Αριθμομηχανή Λόγου Αέρα-Καυσίμου (AFR) — AFR, Lambda & Λόγος Ισοδυναμίας

Τι είναι ο λόγος αέρα-καυσίμου;

Ο λόγος αέρα-καυσίμου (AFR) είναι η μάζα αέρα που καίει ένας κινητήρας για κάθε μονάδα μάζας καυσίμου. AFR ίσο με 14,7 σημαίνει ότι ο κινητήρας καίει 14,7 γραμμάρια αέρα για κάθε γραμμάριο καυσίμου. Αυτή η αριθμομηχανή υπολογίζει το AFR από μια μάζα αέρα και μια μάζα καυσίμου και στη συνέχεια το μετατρέπει σε λάμδα (λ) και λόγο ισοδυναμίας (φ), δύο κλίμακες που χρησιμοποιούνται για να αξιολογηθεί αν ένα μείγμα είναι πλούσιο, ιδανικό ή φτωχό.

Τύπος του λόγου αέρα-καυσίμου

Το AFR ισούται με τη μάζα του αέρα διαιρεμένη με τη μάζα του καυσίμου:

$\text{AFR} = \frac{\text{μάζα αέρα}}{\text{μάζα καυσίμου}}$

Το AFR είναι λόγος, όχι μέτρηση όγκου ή ενέργειας, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε συνεπής μονάδα μάζας. Γραμμάρια, χιλιόγραμμα και λίβρες δίνουν όλα τον ίδιο αριθμό, αρκεί ο αέρας και το καύσιμο να μετρώνται στην ίδια μονάδα.

Λάμδα και λόγος ισοδυναμίας

Το λάμδα (λ) επανακλιμακώνει το AFR, ώστε το 1,00 να υποδηλώνει πάντα το τέλειο μείγμα, ανεξάρτητα από το καύσιμο:

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

Το AFR_stoich είναι ο στοιχειομετρικός λόγος αέρα-καυσίμου, δηλαδή ο ακριβής λόγος στον οποίο καταναλώνονται ταυτόχρονα όλο το καύσιμο και όλο το οξυγόνο, χωρίς να περισσεύει τίποτα. Διαφέρει για κάθε καύσιμο. AFR ίσο με 14,7 είναι κοντά στο ιδανικό για τη βενζίνη, αλλά αισθητά φτωχό για το E85, επειδή το E85 χρειάζεται πολύ λιγότερο αέρα ανά γραμμάριο καυσίμου.

Ένα μείγμα με λ κάτω από 1 είναι πλούσιο: περιέχει περισσότερο καύσιμο από την ιδανική ποσότητα. Ένα μείγμα με λ πάνω από 1 είναι φτωχό: περιέχει περισσότερο αέρα από την ιδανική ποσότητα. Ο λόγος ισοδυναμίας (φ) είναι το αντίστροφο του λάμδα. Στην κλίμακα φ, τιμή πάνω από 1 σημαίνει πλούσιο μείγμα, ενώ τιμή κάτω από 1 σημαίνει φτωχό.

Ένας ευρυζωνικός αισθητήρας οξυγόνου μετρά απευθείας το λάμδα από τα καυσαέρια. Το AFR που εμφανίζεται σε ένα όργανο υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας αυτή την ένδειξη λάμδα με το στοιχειομετρικό AFR του επιλεγμένου καυσίμου. Η επιλογή λανθασμένου καυσίμου δίνει λανθασμένη ένδειξη AFR, ακόμη και όταν ο ίδιος ο αισθητήρας είναι ακριβής.

Στοιχειομετρικό AFR ανά καύσιμο

Πλούσια, στοιχειομετρικά και φτωχά μείγματα

Το λάμδα παρέχει μια κλίμακα ανεξάρτητη από το καύσιμο για την αξιολόγηση ενός μείγματος:

