Kalkulator odnosa vazduh-gorivo (AFR) — AFR, Lambda i odnos ekvivalencije

Što je omjer zraka i goriva?

Omjer zraka i goriva (AFR) masa je zraka koju motor sagorijeva za svaku jedinicu mase goriva. AFR od 14,7 znači da motor sagorijeva 14,7 grama zraka na svaki gram goriva. Ovaj kalkulator izračunava AFR iz mase zraka i mase goriva, a zatim ga pretvara u lambdu (λ) i faktor ekvivalencije (φ), dvije skale koje se upotrebljavaju za procjenu je li smjesa bogata, idealna ili siromašna.

Formula omjera zraka i goriva

AFR je jednak masi zraka podijeljenoj masom goriva:

$\text{AFR} = \frac{\text{masa zraka}}{\text{masa goriva}}$

AFR je omjer, a ne mjera volumena ili energije, pa je prikladna svaka usklađena jedinica mase. Gram, kilogram i funta daju isti broj pod uvjetom da se zrak i gorivo mjere u istoj jedinici.

Lambda i faktor ekvivalencije

Lambda (λ) preračunava AFR tako da 1,00 uvijek označava savršenu smjesu, neovisno o gorivu:

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

AFR_stoich je stehiometrijski omjer zraka i goriva, točan omjer pri kojem se svo gorivo i sav kisik potroše istodobno, bez ostatka. Razlikuje se za svako gorivo. AFR od 14,7 približno je idealan za benzin, ali je izrazito siromašan za E85 jer E85 treba mnogo manje zraka po gramu goriva.

Smjesa s λ manjim od 1 bogata je: sadrži više goriva od idealne količine. Smjesa s λ većim od 1 siromašna je: sadrži više zraka od idealne količine. Faktor ekvivalencije (φ) inverzna je vrijednost lambde. Na skali φ vrijednost veća od 1 znači bogatu smjesu, a vrijednost manja od 1 znači siromašnu smjesu.

Širokopojasna lambda sonda izravno mjeri lambdu iz ispušnih plinova. AFR prikazan na mjernom instrumentu izračunava se množenjem očitanja lambde stehiometrijskim AFR-om odabranog goriva. Odabir pogrešnog goriva daje pogrešno očitanje AFR-a čak i kada je sama sonda točna.

Stehiometrijski AFR prema gorivu

Bogate, stehiometrijske i siromašne smjese

Lambda daje skalu neovisnu o gorivu za očitavanje smjese:

Kako izračunati omjer zraka i goriva

1. Odaberite gorivo. Time se određuje stehiometrijski AFR koji se upotrebljava za izračun lambde i procjenu.
2. Unesite masu zraka i masu goriva u istoj jedinici. Ovdje se upotrebljavaju grami, ali svaka usklađena jedinica mase daje isti omjer. Masa goriva mora biti veća od nule jer je djelitelj.
3. Očitajte AFR, lambdu i φ zajedno s procjenom je li smjesa bogata, stehiometrijska ili siromašna.
4. Upotrijebite obrnuti izračun za unos ciljnog AFR-a i pronalaženje potrebne mase goriva za zadanu masu zraka ili potrebne mase zraka za zadanu masu goriva.

Primjer izračuna

Motor usisava 190 g zraka i sagorijeva 12 g benzina.

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

λ = 1,08 nalazi se u siromašnom rasponu (od 1,03 do 1,10). Smjesa ima više zraka od idealne količine za benzin, što je tipično za postavku malog opterećenja i ekonomične potrošnje goriva.

Izračun u kodu

Svaki isječak prima masu zraka, masu goriva i stehiometrijski AFR goriva te vraća AFR i 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

Često postavljana pitanja

Jesu li jedinice važne? Ne. AFR je omjer, pa gram, kilogram ili funta daju isti broj pod uvjetom da se zrak i gorivo izražavaju u istoj jedinici.

Je li veći AFR uvijek bolji? Ne. Veći, siromašniji AFR može poboljšati ekonomičnost potrošnje goriva, ali povećava temperaturu izgaranja. Manji, bogatiji AFR pomaže pri razvijanju snage i hladi naboj smjese, ali rasipa gorivo i povećava emisije. Odgovarajuća ciljna vrijednost ovisi o opterećenju motora i gorivu.

Zašto isti AFR izgleda različito za dva goriva? Zato što svako gorivo ima vlastiti stehiometrijski AFR. AFR od 14,7 idealan je za benzin, ali siromašan za E85. Lambda (λ = 1,00) uklanja taj problem tako što idealnu smjesu označava na isti način za svako gorivo.

Što je stehiometrijski AFR? To je točan omjer zraka i goriva pri kojem se svo gorivo i sav kisik iz zraka potroše istodobno, bez ostatka. Za benzin iznosi 14,7, a za E85 9,76.

Što mjeri širokopojasna lambda sonda? Ona izravno mjeri lambdu na temelju udjela kisika u ispušnim plinovima. Softver za ugađanje motora zatim to očitanje lambde pretvara u AFR upotrebljavajući stehiometrijski AFR odabranog goriva.

Izvori

• Omjer zraka i goriva — Wikipedija — definicije i stehiometrijske vrijednosti AFR-a prema gorivu.
• Objašnjenje omjera zraka i goriva, lambde i stehiometrije — HP Tuners — lambda u odnosu na AFR i ciljne vrijednosti pri ugađanju.
• Omjer zraka i goriva — x-engineer.org — izvođenje stehiometrijskog AFR-a i lambde iz osnovnih načela.