Tăng công suất động cơ với NOS

Nguyên lý

 

Để đốt hết một lượng nhiên liệu nhất định, cần phải có một lượng không khí (oxi) vừa đủ. Hỗn hợp không khí và nhiên liệu nạp vào động cơ theo đúng tỷ lệ trên được gọi là hỗn hợp trung hòa. Nếu lượng không khí nạp vào nhiều hơn lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết nhiên liệu thì hỗn hợp được gọi là “nghèo” nhiên liệu (hệ số dư lượng không khí lớn hơn 1). Ngược lại thì hỗn hợp được gọi là “giàu” nhiên liệu. Trong trường hợp này, sau khi cháy, nhiên liệu còn thừa sẽ bị thải ra bên ngoài, vừa gây ô nhiễm lại vừa hao phí.

 

Giải pháp

 

Để tăng công suất của động cơ, thường ta luôn nghĩ đến việc làm sao để đốt được nhiều nhiên liệu hơn, tức là phải nạp được nhiều nhiên liệu hơn, điều này là tương đối đơn giản, chỉ việc phun thêm nhiên liệu. Tuy nhiên, vấn đề là ở chổ không khí. Đối với các loại động cơ nạp thông thường (không tăng áp), lượng không khí nạp vào là có giới hạn. Cũng chính vì giới hạn này mà từ lâu người ta đã nghĩ ra nhiều cách đưa thêm không khí vào buồng cháy động cơ. Turbo và superchanger chính là những ví dụ.

 

 Nút bấm kích hoạt NOS màu đỏ trên vô lăng    (Ảnh Holley)

 

Xét về nguyên lý dẫn động, turbo và supercharge có khác nhau (một dẫn động bằng khí thải và một dẫn động bằng trục khuỷu của động cơ) nhưng khi xét về mục đích, cả hai hệ thống này là hoàn toàn giống nhau: nén không khí đến áp suất cao hơn trước khi nạp vào động cơ. Áp suất không khí cao hơn đồng nghĩa với mật độ không khí  lớn hơn, tức nhiều oxi hơn với cùng một thể tích buồng cháy, cho phép động cơ có thể đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, công suất từ đó cũng tăng lên. Tuy nhiên, áp suất nén của turbo và supercharge cũng có giới hạn và dường như vẫn chưa thể đáp ứng được những đòi hỏi của những người ham hố tốc độ hay các tay đua chuyên nghiệp. Lúc này, NOS (Nitrous Oxide System) chính là một lựa chọn tối ưu!

 

NOS là gì?

 

Về cơ bản, NOS cũng chỉ là một hệ thống có nhiệm vụ đưa được nhiều oxi hơn vào buồng cháy, thông qua việc phun N2O vào ngay trước cửa nạp của động cơ. Có nhiều quan điểm sai trái về hệ thống này, phổ biến nhất có lẽ là quan điểm cho rằng N2O là một loại nhiên liệu. Thực tế, Nitrous Oxide là một loại khí không màu, không cháy, có mùi thơm nhẹ, không độc và không gây bỏng rát. Tuy nhiên , khi hít phải một lượng nhỏ, N2O có thể gây phấn khích, kích động nhẹ và gây cười “vô cớ”. Chính vì vậy mà N2O có một cái “nickname” rất thú vị: “khí cười” hay còn gọi là “khí tê” (laughing gas).

 

 Vậy tại sao N2O có thể gia tăng công suất động cơ? Khi đốt nóng đến nhiệt độ khoảng 300 độ C, N2O sẽ bị nhiệt phân và chuyển thành Nitơ cùng Oxi đơn chất. Nếu phun N2O ngay trước cửa nạp của buồng cháy, quá trình hút sẽ cuốn N2O vào trong. Ở kỳ nén, khi nhiệt độ không khí bên trong buồng cháy đạt đến tầm 300 độ C, một hỗn hợp khí giàu Oxi sẽ được tạo ra. Trong N2O, Oxi chiếm 36% khối lượng nhưng ở không khí Oxi chỉ chiếm 23% khối lượng, quan trọng hơn, với cùng một nhiệt độ và áp suất, mật độ phân tử của N2O cao hơn mật độ phân tử của không khí khoảng 50%. Chính vì vậy, lượng Oxi chứa trong 28,3 lít (1 foot khối) N2O cao gấp 2,3 lần so với lượng Oxi chứa trong 28,3 lít không khí. Từ đó, nếu tính sơ bộ, chỉ cần thay một lượng nhỏ không khí bằng N2O là chúng ta có thể nạp thêm một lượng nhiên liệu rất đáng kể nạp vào buồng đốt. Hiệu quả của phương pháp này cũng giống như phương pháp độ thêm turbo, supercharge hoặc tăng tỷ số nén của động cơ, nhưng cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, NOS chỉ làm tăng công suất tức thời của động cơ, giúp xe tăng tốc cực nhanh ở thời điểm hệ thống NOS được kích hoạt. Và do đó, N2O hoàn toàn không phải là một loại nhiên liệu, không phải vật cháy, mà là một tác nhân gây cháy.

 

NOS giúp xe tăng tốc cực nhanh ở thời điểm kích hoạt    (Ảnh Holley) 

 

Đôi nét về sự ra đời của NOS

 

Cách phun N2O vào buồng cháy để  tăng công suất động cơ được ngành công nghiệp hàng không của Đức Quốc Xã phát hiện vào những năm đầu của cuộc chiến tranh thế giới lần thứ hai. Hàng ngàn máy bay chiến đấu và máy bay trinh sát của Đức đã được trang bị hệ thống có tên gọi là “GM-1”. Chính hệ thống này đã nạp N2O vào động cơ máy bay để bù lại lượng oxi bị thiếu hụt do mật độ không khí loãng dần khi máy bay hoạt động ở vị trí cao hơn rất nhiều so với mực nước biển. Không lực Hoàng gia Anh sau đó cũng đã sử dụng N2O để tăng công suất cho các loại động cơ máy bay của họ. Tuy nhiên, Không quân Hoa kỳ lại không sử dụng N2O, ngoại trừ các cuộc thử nghiệm rất hạn chế vì họ còn nghi ngờ tính an toàn của phương pháp này. Bởi không giống các loại phương tiện di chuyển trên mặt đất, bất kỳ một sai sót kỹ thuật nào cũng có thể dẫn đến những hậu quả rất tồi tệ, đặc biệt là ở phần động cơ, khi máy bay đang hoạt động. Ô tô thì khác, suốt những năm 50 của thế kỷ trước, tại Mỹ, tay đua lừng danh Smokey Yunick đã “âm thầm” sử dụng N2O có chủ đích để dành rất nhiều chiến thắng cho đến khi bị phát hiện và bị cấm theo luật của NASCAR. Mặc dù bị cấm nhưng vẫn có nhiều vụ bê bối xoay quanh vấn đề N2O ở NASCAR trong các năm sau đó vì tính hiệu quả của nó.

 

Hiện nay, NOS chưa được phổ biến tại Việt Nam, tuy nhiên, nó không mấy xa lạ đối với những tay ham thích tốc độ hay dân chơi xe chuyên nghiệp ở các nước Âu - Mỹ.

 

Lý Quốc Vũ