This post is also available in: English
نیتروس اکساید در خودروها به‌ویژه در مسابقات برای افزایش شتاب و قدرت موتور استفاده می‌شود. این عبارت همان اکسید نیتروژن است که به “نیترو” هم معروف است. این گاز یک سوخت نیست که با سوختن آن در موتور اتومبیل بتوان انرژی تولید کرد. این گاز با افزایش اکسیژن‌رسانی به موتور، به بهبود عملکرد و کارایی آن کمک می‌کند. این مکمل به نوعی کار توربوشارژر در خودروها را انجام می‌دهد البته به صورت ابتدایی تر و موقتی تر.
نیتروس اکساید چیست؟
نیتروس اکساید (N₂O) که به‌طور معمول به‌عنوان “گاز خنده” نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب شیمیایی است که از دو اتم نیتروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است و گازی بی‌رنگ، بی‌بو و غیرقابل اشتعال است. باوجود خاصیت غیرقابل اشتعال بودن، به دلیل خاصیت اکسندگی در تقویت شعله آتش مؤثر می‌باشد. . این گاز در رده اصلی گازهای گلخانه‌ای قرار داشته و آلوده کننده هوا می‌باشد. در دمای اتاق به شکل گازی بی‌اثر با واکنش‌پذیری بسیار کم، در فشار ۵۰ اتمسفر به‌صورت مایع در سیلندرهای مخصوص نگهداری می‌شود؛ با این وجود با افزایش دما میل به واکنش نیز در این ترکیب زیاد می‌شود.
ویژگی‌ها و کاربردهای نیتروس اکساید
کاربرد پزشکی:
نیتروس اکساید به‌عنوان یک مسکن و آرام‌بخش در دندانپزشکی و برخی از عمل‌های جراحی استفاده می‌شود. شایان ذکر است که نیتروس اکساید یک بیهوش کننده ضعیف به شمار می آید و برای رسیدن به بیهوشی کامل باید با داروهای دیگر ترکیب شود. غلظت‌های متنوع نیتروس اکساید طیفی از اثرات متفاوتی را در بی‌حسی و بیهوشی به‌جا می‌گذارد. این گاز به بیماران کمک می‌کند تا در طول درمان احساس راحتی بیشتری داشته باشند و درد را کمتر احساس کنند. از این گاز در زایمان طبیعی جهت کاهش درد زایمان نیز استفاده می شود. مواردی مانند کاهش فشارخون، تحریک سیستم اعصاب مرکزی و پیامدهایی مانند سرگیجه، سردرد، آپنه تنفسی و عوارض گوارشی مانند تهوع از عوارض پس از مصرف نیتروس اکساید به‌عنوان ضد درد یا داروی بیهوشی است.
صنعت خودرو:
در خودروهای مسابقه‌ای، نیتروس اکساید به‌عنوان یک ماده افزودنی برای افزایش قدرت موتور استفاده می‌شود. اگر این گاز وارد سیلندر خودرو شود، به دلیل دمای زیاد داخل محفظه سیلندر، به اتم های نیتروژن و اکسیژن تجزیه می شود و از طریق واکنشی گرماگیر دمای محفظه احتراق را به هنگام واکنش سوختن به شکل قابل‌توجهی می‌گیرد؛ این کار سبب می‌شود موتور خودرو زیاد داغ نشود. این گاز نیز با افزایش اکسیژن در محفظه احتراق، به بهبود عملکرد موتور کمک می‌کند و شتاب خودرو را افزایش می‌دهد. البته گاز نیتروس اکساید به‌صورت گاز مایع در داخل محفظه‌هایی تحت شرایط فشاری خاصی در موتورِ خودرو نگهداری می‌شود.
صنعت غذایی:
نیتروس اکساید در تولید خامه‌های فشرده و به‌عنوان یک گاز نگهدارنده در برخی از محصولات غذایی نیز کاربرد دارد. همچنین برای بسته‌بندی مواد غذایی و دارویی به دلیل اینکه در برابر باکتری‌ها خاصیت محافظتی دارد به کار می‌رود.
محیط زیست: نیتروس اکساید به‌عنوان یک گاز گلخانه‌ای شناخته می‌شود و می‌تواند به تغییرات اقلیمی و گرم شدن زمین کمک کند. این گاز در جو زمین به‌عنوان یک عامل موثر در افزایش دما عمل می‌کند.
صنایع شیمیایی:
نیتروس اکساید می‌تواند در فرآیندهای شیمیایی به نیتروژن تجزیه شود که این فرآیند معمولاً در حضور کاتالیزورهای مناسب انجام گردد و نیتروژن تولید شده می‌تواند در صنایع مختلف مانند تولید آمونیاک، کودهای شیمیایی و مواد منفجره مورد استفاده قرار گیرد.
