocturno del De Havilland Mosquito y las versiones PR del Supermarine Spitfire .