NOS : แรงม้าอัดกระป๋อง​

"Nitrous Oxide System" (ไนตรัสออกไซด์ ซิสเต็ม) หรือที่รู้จักกันในวงการรถซิ่งว่า "NOS"* จัดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ "NOS" ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงมากๆ แรงม้าที่ "NOS" สร้างได้นั้น มีตั้งแต่หลักสิบตัวไปจนถึงหลักร้อยตัวเลยทีเดียว แรงม้าเหล่านี้เกิดจากการฉีดแก๊สที่เรียกว่า "Nitrous" (ไนตรัส) เข้าไปในท่อร่วมไอดี ซึ่งจะสามารถเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ได้อย่างมหาศาลในช่วงระยะเวลาสั้นๆ และด้วยการที่มีหลักการทำงานไม่ซับซ้อนและการติดตั้งที่ไม่ยุ่งยากมากนัก ทำให้ "NOS" ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในวงการรถแข่ง โดยเฉพาะรถสายแดร็ก ซึ่งไม่ต้องการอะไรไปมากกว่า "แรงม้า" เพราะฉะนั้น "NOS" จึงถือเป็นหนึ่งใน "อาวุธประจำกาย" ของรถสายแดร็กอย่างไม่น่าสงสัย

10-themes.com


x-drl.com​

(*ความจริงแล้ว NOS ย่อมาจาก "Nitrous Oxide Systems" ซึ่งเป็นชื่อของบริษัทที่เป็นผู้บุกเบิกการใช้ NOS ในวงการแข่งรถ อย่างไรก็ตาม ในบทความนี้ผมจะขอใช้คำว่า NOS แทนคำว่า "ไนตรัสออกไซด์" เพื่อให้ง่ายและสะดวกต่อการทำความเข้าใจ)

ม้าฝูงใหญ่จะถูกเสกขึ้นมาราวกับว่าเล่นมายากล และก่อนที่คุณจะรู้ตัว... คุณก็ได้ถูกฝูงม้าปีศาจดึงไปจนหลังติดเบาะเรียบร้อยแล้ว...​

NOS หรือ "ไนตรัสออกไซด์" มีสูตรทางเคมีว่า "N2O" นั่นหมายความว่า ในทางเคมีแล้ว NOS จะประกอบไปด้วยไนโตรเจน 2 ส่วน และออกซิเจนอีก 1 ส่วน ซึ่งเมื่ออยู่ในอุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศปกติ NOS จะมีสถานะเป็นแก๊สซึ่งไม่มีสีและไม่มีกลิ่น และที่สำคัญก็คือไม่สามารถติดไฟได้ (Inflammable) เรียกได้ว่าไม่มีพิษสงแต่อย่างใด

แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเราอัดมันเข้าไปในถังแรงดันสูงจนกลายสภาพเป็นของเหลว แล้วฉีดมันเข้าไปในเครื่องยนต์แล้วล่ะก็... เหอะๆ ยิ่งกว่าบูสต์ติดอีกครับ ม้าฝูงใหญ่จะถูกเสกขึ้นมาราวกับว่าเล่นมายากล และก่อนที่คุณจะรู้ตัว... คุณก็ได้ถูกฝูงม้าปีศาจดึงไปจนหลังติดเบาะเรียบร้อยแล้ว...

​

แล้ว... NOS สามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไรกันนะ?

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า ในโมเลกุลของ NOS จะประกอบไปด้วยไนโตรเจนและออกซิเจน เมื่อเราฉีดมันเข้าไปในท่อร่วมไอดีแล้ว NOS จะถูกดูดเข้าไปในห้องเผาไหม้ซึ่งมีความร้อนที่สูงมาก และความร้อนจากห้องเผาไหม้นี่เองที่ทำให้แก๊สทั้งสองตัวนี้แยกตัวออกจากกันที่อุณหภูมิประมาณ 300 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นช่วงเวลาก่อนการจุดระเบิด เมื่อแยกตัวจากกันแล้ว "ไนโตรเจน" นั้นแทบจะไม่มีบทบาทอะไรเลย หากแต่เป็น "ออกซิเจน" นี่แหละ ที่จะทำหน้าที่เป็น "พ่อมด" เสกม้าฝูงใหญ่ให้กับเราได้ภายในพริบตา เพราะฉะนั้น วัตถุประสงค์ของการฉีด NOS ก็คือ "เพิ่มปริมาณออกซิเจนภายในห้องเผาไหม้" นั่นเอง

holley.com​

อ๋อ.. เข้าใจแล้วล่ะว่า NOS ใช้เพื่อเพิ่มออกซิเจนให้กับเครื่องยนต์...ว่าแต่ว่า ออกซิเจนมันเยอะขึ้น...แล้วแรงม้ามันเพิ่มขึ้นได้ยังไงอ่ะ?