همچنین تولید فرآیند استوالد) تولید می‌شود. پیش‌ماده اصلی برای تولید نیترات آمونیوم و ترکیبات نیتروآروماتیک است.'>اسید نیتریک (HNO₃) که یک ماده شیمیایی بسیار مهم است و در تولید کودهای شیمیایی، مواد منفجره، رنگ‌ها و داروها استفاده می‌شود. نیتروس اکساید در فرآیند اکسیداسیون آمونیاک به اسید نیتریک نقش دارد. در این فرآیند، آمونیاک (NH₃) ابتدا به نیتریک اکساید (NO) اکسید می‌شود و سپس نیتریک اکساید به نیتروس اکساید (N₂O) و در نهایت به اسید نیتریک تبدیل می‌شود.
این گاز می‌تواند در برخی واکنش‌های شیمیایی به عنوان کاتالیزور یا جزءی از سیستم کاتالیزوری عمل کند.
1- نیتروس اکساید می‌تواند در واکنش‌های اکسیداسیون انتخابی به عنوان یک اکسیدان ملایم عمل کند. این ویژگی باعث می‌شود که در اکسیداسیون ترکیبات آلی مانند آلکن‌ها، الکل‌ها و آمین‌ها استفاده شود. به عنوان مثال، در اکسیداسیون آلکن‌ها به اپوکسیدها، نیتروس اکساید می‌تواند به عنوان یک اکسیدان موثر عمل کند.
2- در برخی فرآیندهای پلیمریزاسیون، نیتروس اکساید می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور یا آغازگر واکنش عمل کند. به عنوان مثال، در پلیمریزاسیون رادیکالی برخی مونومرها، نیتروس اکساید می‌تواند به عنوان یک آغازگر رادیکالی عمل کند و شروع واکنش پلیمریزاسیون را تسهیل کند.
3- نیتروس اکساید می‌تواند در تولید برخی مواد شیمیایی خاص مانند ترکیبات نیتروژن دار، اپوکسیدها و سایر ترکیبات آلی به عنوان کاتالیزور استفاده شود. این مواد شیمیایی در صنایع مختلف مانند داروسازی، رنگ‌سازی و تولید مواد شیمیایی خاص کاربرد دارند.)
صنایع الکترونیک:
الف) خالص‌سازی گازها: در صنایع الکترونیک، خالص‌سازی گازها یک فرآیند حیاتی است، زیرا ناخالصی‌ها حتی در مقادیر بسیار کم می‌توانند بر عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی تأثیر منفی بگذارند. ن
ب) خنک‌کننده: نیتروس اکساید به دلیل خواص ترمودینامیکی خاص خود، می‌تواند به عنوان یک خنک‌کننده موثر در برخی سیستم‌های خنک‌کننده استفاده شود.
| بیشتر بخوانید: کاربرد نیتروس اکساید در پزشکی و دندان پزشکی |  |
صنایع تفریحی:
نیتروس اکساید (N₂O) که به عنوان **گاز خنده** نیز شناخته می‌شود، در صنایع تفریحی و برخی فعالیت‌های غیرقانونی کاربردهایی دارد. این گاز به دلیل اثرات روان‌گردان و نشاط‌آوری که ایجاد می‌کند، در برخی مراسم و فعالیت‌ها استفاده می‌شود. نیتروس اکساید با استنشاق، اثرات کوتاه‌مدتی مانند احساس سرخوشی، آرامش و خنده‌های غیرقابل کنترل ایجاد می‌کند. این اثرات معمولاً بین ۱ تا ۵ دقیقه طول می‌کشند و به همین دلیل در مهمانی‌ها و مراسم تفریحی به عنوان یک ماده تفریحی استفاده می‌شود.
نیتروس اکساید در برخی موارد به صورت غیرقانونی در ورزش‌ها استفاده می‌شود. این کاربردها معمولاً برای افزایش عملکرد یا کاهش درد در حین فعالیت‌های ورزشی است. برخی ورزشکاران به اشتباه تصور می‌کنند که نیتروس اکساید می‌تواند به افزایش اکسیژن رسانی به عضلات کمک کند و در نتیجه عملکرد آن‌ها را بهبود بخشد. این تصور نادرست است، زیرا نیتروس اکساید به خودی خود باعث افزایش اکسیژن رسانی نمی‌شود. نیتروس اکساید می‌تواند به طور موقت احساس درد و خستگی را کاهش دهد. برخی ورزشکاران از این اثر برای تحمل فشار بیشتر در حین تمرین یا مسابقات استفاده می‌کنند. این کار خطرناک است و می‌تواند به سلامت فرد آسیب برساند. استفاده از نیتروس اکساید در ورزش‌های حرفه‌ای معمولاً ممنوع است و به عنوان دوپینگ محسوب می‌شود. سازمان‌های ورزشی مانند آژانس جهانی مبارزه با دوپینگ (WADAاستفاده از این ماده را در رقابت‌های ورزشی ممنوع کرده‌اند.
