Moteurs : augmentation des performances par injection de protoxyde d'azote N2O (NOS)

Résumé du document

Souvent connu sous le nom de NOS (Nitrous Oxyde System), les kits utilisant ce gaz mystérieux qu'est le protoxyde d'azote promettent une augmentation de la puissance moteurs conséquente.

Extraits

[...] Moteurs à combustion interne Augmentation des performances par injection de protoxyde d'azote N2O (NOS) SOMMAIRE I. Recherche du débit optimal de N2O II. Calcul du pourcentage d'oxygène dans le comburant III. Calcul du gain en énergie volumique grâce à l'augmentation d'oxygène IV. Effets chimiques du N2O V. Gain du à la vaporisation du N2O Principe de fonctionnement du NOS : L'injection de N2O dans la tubulure d'admission ajoute de l'oxygène à l'air. [...]

[...] Calcul du gain en énergie volumique de la combustion du a l'augmentation d'O2 Nous allons maintenant chercher à calculer l'énergie volumique du mélange C7H16 + comburant dans les conditions standards (Patmo = 1000mb et Tatmo = Il faut préalablement calculer le pouvoir comburivore du mélange c'est le rapport de la masse d'air sur la masse de carburant dans l'équation de combustion : En fixant x = 1.3 l'équation de combustion est la suivante : 1.3 C7H16 + 1.3 + 1.3 ) * 3.37 N2) 1.3 CO2 + 1.3 H2O + d N2 Ce qui donne le PCO suivant : PCO = Mair/Mcarb PCO= 1.3 1.3 3.37 1.3 *(MC7H16)) Donc PCO = 1.3 1.3 3.37 1.3 = 13.9 On a MC7H16= 12*7+16 = 100 g/mol et Mcomburant = 3.37 / 4.37 = 30.5 g/mol Il est maintenant possible de calculer l'énergie volumique grâce à la formule suivante : Avec R constante des gaz parfaits et PCI le pouvoir calorifique inférieur du carburant Soit Evol = 3857 kJ/m3 Conclusion : L'énergie volumique de la combustion de l'heptane (C7H16) dans l'air est de 3423 kJ/m3. Par l'utilisation du N2O on observe donc un gain de 12%. Sans être spectaculaire il s'agit d'un gain important. Ce gain est du à deux effets, l'augmentation de la masse volumique du comburant ainsi que l'augmentation de la teneur en O2 du comburant. [...]

[...] Recherche du débit optimal de N2O (noté QN2O) Equation de combustion d'un carburant C7H16 avec l'air : C7H16+11(O2+ 3.78 N2) 7 CO2 + 8 H2O + 41.98 N2 Ce qui donne pour x moles de C7H16 dans une combustion avec de l'air + oxyde d'azote : x C7H16 + a N2O + 11(O2+ 3.78 N2) 7x CO2 + 8x H2O + d N2 L'équation des atomes d'oxygène nous donne : a + 22 = 14 x +8x soit a = 22.(x-1) En fixant 1.3 (c'est-à-dire que l'on souhaite injecter 1.3 fois plus d'essence que dans une combustion normale) on peut calculer un rapport de débit massique : mN2O/mcarb = 1.3 1.3 2.23 Conclusion : Il faut donc injecter 2.23 fois plus de N2O que d'essence. C'est un débit élevé, l'injection d'oxyde d'azote ne peut donc qu'être temporaire. Principe de réglages de l'injection de N2O : Pour régler ce débit on agit sur un détendeur ainsi que sur le choix du gicleur. II. [...]

[...] Autres hypothèses, la chaleur massique du N2O est de 0.86 kJ/kg et la chaleur latente est de 172 kJ/kg Calcul du refroidissement du à la vaporisation du N2O (en négligeant le Cp de l'essence) : D'après la formule : On obtient L'énergie volumique dégagée par la combustion passe alors à 4656 MJ/m3 Le point critique du N2O est à c'est-à-dire qu'au delà de cette température le phénomène de vaporisation disparaît, ce point est bas, il est donc nécessaire de choisir judicieusement l'emplacement de la bombonne afin de pouvoir bénéficier du gain apporté par la vaporisation. Conclusion : Le gain final par rapport à la valeur initial de la combustion de l'heptane dans l'air est de 36%. Ce gain important déterminés à partir de calculs est totalement en accord avec les effets visibles de l'utilisation du N2O. Cependant le problème du N2O est le débit important nécessaire qui empêche l'utilisation en continu de celui-ci. [...]

[...] Par des calcul faisant appel à la thermochimie que je ne détaillerai pas ici nous obtenons un PCI équivalent lors de la combustion avec injection de N2O de 48.95 MJ/kg soit une augmentation de Conclusion : Avec le nouveau PCI l'énergie volumique est de 4242 kJ/kg soir une augmentation de 12+ 10.3 = par rapport à la combustion de l'heptane dans l'air. Cependant il existe encore un effet à prendre en compte, celui de la vaporisation du N2O. En effet, en se vaporisant dans l'air le N2O va emmagasiner de l'énergie ce qui va tendre à abaisser la température est à augmenter la masse volumique du comburant. [...]