เรียบเรียงโดยJoh Burut

Nitrous Oxide System(ไนตรัสออกไซด์ ซิสเต็ม) หรือที่รู้จักกันในวงการรถซิ่งว่า NOS* จัดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ NOS ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงมากๆ แรงม้าที่ NOS สร้างได้นั้น มีตั้งแต่หลักสิบตัวไปจนถึงหลักร้อยตัวเลยทีเดียว แรงม้าเหล่านี้เกิดจากการฉีดแก๊สที่เรียกว่า Nitrous(ไนตรัส) เข้าไปในท่อร่วมไอดี ซึ่งจะสามารถเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ได้อย่างมหาศาลในช่วงระยะเวลาสั้นๆ

และด้วยการที่มีหลักการทำงานไม่ซับซ้อนและการติดตั้งที่ไม่ยุ่งยากมากนัก ทำให้ NOS ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในวงการรถแข่ง โดยเฉพาะรถสายแดร็ก ซึ่งต้องการ แรงม้า เหนือสิ่งอื่นใด เพราะฉะนั้น NOS จึงถือเป็นหนึ่งใน อาวุธประจำกาย ของรถสายแดร็กอย่างไม่น่าสงสัย

(*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

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

เพื่อที่จะตอบคำถามข้างต้น เราควรทำความเข้าใจกับกระบวนการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์เสียก่อน (ย่อหน้าถัดไปจะเป็นการอธิบายพื้นฐานของกระบวนการเผ้าไหม้ของน้ำมันเบนซิน ซึ่งคัดลอกมาจากบทความเรื่อง เทอร์โบ : กังหันจอมพลัง ท่านผู้อ่านที่สนใจบทความดังกล่าว สามารถอ่านได้ ที่นี่ครับ)

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 เหตุผลที่เราต้องการอากาศมากๆก็เพราะว่า ยิ่งมีปริมาณอากาศมากก็จะยิ่งมีปริมาณของ ออกซิเจน ที่มากด้วยเช่นกัน เพราะว่าปัจจัยสำคัญที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ก็คือ ออกซิเจน ที่อยู่ในอากาศนั่นเอง

จะเห็นได้ว่า วัตถุประสงค์ของ ระบบอัดอากาศ ก็คือ การดูดอากาศเข้าไปให้ได้มากที่สุด เพื่อที่จะให้ได้ปริมาณของออกซิเจนมากที่สุด... แต่สำหรับระบบ NOS แล้ว เป็นการเพิ่มออกซิเจนเข้าไปในระบบโดยตรง ซึ่งถือว่าเป็นระบบที่ไม่มีความซับซ้อนมากนักเมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์โบชาร์จเจอร์

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

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

การมี NOS หนึ่งถัง...ก็เท่ากับ การที่เรามี เทอร์โบล่องหน หนึ่งตัวนั่นเอง

อย่างไรก็ตาม การฉีด NOS เปล่าๆเข้าไปในเครื่องยนต์ โดยที่ไม่ได้เพิ่มการฉีดน้ำมันนั้น แทบจะไม่ก่อให้เกิดประโยชน์อันใดเลย นอกเสียจากจะทำให้เครื่องยนต์ร้อนขึ้นโดยใช่เหตุ เพราะฉะนั้น การจูนนิ่งเพื่อเพิ่มปริมาณการฉีดน้ำมันอย่างถูกต้องและแม่นยำ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ละเลยไม่ได้

เราสามารถแบ่งประเภทของ NOS ตามรูปแบบการฉีดแก๊ส ได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ Dry System (ดราย ซิสเต็ม) และ Wet System (เว็ท ซิสเต็ม)

Dry System หรือ ระบบแห้ง เป็นการฉีด NOS เพียวๆเข้าไปในท่อร่วมไอดี 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

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

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 แรงม้าที่เกิดจากการลดอุณหภูมิไอดีเพียงอย่างเดียว จะมีมากถึง 60 ตัวเลยทีเดียว!

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

ยิง NOS นัดเดียว ได้ม้าสองฝูง

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...

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 ได้ที่ แฟนเพจของเราเลยครับ

เรียบเรียงโดยJoh Burut