مکانیزم عملکرد نیتروس در موتور
تزریق نیتروس اکساید: هنگامی که راننده سوئیچ نیتروس را فعال می‌کند، نیتروس اکساید از سیلندر به نازل‌های تزریق منتقل می‌شود.
تجزیه نیتروس اکساید: در دماهای بالا در محفظه احتراق، نیتروس اکساید تجزیه می‌شود و اکسیژن آزاد می‌کند. این اکسیژن اضافی به سوخت کمک می‌کند تا بهتر بسوزد.
افزایش قدرت: با افزایش اکسیژن در محفظه احتراق، سوخت بیشتری می‌تواند بسوزد و در نتیجه قدرت موتور به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
کنترل و ایمنی: راننده می‌تواند با استفاده از سیستم کنترل، زمان و مقدار تزریق نیتروس اکساید را تنظیم کند. این امر به جلوگیری از آسیب به موتور و اجزای آن کمک می‌کند
انواع سیستم های تزریق نیتروس
تزریق خشک: گاز N₂O به تنهایی وارد مجرای تنفس می‌شود و سیستم سوخت‌رسانی به گونه‌ای تنظیم می‌گردد که سوخت اضافی را وارد کند.
تزریق خیس: گاز N₂O و سوخت اضافی ابتدا با هم مخلوط می‌شوند و از طریق نازل وارد مجرای تنفس می‌گردند.
تزریق مستقیم: برای هر سیلندر یک تزریق‌کننده وجود دارد که گاز N₂O و سوخت اضافی را به محفظه احتراق می‌فرستد. این حالت بیش تر در خودروهای مخصوص مسابقه کاربرد دارد.
اجزای اصلی سیستم نیتروس
سیلندر نیتروس اکساید: نیتروس اکساید در سیلندری تحت فشار ذخیره می‌شود. این سیلندر معمولاً از فولاد یا آلیاژهای مقاوم ساخته شده است و باید به‌طور دورهای پر شود.
شیر تنظیم فشار: این شیر فشار گاز را کنترل می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که نیتروس اکساید به‌طور ایمن و در فشار مناسب به سیستم تزریق می‌شود.
لوله‌های انتقال: لوله‌هایی که نیتروس اکساید را از سیلندر به سیستم تزریق منتقل می‌کنند. این لوله‌ها باید مقاوم در برابر فشار و دما باشند.
نازل‌های تزریق: نازل‌هایی که نیتروس اکساید را به محفظه احتراق تزریق می‌کنند. این نازل‌ها معمولاً در نزدیکی دریچه‌های ورودی نصب می‌شوند.
سیستم کنترل: این سیستم شامل سوئیچ‌ها و سنسورهایی است که به راننده اجازه می‌دهد تا زمان و مقدار تزریق نیتروس اکساید را کنترل کند. برخی از سیستم‌ها به‌صورت خودکار عمل می‌کنند و بر اساس شرایط موتور تنظیم می‌شوند.
مقایسه باسایر روش های افزایش قدرت
نیتروس اکساید (N₂O):
عملکرد سریع: نیتروس اکساید به‌طور ناگهانی قدرت را افزایش می‌دهد و به راننده اجازه می‌دهد تا در زمان‌های خاص مانند شروع مسابقه یا سبقت، شتاب بیشتری بگیرد.
نصب آسان: سیستم‌های نیتروس معمولاً به راحتی نصب می‌شوند و می‌توانند به سرعت به خودرو اضافه شوند.
نیاز به تقویت موتور: برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی، ممکن است نیاز به تقویت قطعات موتور باشد.
سوپرشارژر:
عملکرد پیوسته: سوپرشارژر به‌طور مداوم قدرت را افزایش می‌دهد و به موتور کمک می‌کند تا در تمام دورهای موتور عملکرد بهتری داشته باشد.
فشار و حرارت کمتر: به‌طور کلی، سوپرشارژر فشار و حرارت کمتری به موتور وارد می‌کند و می‌تواند به‌طور مداوم کار کند.
هزینه بالاتر: نصب و نگهداری سوپرشارژر معمولاً هزینه‌برتر از نیتروس اکساید است.