Πώς υπολογίζεται ο λόγος αέρα-καυσίμου

1. Επιλέξτε το καύσιμο. Αυτό καθορίζει το στοιχειομετρικό AFR που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του λάμδα και της αξιολόγησης.
2. Εισαγάγετε τη μάζα του αέρα και τη μάζα του καυσίμου στην ίδια μονάδα. Εδώ χρησιμοποιούνται γραμμάρια, αλλά οποιαδήποτε συνεπής μονάδα μάζας δίνει τον ίδιο λόγο. Η μάζα του καυσίμου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από μηδέν, επειδή είναι ο διαιρέτης.
3. Διαβάστε το AFR, το λάμδα και το φ, μαζί με την αξιολόγηση ως πλούσιου, στοιχειομετρικού ή φτωχού μείγματος.
4. Χρησιμοποιήστε τον αντίστροφο υπολογισμό για να εισαγάγετε ένα επιθυμητό AFR και να βρείτε τη μάζα καυσίμου που απαιτείται για δεδομένη μάζα αέρα ή τη μάζα αέρα που απαιτείται για δεδομένη μάζα καυσίμου.

Λυμένο παράδειγμα

Ένας κινητήρας εισάγει 190 g αέρα και καίει 12 g βενζίνης.

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

Το λ = 1,08 βρίσκεται στο φτωχό εύρος (1,03 έως 1,10). Το μείγμα έχει περισσότερο αέρα από την ιδανική ποσότητα για βενζίνη, κάτι τυπικό σε ρύθμιση χαμηλού φορτίου με έμφαση στην οικονομία καυσίμου.

Υπολογισμός σε κώδικα

Κάθε απόσπασμα δέχεται μια μάζα αέρα, μια μάζα καυσίμου και το στοιχειομετρικό AFR του καυσίμου και επιστρέφει το AFR και το λάμδα.

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

Συχνές ερωτήσεις

Έχουν σημασία οι μονάδες; Όχι. Το AFR είναι λόγος, επομένως γραμμάρια, χιλιόγραμμα ή λίβρες δίνουν όλα τον ίδιο αριθμό, αρκεί ο αέρας και το καύσιμο να χρησιμοποιούν την ίδια μονάδα.

Είναι πάντα καλύτερο ένα υψηλότερο AFR; Όχι. Ένα υψηλότερο, φτωχότερο AFR μπορεί να βελτιώσει την οικονομία καυσίμου, αλλά αυξάνει τη θερμοκρασία καύσης. Ένα χαμηλότερο, πλουσιότερο AFR βοηθά στην παραγωγή ισχύος και ψύχει το μείγμα καύσης, αλλά σπαταλά καύσιμο και αυξάνει τις εκπομπές. Ο κατάλληλος στόχος εξαρτάται από το φορτίο του κινητήρα και το καύσιμο.

Γιατί το ίδιο AFR φαίνεται διαφορετικό για δύο καύσιμα; Επειδή κάθε καύσιμο έχει το δικό του στοιχειομετρικό AFR. AFR ίσο με 14,7 είναι ιδανικό για τη βενζίνη, αλλά φτωχό για το E85. Το λάμδα (λ = 1,00) εξαλείφει αυτό το πρόβλημα, υποδεικνύοντας το ιδανικό μείγμα με τον ίδιο τρόπο για κάθε καύσιμο.

Τι είναι το στοιχειομετρικό AFR; Είναι ο ακριβής λόγος αέρα-καυσίμου στον οποίο καταναλώνονται ταυτόχρονα όλο το καύσιμο και όλο το οξυγόνο του αέρα, χωρίς να περισσεύει τίποτα. Είναι 14,7 για τη βενζίνη και 9,76 για το E85.

Τι μετρά ένας ευρυζωνικός αισθητήρας οξυγόνου; Μετρά απευθείας το λάμδα από την περιεκτικότητα των καυσαερίων σε οξυγόνο. Στη συνέχεια, το λογισμικό ρύθμισης μετατρέπει αυτή την ένδειξη λάμδα σε AFR χρησιμοποιώντας το στοιχειομετρικό AFR του επιλεγμένου καυσίμου.

Πηγές

• Λόγος αέρα–καυσίμου — Wikipedia — ορισμοί και στοιχειομετρικές τιμές AFR ανά καύσιμο.
• Επεξήγηση των λόγων αέρα-καυσίμου, του λάμδα και της στοιχειομετρίας — HP Tuners — λάμδα έναντι AFR και στόχοι ρύθμισης.
• Λόγος αέρα-καυσίμου — x-engineer.org — παραγωγή του στοιχειομετρικού AFR και του λάμδα από πρώτες αρχές.