Luft-Brændstof Ratio (AFR) Lommeregner — AFR, Lambda & Ækvivalensforhold

Hvad er luft-brændstofforholdet?

Luft-brændstofforholdet (AFR) er den masse luft, en motor forbrænder for hver masseenhed brændstof. Et AFR på 14,7 betyder, at motoren forbrænder 14,7 gram luft for hvert gram brændstof. Denne beregner bestemmer AFR ud fra en luftmasse og en brændstofmasse og omregner det derefter til lambda (λ) og ækvivalensforholdet (φ), to skalaer, der bruges til at vurdere, om en blanding er fed, ideel eller mager.

Formel for luft-brændstofforhold

AFR er lig med luftmassen divideret med brændstofmassen:

$\text{AFR} = \frac{\text{luftmasse}}{\text{brændstofmasse}}$

AFR er et forholdstal, ikke et mål for volumen eller energi, så enhver ensartet masseenhed kan bruges. Gram, kilogram og pund giver alle det samme tal, så længe luft og brændstof måles i samme enhed.

Lambda og ækvivalensforholdet

Lambda (λ) skalerer AFR om, så 1,00 altid angiver den perfekte blanding, uanset brændstoffet:

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

AFR_stoich er det støkiometriske luft-brændstofforhold, det nøjagtige forhold, hvor alt brændstoffet og al ilten forbruges samtidig, uden rester. Det er forskelligt for hvert brændstof. Et AFR på 14,7 er tæt på ideelt for benzin, men mærkbart magert for E85, fordi E85 kræver langt mindre luft pr. gram brændstof.

En blanding med λ under 1 er fed: den indeholder mere brændstof end den ideelle mængde. En blanding med λ over 1 er mager: den indeholder mere luft end den ideelle mængde. Ækvivalensforholdet (φ) er den reciprokke værdi af lambda. På φ-skalaen betyder en værdi over 1 fed blanding, og en værdi under 1 betyder mager blanding.

En bredbåndsiltføler måler lambda direkte i udstødningsgassen. Det AFR, der vises på et instrument, beregnes ved at multiplicere lambdaaflæsningen med det støkiometriske AFR for det valgte brændstof. Valg af forkert brændstof giver en forkert AFR-aflæsning, selv når selve føleren er nøjagtig.

Støkiometrisk AFR for forskellige brændstoffer

Fede, støkiometriske og magre blandinger

Lambda giver en brændstofuafhængig skala til aflæsning af en blanding:

Sådan beregnes luft-brændstofforholdet

1. Vælg brændstoffet. Det fastsætter det støkiometriske AFR, der bruges til at beregne lambda og vurderingen.
2. Indtast luftmassen og brændstofmassen i samme enhed. Her bruges gram, men enhver ensartet masseenhed giver det samme forhold. Brændstofmassen skal være større end nul, fordi den er nævneren.
3. Aflæs AFR, lambda og φ sammen med vurderingen: fed, støkiometrisk eller mager.
4. Brug den omvendte beregner til at indtaste et mål-AFR og finde den nødvendige brændstofmasse for en given luftmasse eller den nødvendige luftmasse for en given brændstofmasse.

Gennemregnet eksempel

En motor indsuger 190 g luft og forbrænder 12 g benzin.

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

λ = 1,08 ligger i det magre område (1,03 til 1,10). Blandingen indeholder mere luft end den ideelle mængde for benzin, hvilket er typisk for en indstilling med lav belastning og fokus på brændstoføkonomi.

Beregn det i kode

Hvert kodestykke tager en luftmasse, en brændstofmasse og det støkiometriske AFR for brændstoffet og returnerer AFR og lambda.

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

Ofte stillede spørgsmål

Har enhederne betydning? Nej. AFR er et forholdstal, så gram, kilogram eller pund giver alle det samme tal, så længe luft og brændstof angives i samme enhed.

Er et højere AFR altid bedre? Nej. Et højere, magrere AFR kan forbedre brændstoføkonomien, men øger forbrændingstemperaturen. Et lavere, federe AFR kan øge effekten og køle forbrændingsladningen, men spilder brændstof og øger emissionerne. Det rette mål afhænger af motorbelastningen og brændstoffet.

Hvorfor ser det samme AFR forskelligt ud for to brændstoffer? Fordi hvert brændstof har sit eget støkiometriske AFR. Et AFR på 14,7 er ideelt for benzin, men magert for E85. Lambda (λ = 1,00) fjerner dette problem ved at angive den ideelle blanding på samme måde for alle brændstoffer.

Hvad er det støkiometriske AFR? Det er det nøjagtige luft-brændstofforhold, hvor alt brændstoffet og al ilten i luften forbruges samtidig, uden rester. Det er 14,7 for benzin og 9,76 for E85.

Hvad måler en bredbåndsiltføler? Den måler lambda direkte ud fra iltindholdet i udstødningsgassen. Tuningssoftware omregner derefter lambdaaflæsningen til AFR ved hjælp af det støkiometriske AFR for det valgte brændstof.

Kilder

• Air–fuel ratio — Wikipedia — definitioner og støkiometriske AFR-værdier for forskellige brændstoffer.
• Air-Fuel Ratios, Lambda, and Stoichiometry Explained — HP Tuners — lambda i forhold til AFR og tuningmål.
• Air fuel ratio — x-engineer.org — udledning af støkiometrisk AFR og lambda ud fra grundprincipper.