飞车神器：氮气加速有多神奇？
《速度与激情》是一部以飙车为题材的电影，电影中除了各种原厂跑车外，还有一些强力改装车，改装车中除了常规的涡轮、机械增压技术，另外就是无比逆天的氮气加速。例如在《速度与激情5》中最后那辆经过改装的道奇Charger SRT8，在摁下一个神奇的按钮后就能拖动一个装满钱的金库到处跑。然而突然有一天，在娱乐赛车游戏开发者发现现实生活中确实有这么一种被称为“氮气加速”的技术之后，这个东西就被迅速神化了，让其拥有瞬间加速，甚至速度能够比肩火箭弹，无视摩擦等神奇功效。那么，现实生活中的氮气加速有这样神奇的功效吗？
首先纠正一下，所谓的氮气加速使用的并不是氮气。作为一台正常的发动机，空气中占3/4的氮气并不能提升引擎的动力，因为它既不能燃烧也不能助燃。所谓的氮气加速实际上使用的气体是一氧化二氮(N2O)，俗称"笑气"，因为有轻微甜味能使人发笑而得名，曾被用于麻醉。该气体在常温下稳定，高温下分解成的氮气和氧气，可以增加燃料燃烧的完整度，提升动力。氮气加速与涡轮增压和机械增压一样，都是为了增加混合气中的氧气含量，提升燃烧效率从而增加功率输出，不同的是，NOS是直接利用氧化物，而增压则是通过外力增加空气密度来达到目的的。早在二战时期，德国空军就曾使用过这项技术，而现在我们在电影中看到的氮气加速（Nitrous Oxide System，简称为NOS，即氮气加速系统）主要是指由美国霍利公司开发生产的产品。大部分用于目前世界直线加速赛中的瞬间提高大比率马力。下面让我们来看一下这套系统的玄机。
作为一套完整的动力提升系统，氮气加速系统中除了N2O之外，系统还由气罐、电磁阀、喷嘴、启动关、专用的氮气管路、保险、继电器、净化过滤器和铱合金火花塞等组成。
作为这套系统名称直接来源的“氮气”自然是储存在气罐中的。这种气罐与大家平时所见的煤气罐、灭火器罐一样，是一个填充气体的钢制容器，除了彼此在外观尺寸上的区别，氮气罐也有空重、总重以及瓶内压力等规格；一个储存N2O的专用储气罐净重约6.7kg，充满N2O后约11kg。按照每次使用1分钟来算，一瓶气可以用3538次。在使用这套系统之前自然会先被充满氮气，一般来说，一个气罐加气压力高于342公斤每立方分米时，N2O就会从气态变成液态，放热并降温到零下127度。而当需要用到N2O时，它会先变成气态再反应。这个过程需要吸收大量的热量，使进入气缸的氧气密度增加，单单是这个降温的过程就可以增加6%的马力，根据一辆夏利2000的实际使用情况，其1.342L的8A发动机在加装NOS后，其0-100km/h加速时间减少了23%，而功率提升了21kw，这几乎是8A发动机1/3的最大功率，这样的功率提升还是相当可观的。
想要把一氧化氮送进气缸内是需要一个叫喷嘴的装置的，NOS系统中的喷嘴如同引擎供油系统中的喷油嘴，喷嘴口径越大，喷出的气体量就越多，对于马力的助益也相对越大；像喷油嘴一样，喷嘴也分为单点喷射(SPI)与多点喷射(MPI)两种。单点喷嘴的位置位于节气门的前部，特点是布局简单，但控制精度差。多点喷嘴的位置位于进气歧管上，这样控制精度就可以较高，但是为了加装喷嘴就要在歧管上钻孔，加工喷嘴孔在做功时，引擎与缸内零件都会受到极大损害，一般用于职业赛车改装，常用于世界直线加速赛。另外，除了单点与多点的分别之外，喷嘴也有“干湿”之分。
“干”是指干式喷嘴，即只是喷N2O；“湿”是指湿式喷嘴，即是将N2O与燃油同时喷进气缸，所以这类喷嘴需要额外多搭一条油管进入气管道里，因此湿式系统所使用的喷嘴通常采用"丫"字形设计，两条管路平时相互独立，靠电磁阀来控制开闭。就改装效果来说，湿式系统比干式系统更能精准地控制油气混合比，因此也可以使用大流量喷嘴，这样马力的提升幅度也会更大。除此之外，由于NOS提供了额外的助燃氧气，所以还要对电子控制单元(ECU)进行重新设计，主要是要相应增加与之配合的喷油量。
在上一段中，我们提到了电磁阀，电磁阀是控制喷嘴作动的重要组件，因为NOS的喷射原理是利用瓶内压力将气体灌入引擎，因此在气瓶和喷嘴之间必须装设一个控制器，以控制气体的喷否，电磁阀的精准性相当重要，因为NOS必须在节气门全开的状态下喷射，如果在节气门开启角度不足或是已经关闭时继续供给，将造成一氧化二氮逆流，严重者甚至会出现回火，这时候流量计或空气芯就很容易损坏。启动开关则是提供指令，让电磁阀作动的重要部品，一般大多装设在油门踏板正下方，或是节气门拉线的末端位置，不过也会利用节气门电压以感测油门开度，让驾驶者在油门全开之际一并启动NOS。
其实在NOS系统中，除了上述主要结构以及气罐本身的开关外，还必须另外装设一道或二道安全开关，否则长时间使用NOS会导致燃烧室压力过大，温度也会急剧升高。举个例子，在电影中，主角多米尼克的练习用车三菱Eclipse，由于疯狂地使用N20差点把引擎废掉。所以通常是将NOS视作"最后阶段"，或是在"重要关头"时才使用。而为了使 NOS在平常处于关闭状态，安全开关就显得格外重要。
氮气加速系统能够瞬间较大幅度提升发动机的输出功率，这似乎可以给我们一些运动激情，但是还是建议大家不要进行这等程度的改装。首先，加装氮气加速系统不仅仅要对引擎部件进行强化(强化程度甚于在自然吸气的基础上加装涡轮增压或机械增压)，更要对整车的各个部位进行强化，涉及的工程量相当巨大。再次，氮气加速系统的使用对发动机的损耗是很大的，一氧化二氮在高温时分解出的氮气因为高压缩，所以它的膨胀度也很高，不是什么车都可以用的，对于普通锻造的活塞和气缸等部件，在氮气的促使下以热膨胀高速运行，对于很多引擎在设计时没估计到会有如此高速及膨胀度，引擎宽容度很有限，会出现活塞和缸壁刮伤、硬顶胀(冷缩后造成密封问题)、烧缸(机油膜破裂)等情况，严重还会顶缸自爆。此外，如果NOS系统的氧气含量过高，无论燃油的标号有多高都会发生爆震，所以出于安全的考虑，NOS系统使用时间最好不要超过10S。因为长时间使用NOS喷射，可以使发动机气缸的内缸压过大，超出发动机的承受能力，造成内壁磨损严重，最终引起爆缸的严重后果。
氮气加速系统对动力的提升是相当可观的，在电影《速度与激情1》中，一辆加装了NOS及N20系统的品牌捷达车虽然落败，但能挑战装有N2O的本田S2000就已经证明了这套系统的威力。在两支强大的涡轮和氮气加速系统的双重作用下，一台日产GTR-R34可以爆发出1500匹的马力！
（作者：李星明）
- 发表于 2015-01-22 00:00
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