เพื่อที่จะตอบคำถามข้างต้น เราควรทำความเข้าใจกับกระบวนการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์เสียก่อน (ย่อหน้าถัดไปจะเป็นการอธิบายพื้นฐานของกระบวนการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซิน ซึ่งคัดลอกมาจากบทความเรื่อง "มารู้จักกับ 'เทอร์โบ' กันเถอะ" ท่านผู้อ่านที่สนใจบทความดังกล่าว สามารถอ่านได้ที่ https://racingweb.net/forum/threads/943145)

mustangsdaily.com​

กระบวนการเผาไหม้ (Combustion process) ก็คือ การนำเอาอากาศ (ออกซิเจน) มาผสมกับน้ำมันในอัตราส่วนที่เหมาะสม จากนั้นก็จุดประกายไฟเพื่อให้เกิดการเผาไหม้ขึ้น อัตราส่วนระหว่างอากาศและน้ำมันนี้ ถูกเรียกว่า "อัตราส่วน A/F" (Air/Fuel) ในทางทฤษฎีแล้ว อัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับน้ำมันเบนซินก็คือ 14.7:1 ซึ่งหมายถึงการผสมกันระหว่างอากาศ 14.7 กรัม ต่อ น้ำมัน 1 กรัม ถ้าอัตราส่วน A/F มีค่ามากหรือน้อยกว่านี้ การเผาไหม้จะเกิดขึ้นอย่างไม่สมบูรณ์และสร้างกำลังได้ไม่เต็มที่ ถ้าในห้องเผาไหม้มีอากาศมากเกินไปก็ไม่ดี อากาศน้อยเกินไปก็ไม่ดี เรียกได้ว่าต้องควบคุมอัตราส่วน A/F ให้คงที่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าอากาศเข้ามามากเกิน หัวฉีดจะต้องจ่ายน้ำมันเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาความสมดุลของอัตราส่วนดังกล่าว ในทางกลับกัน ถ้าอากาศเข้ามาน้อย หัวฉีดก็ต้องจ่ายน้ำมันให้น้อยลงด้วยเช่นกัน

โดยปกติแล้ว กำลังที่เครื่องยนต์สามารถสร้างได้จะมีค่ามากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่ที่ปริมาณของอากาศที่ถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์ ยิ่งอากาศมากเท่าไหร่ ก็จะยิ่งสามารถผลิตกำลังได้มากขึ้นเท่านั้น เพราะฉะนั้นจึงมีการคิดค้น "ระบบอัดอากาศ" ขึ้นมาเพื่อดูดอากาศเข้าเครื่องยนต์ให้ได้มากที่สุด ระบบอัดอากาศที่ว่านี้ ก็คือเทอร์โบชาร์จเจอร์และซุปเปอร์ชาร์จเจอร์นั่นเอง แต่ความจริงแล้ว เหตุผลที่เราต้องการอากาศมากๆ ก็เพราะว่า ยิ่งมีปริมาณอากาศมากก็จะยิ่งมีปริมาณของ "ออกซิเจน" ที่มากด้วยเช่นกัน เพราะว่าปัจจัยสำคัญที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ก็คือ "ออกซิเจน" ที่อยู่ในอากาศนั่นเอง

beingmechengineer.blogspot.com​

จะเห็นได้ว่า วัตถุประสงค์ของ "ระบบอัดอากาศ" ก็คือ การดูดอากาศเข้าไปให้ได้มากที่สุด เพื่อที่จะให้ได้ปริมาณของออกซิเจนมากที่สุดนั่นเอง แต่สำหรับระบบ NOS แล้ว เป็นการเพิ่มออกซิเจนเข้าไปในระบบโดยตรง ซึ่งถือว่าเป็นระบบที่ไม่มีความซับซ้อนมากนักเมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์โบชาร์จเจอร์

ในขณะที่เราฉีด NOS เข้าไปในเครื่องยนต์ "ออกซิเจน" จะแยกตัวออกมาจาก และไปสมทบกับออกซิเจนที่ไหลมากับอากาศ ทำให้มีปริมาณของออกซิเจนมากกว่าปกติ แน่นอนว่าเมื่อมีออกซิเจนมากแล้ว หัวฉีดก็จะต้องจ่ายน้ำมันเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาอัตราส่วน A/F ดังที่กล่าวไป เพราะฉะนั้น ในเมื่อภายในห้องเผาไหม้มีออกซิเจนมากและมีน้ำมันมาก แรงดันที่เกิดจากการจุดระเบิดก็จะมากขึ้น ทำให้เครื่องยนต์มีกำลังมากกว่าปกติ และนี่ก็คือคำตอบของคำถามที่ว่า "NOS สามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร?"

rarephotos.info​

จะเห็นได้ว่า สุดท้ายแล้ว ทั้ง "NOS" และ "เทอร์โบชาร์จเจอร์" ต่างก็มีหน้าที่เดียวกัน นั่นก็คือ "การเพิ่มออกซิเจนให้กับเครื่องยนต์" นั่นเอง เพราะฉะนั้น เราสามารถพูดได้ว่า...