توربوشارژر:
افزایش قدرت با استفاده از گازهای خروجی: توربوشارژر از گازهای خروجی موتور برای افزایش قدرت استفاده می‌کند و به‌طور مداوم قدرت را افزایش می‌دهد.
عملکرد بهینه در دورهای بالا: این سیستم معمولاً در دورهای بالا عملکرد بهتری دارد و می‌تواند به‌طور مداوم قدرت را افزایش دهد.
پیچیدگی نصب: نصب توربوشارژر معمولاً پیچیده‌تر از نیتروس اکساید است و نیاز به تنظیمات دقیق دارد.
مزایا استفاده از نیتروس در خودرو
افزایش قدرت موتور: نیتروس اکساید به دلیل افزایش اکسیژن در محفظه احتراق، قدرت موتور را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
بهبود شتاب: با تزریق نیتروس اکساید، شتاب خودرو به طور آنی افزایش می‌یابد که این امر در مسابقات بسیار حائز اهمیت است.
عملکرد بهتر در شرایط خاص: در شرایطی که نیاز به قدرت بیشتری وجود دارد، نیتروس اکساید می‌تواند به عنوان یک مکمل موثر عمل کند.
نصب و راه اندازی آسان: سیستم های نیتروس اکساید معمولا به راحتی نصب می شند و می توانند به سرعت خودرو اضافه شوند.
ملاحظات ایمنی و فنی
تنظیمات موتور: برای استفاده از نیتروس اکساید، موتور باید به‌طور مناسب تنظیم شود تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود.
فشار و دما: نیتروس اکساید باید در فشار و دمای مناسب نگهداری شود تا از تبدیل آن به حالت مایع جلوگیری شود.
نظارت بر عملکرد: در هنگام استفاده از نیتروس اکساید، راننده باید به دور موتور و وضعیت خودرو توجه کند تا از بروز مشکلات جلوگیری شود.
استفاده از سوخت با اکتان بالا و تنظیم جرقه‌زنی: برای جلوگیری از ناک زدن موتور ضروری است.
چالش ها و محدودیت ها
نیتروس اکساید در خودروها می‌تواند چالش‌ها و محدودیت‌هایی داشته باشد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به فشار و حرارت بالایی که به موتور وارد می‌کند و احتمال آسیب به اجزای آن اشاره کرد. همچنین، نیاز به تقویت قطعات موتور و استفاده صحیح از سیستم نیز از محدودیت‌های این فناوری است. 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.
| حتما بخوانید: مخازن ذخیره کرایوژنیک |
آینده استفاده از نیتروس در خودرو سازی
توسعه فناوری: با پیشرفت فناوری، سیستم‌های نیتروس اکساید بهبود یافته و کارایی بیشتری خواهند داشت. این به معنای طراحی سیستم‌های هوشمندتر و کارآمدتر برای مدیریت تزریق نیتروس و سوخت است.
کاهش هزینه‌ها: با افزایش تولید و رقابت در بازار، هزینه‌های مربوط به نصب و نگهداری سیستم‌های نیتروس اکساید ممکن است کاهش یابد، که این امر می‌تواند دسترسی بیشتری به این فناوری را فراهم کند.
توجه به محیط زیست: با افزایش نگرانی‌ها درباره آلودگی و تغییرات اقلیمی، ممکن است تحقیقات بیشتری در زمینه استفاده از نیتروس اکساید به عنوان یک راه‌حل پاک‌تر و کارآمدتر در خودروها انجام شود.
استفاده در خودروهای برقی: نیتروس اکساید ممکن است به عنوان یک مکمل برای خودروهای برقی در آینده مورد استفاده قرار گیرد تا به افزایش قدرت و عملکرد آن‌ها کمک کند.
قوانین و مقررات: تغییرات در قوانین و مقررات مربوط به استفاده از نیتروس اکساید در خودروها می‌تواند بر آینده این فناوری تأثیر بگذارد. ممکن است نیاز به استانداردهای جدید برای ایمنی و کارایی وجود داشته باشد.
نیتروس اکساید به‌عنوان یک روش سریع و مؤثر برای افزایش قدرت موتور شناخته می‌شود، اما ممکن است فشار و حرارت بیشتری به موتور وارد کند. در مقابل، سوپرشارژر و توربوشارژر به‌طور مداوم قدرت را افزایش می‌دهند و معمولاً فشار و حرارت کمتری به موتور وارد می‌کنند، اما هزینه و پیچیدگی بیشتری دارند. انتخاب بین این روش‌ها بستگی به نیازها و شرایط خاص هر راننده و خودرو دارد.
————————————————–
منابع: