Kalkulačka Poměru Vzduch-Palivo (AFR) — AFR, Lambda a Poměr Ekvivalence

Jaký je poměr vzduchu a paliva?

Poměr vzduchu a paliva (AFR) je hmotnost vzduchu, kterou motor spálí na každou jednotku hmotnosti paliva. AFR 14,7 znamená, že motor spálí 14,7 gramů vzduchu na každý gram paliva. Tato kalkulačka vypočítá AFR z hmotnosti vzduchu a paliva a poté jej převede na lambdu (λ) a součinitel přebytku vzduchu (φ), dvě stupnice používané k posouzení, zda je směs bohatá, ideální, nebo chudá.

Vzorec pro poměr vzduchu a paliva

AFR se rovná hmotnosti vzduchu dělené hmotností paliva:

$\text{AFR} = \frac{\text{hmotnost vzduchu}}{\text{hmotnost paliva}}$

AFR je poměr, nikoli měření objemu nebo energie, takže lze použít jakoukoli konzistentní jednotku hmotnosti. Gramy, kilogramy i libry dávají stejné číslo, pokud jsou vzduch a palivo měřeny ve stejné jednotce.

Lambda a součinitel přebytku vzduchu

Lambda (λ) převádí AFR na stupnici, na které 1,00 vždy označuje ideální směs bez ohledu na palivo:

$\lambda = \frac{\text{AFR}}{\text{AFR}_{\text{stechiometrický poměr}}} \qquad \varphi = \frac{1}{\lambda}$

AFR_stoich je stechiometrický poměr vzduchu a paliva, tedy přesný poměr, při kterém se veškeré palivo a veškerý kyslík spotřebují současně a nic nezůstane. Pro každé palivo je jiný. AFR 14,7 je blízko ideálu pro benzin, ale pro E85 je znatelně chudý, protože E85 potřebuje na gram paliva mnohem méně vzduchu.

Směs s λ pod 1 je bohatá: obsahuje více paliva, než je ideální množství. Směs s λ nad 1 je chudá: obsahuje více vzduchu, než je ideální množství. Součinitel přebytku vzduchu (φ) je převrácenou hodnotou lambdy. Na stupnici φ znamená hodnota nad 1 bohatou směs a hodnota pod 1 chudou směs.

Širokopásmová lambda sonda měří lambdu přímo ve výfukových plynech. AFR zobrazený na přístroji se vypočítá vynásobením naměřené lambdy stechiometrickým AFR zvoleného paliva. Výběr nesprávného paliva vede k nesprávnému údaji AFR, i když samotná sonda měří přesně.

Stechiometrický AFR podle paliva

Bohaté, stechiometrické a chudé směsi

Lambda poskytuje stupnici nezávislou na palivu pro posouzení směsi:

Jak vypočítat poměr vzduchu a paliva

1. Vyberte palivo. Tím se nastaví stechiometrický AFR použitý k výpočtu lambdy a k určení výsledného hodnocení.
2. Zadejte hmotnost vzduchu a hmotnost paliva ve stejné jednotce. Zde se používají gramy, ale stejný poměr poskytne jakákoli konzistentní jednotka hmotnosti. Hmotnost paliva musí být větší než nula, protože je dělitelem.
3. Odečtěte AFR, lambdu a φ spolu s hodnocením směsi jako bohaté, stechiometrické, nebo chudé.
4. Pomocí zpětného výpočtu zadejte cílový AFR a zjistěte hmotnost paliva potřebnou pro danou hmotnost vzduchu nebo hmotnost vzduchu potřebnou pro danou hmotnost paliva.

Příklad výpočtu

Motor nasává 190 g vzduchu a spaluje 12 g benzinu.

$\text{AFR} = \frac{190}{12} = 15.83 \qquad \lambda = \frac{15.83}{14.7} \approx 1.08$

λ = 1,08 spadá do chudého rozsahu (1,03 až 1,10). Směs obsahuje více vzduchu, než je ideální množství pro benzin, což odpovídá nastavení pro nízké zatížení a úsporu paliva.

Výpočet v kódu

Každý úryvek přijímá hmotnost vzduchu, hmotnost paliva a stechiometrický AFR daného paliva a vrací AFR a lambdu.

1=A2/B2                     ' AFR  (A2 = air mass, B2 = fuel mass)
2=(A2/B2)/C2                ' Lambda  (C2 = stoichiometric AFR, e.g. 14.7)
3

1def afr_lambda(air_mass, fuel_mass, stoich=14.7):
2    afr = air_mass / fuel_mass
3    return afr, afr / stoich
4
5print(afr_lambda(190, 12))  # (15.8333..., 1.0770...)
6

1function afrLambda(airMass, fuelMass, stoich = 14.7) {
2  const afr = airMass / fuelMass;
3  return { afr, lambda: afr / stoich };
4}
5console.log(afrLambda(190, 12)); // { afr: 15.8333..., lambda: 1.0770... }
6

1double afr = airMass / fuelMass;
2double lambda = afr / stoich;   // stoich e.g. 14.7
3

1double afr = airMass / fuelMass;
2double lambda = afr / stoich;   // stoich e.g. 14.7
3

1double afr = airMass / fuelMass;
2double lambda = afr / stoich;   // stoich e.g. 14.7
3

1afr := airMass / fuelMass
2lambda := afr / stoich // stoich e.g. 14.7
3

1let afr = air_mass / fuel_mass;
2let lambda = afr / stoich; // stoich e.g. 14.7
3

1$afr = $airMass / $fuelMass;
2$lambda = $afr / $stoich; // $stoich e.g. 14.7
3

1afr = air_mass / fuel_mass
2lambda = afr / stoich # stoich e.g. 14.7
3

1afr <- air_mass / fuel_mass
2lambda <- afr / stoich  # stoich e.g. 14.7
3

Často kladené otázky

Záleží na jednotkách? Ne. AFR je poměr, takže gramy, kilogramy i libry dávají stejné číslo, pokud se pro vzduch a palivo použije stejná jednotka.

Je vyšší AFR vždy lepší? Ne. Vyšší, chudší AFR může zlepšit spotřebu paliva, ale zvyšuje teplotu spalování. Nižší, bohatší AFR pomáhá zvýšit výkon a ochlazuje náplň válce, ale plýtvá palivem a zvyšuje emise. Správná cílová hodnota závisí na zatížení motoru a palivu.

Proč vypadá stejný AFR u dvou paliv odlišně? Protože každé palivo má vlastní stechiometrický AFR. AFR 14,7 je ideální pro benzin, ale chudý pro E85. Lambda (λ = 1,00) tento problém odstraňuje tím, že ideální směs označuje stejným způsobem pro jakékoli palivo.

Co je stechiometrický AFR? Je to přesný poměr vzduchu a paliva, při kterém se veškeré palivo a veškerý kyslík ve vzduchu spotřebují současně a nic nezůstane. Pro benzin je 14,7 a pro E85 9,76.

Co měří širokopásmová lambda sonda? Měří lambdu přímo podle obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Ladicí software pak převede naměřenou lambdu na AFR pomocí stechiometrického AFR zvoleného paliva.

Zdroje

• Poměr vzduchu a paliva — Wikipedia — definice a hodnoty stechiometrického AFR podle paliva.
• Poměry vzduchu a paliva, lambda a stechiometrie vysvětleny — HP Tuners — lambda ve srovnání s AFR a cílové hodnoty při ladění.
• Poměr vzduchu a paliva — x-engineer.org — odvození stechiometrického AFR a lambdy z prvních principů.