การมี "NOS" หนึ่งถัง...ก็เท่ากับ การที่เรามี "เทอร์โบล่องหน" หนึ่งตัวนั่นเอง​

อย่างไรก็ตาม การฉีด NOS เปล่าๆ เข้าไปในเครื่องยนต์ โดยที่ไม่ได้เพิ่มการฉีดน้ำมันนั้น แทบจะไม่ก่อให้เกิดประโยชน์อันใดเลย นอกเสียจากจะทำให้เครื่องยนต์ร้อนขึ้นโดยใช่เหตุ เพราะฉะนั้น การจูนนิ่งเพื่อเพิ่มปริมาณการฉีดน้ำมันอย่างถูกต้องและแม่นยำ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ละเลยไม่ได้

hotrod.com​

เราสามารถแบ่งประเภทของ NOS ตามรูปแบบการฉีดแก๊ส ได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ "Dry System" และ "Wet System"

"Dry System" หรือ "ระบบแห้ง" เป็นการฉีด NOS เพียวๆ เข้าไปในท่อร่วมไอดี และทันทีที่ ECU ทราบว่า ตอนนี้กำลังมีการฉีด NOS เข้าสู่ห้องเผาไหม้ ECU ก็จะสั่งให้หัวฉีดจ่ายน้ำมันเพิ่มเพื่อให้ได้อัตราส่วน A/F ที่เหมาะสมที่สุด ข้อดีของระบบนี้ก็คือติดตั้งได้ง่ายเนื่องจากมีอุปกรณ์เพิ่มเข้ามาไม่กี่ชิ้นเท่านั้นเอง แต่อย่างไรก็ตาม ระบบฉีดแบบแห้งนี้ยังต้องอาศัยการจูนนิ่ง ECU อย่างละเอียดเพื่อให้เพิ่มปริมาณการฉีดน้ำมันอย่างถูกต้องและแม่นยำ ทั้งนี้ทั้งนั้น ปริมาณน้ำมันสูงสุดที่เพิ่มเข้าไปจะขึ้นอยู่กับขนาดของหัวฉีด ถ้าหากเราฉีด NOS เข้าไปแล้ว แต่หัวฉีดน้ำมันมีขนาดเล็กจนไม่สามารถเพิ่มปริมาณน้ำมันได้อย่างเพียงพอ จะส่งผลให้ NOS ไม่สามารถทำงานได้เต็มประสิทธิภาพและสร้างแรงม้าได้น้อยกว่าที่ควรจะเป็น เพราะฉะนั้นข้อเสียของระบบนี้ก็คือ "จำนวนของแรงม้าที่สร้างได้จะถูกจำกัดโดยขนาดของหัวฉีด" ดังนั้น การติดตั้งระบบ NOS แบบ "Dry System" จึงต้องมีการพิจารณาขนาดของหัวฉีดว่าสามารถป้อนน้ำมันได้เพียงพอหรือไม่

performancetrends.com​

"Wet System" หรือ "ระบบเปียก" เป็นการฉีด NOS และน้ำมันเข้าไปพร้อมๆ กัน ซึ่งการทำเช่นนี้จะเป็นการเพิ่มออกซิเจนและน้ำมันในเวลาเดียวกัน เพราะฉะนั้น จึงไม่ต้องสั่งให้หัวฉีดเพิ่มปริมาณการฉีดน้ำมันแต่อย่างใด เนื่องจากน้ำมันได้ถูกฉีดเข้ามาพร้อมกับ NOS ตั้งแต่ต้นทางแล้ว ดังนั้น ระบบนี้จึงไม่ต้องไม่ยุ่งกับ ECU มากนัก อย่างไรก็ตาม การติดตั้ง NOS แบบ Wet System จะใช้อุปกรณ์หลายชิ้นมากกว่าและมีความซับซ้อนมากกว่าแบบ Dry System ส่งผลให้มีราคาแพงกว่าอยู่พอสมควร

speednik.com​

เป็นที่เข้าใจแล้วว่า NOS จะเพิ่มแรงม้าให้กับเครื่องยนต์โดยการเพิ่มออกซิเจน แต่เชื่อหรือไม่ว่า ยังมีความลับเกี่ยวกับ NOS อีกอย่างหนึ่ง ซึ่งผมเชื่อว่าหลายคนยังไม่ทราบ นั่นก็คือ การใช้ NOS จะช่วยลดอุณหภูมิของไอดี ซึ่งจะส่งผลทำให้เครื่องยนต์สามารถผลิตแรงม้าได้เพิ่มอีกส่วนหนึ่ง

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า NOS ที่ถูกฉีดออกมาจากถัง จะกลายสภาพจากของเหลวเป็นไอ (Liquid to vapor) ซึ่งในทางเทอร์โมไดนามิคส์ เราเรียกกระบวนการเปลี่ยนสถานะนี้ว่า "Evaporation Process" (อีแวพพอเรชั่น โพรเซส) ซึ่งมีข้อดีอยู่ตรงที่ว่า กระบวนการนี้เป็น "กระบวนการดูดความร้อน" (Heat Absorption Process) ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิโดยรวมของไอดีลดลง ส่งผลให้เครื่องยนต์สามารถสร้างกำลังได้เพิ่มขึ้น ในทางทฤษฎีแล้ว ถ้าอุณหภูมิของไอดีลดลง 5 องศาเซลเซียส จะทำให้เครื่องยนต์มีกำลังเพิ่มขึ้นประมาณ 1.5% ซึ่งถือว่าไม่น้อยเลยทีเดียว เนื่องจากโดยปกติแล้ว NOS สามารถลดอุณหภูมิไอดีได้ประมาณ 40-45 องศาเซลเซียส ดังนั้น ถ้าสมมติว่าเรามีเครื่องยนต์ที่สามารถสร้างแรงม้าได้ 500 ตัว ผลที่ได้จากการลดอุณหภูมิไอดีเพียงอย่างเดียว จะทำให้เราแรงม้ามาใช้ฟรีๆ ถึง 60 ตัวเลยทีเดียว!

เพราะฉะนั้น เราสามารถสรุปได้ว่า หลักการทำงานของ NOS เพื่อเพิ่มแรงม้านั้น สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี วิธีหลักก็คือการเพิ่มออกซิเจนให้กับห้องเผาไหม้โดยตรง ส่วนวิธีที่สองนั้นจะเป็นการช่วยลดอุณหภูมิไอดี ซึ่งทำให้เครื่องยนต์สามารถผลิตแรงม้าเพิ่มอีกส่วนหนึ่ง เรียกได้ว่า...

"ยิง NOS นัดเดียว ได้ม้าสองฝูง"


importdrag.com​

ความจริงแล้ว NOS ไม่ใช่อะไรที่ "ใหม่" เลย เพราะว่า NOS ถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์ตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 หรือประมาณ 70 ปีที่แล้ว หากแต่ในครั้งแรกนั้น NOS ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับเครื่องยนต์ของเครื่องบิน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มปริมาณออกซิเจนให้แก่เครื่องยนต์นั่นเอง เนื่องจากว่ายิ่งมีเพดานบินสูงมากเท่าไหร่ ออกซิเจนที่อยู่ในอากาศก็จะน้อยลงเท่านั้น เพราะเหตุนี้ NOS จึงถูกเอามาใช้เพิ่มปริมาณของออกซิเจนเพื่อป้อนให้กับเครื่องยนต์ โดยเฉพาะกับเครื่องบินประเภทเครื่องบินขับไล่ซึ่งมีเพดานการบินที่สูงมากๆ

หลังจากนั้นประมาณ 30 ปีให้หลัง หรือประมาณปี ค.ศ.1970 ก็ได้มีวิศวกรหัวใสคิดค้นระบบ NOS ขึ้นมาเพื่อใช้กับรถยนต์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ แล้วก็ประสบความสำเร็จอย่างมากในวงการรถแข่ง และในที่สุด NOS ก็ได้รับความนิยมไปทั่วโลกในฐานะของ "แก๊สพิษสูตรผีบอก" ที่สามารถเสกม้าให้วิ่งมาเป็นฝูงได้โดยใช้เวลาไม่กี่วินาที...

engineswap.wpengine.netdna-cdn.com​

ถ้าใครเคยดูหนังเรื่อง "2 FAST 2 FURIOUS" คงจะจำฉากเปิดตัว SKYLINE R34 ของไบรอันได้เป็นอย่างดี ในฉากนั้น...ไบรอันขับ R34 เข้ามาในแก๊งซิ่ง พร้อมกันนั้นก็ฉีด NOS โชว์แบบไม่เสียดายเลยแม้แต่น้อย แต่คำถามก็คือว่า... พ่น NOS ออกมาทำไม? แค่โชว์ออฟ? หรือว่ายังไง? มาร่วมกันหาคำตอบได้ในบทความตอนต่อไปของ "NOS : แรงม้าอัดกระป๋อง"

​

ที่มา: http://johsautolife.com