Kalkulator Rasio Udara-Bahan Bakar (AFR) — AFR, Lambda & Rasio Kesetaraan

Apa itu rasio udara-bahan bakar?

Rasio udara-bahan bakar (AFR) adalah massa udara yang dibakar mesin untuk setiap satuan massa bahan bakar. AFR sebesar 14,7 berarti mesin membakar 14,7 gram udara untuk setiap gram bahan bakar. Kalkulator ini menghitung AFR dari massa udara dan massa bahan bakar, lalu mengonversinya menjadi lambda (λ) dan rasio ekuivalensi (φ), dua skala yang digunakan untuk menilai apakah campuran kaya, ideal, atau miskin.

Rumus rasio udara-bahan bakar

AFR sama dengan massa udara dibagi massa bahan bakar:

$\text{AFR} = \frac{\text{massa udara}}{\text{massa bahan bakar}}$

AFR adalah rasio, bukan pengukuran volume atau energi, sehingga satuan massa apa pun yang konsisten dapat digunakan. Gram, kilogram, dan pon semuanya menghasilkan angka yang sama, selama udara dan bahan bakar diukur dalam satuan yang sama.

Lambda dan rasio ekuivalensi

Lambda (λ) mengubah skala AFR sehingga 1,00 selalu menandai campuran sempurna, apa pun bahan bakarnya:

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

AFR_stoich adalah rasio udara-bahan bakar stoikiometrik, yaitu rasio tepat saat seluruh bahan bakar dan seluruh oksigen habis digunakan secara bersamaan, tanpa ada sisa. Nilainya berbeda untuk setiap bahan bakar. AFR sebesar 14,7 mendekati ideal untuk bensin, tetapi tergolong miskin untuk E85, karena E85 memerlukan jauh lebih sedikit udara per gram bahan bakar.

Campuran dengan λ di bawah 1 tergolong kaya: jumlah bahan bakarnya lebih banyak daripada jumlah ideal. Campuran dengan λ di atas 1 tergolong miskin: jumlah udaranya lebih banyak daripada jumlah ideal. Rasio ekuivalensi (φ) merupakan kebalikan dari lambda. Pada skala φ, nilai di atas 1 berarti kaya, sedangkan nilai di bawah 1 berarti miskin.

Sensor oksigen pita lebar mengukur lambda secara langsung dari gas buang. AFR yang ditampilkan pada alat ukur dihitung dengan mengalikan pembacaan lambda dengan AFR stoikiometrik bahan bakar yang dipilih. Pemilihan bahan bakar yang salah menghasilkan pembacaan AFR yang salah meskipun sensornya sendiri akurat.

AFR stoikiometrik berdasarkan bahan bakar

Campuran kaya, stoikiometrik, dan miskin

Lambda memberikan skala yang tidak bergantung pada bahan bakar untuk membaca kondisi campuran:

Cara menghitung rasio udara-bahan bakar

1. Pilih bahan bakar. Pilihan ini menentukan AFR stoikiometrik yang digunakan untuk menghitung lambda dan hasil penilaian.
2. Masukkan massa udara dan massa bahan bakar dalam satuan yang sama. Gram digunakan di sini, tetapi satuan massa konsisten apa pun akan menghasilkan rasio yang sama. Massa bahan bakar harus lebih besar dari nol karena digunakan sebagai pembagi.
3. Baca AFR, lambda, dan φ, beserta hasil penilaian kaya, stoikiometrik, atau miskin.
4. Gunakan penghitung balik untuk memasukkan AFR target dan mencari massa bahan bakar yang diperlukan untuk massa udara tertentu, atau massa udara yang diperlukan untuk massa bahan bakar tertentu.

Contoh perhitungan

Sebuah mesin mengisap 190 g udara dan membakar 12 g bensin.

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

λ = 1,08 berada dalam rentang miskin (1,03 hingga 1,10). Campuran tersebut memiliki lebih banyak udara daripada jumlah ideal untuk bensin, yang umum pada pengaturan beban ringan dengan penghematan bahan bakar.

Hitung dengan kode

Setiap cuplikan menerima massa udara, massa bahan bakar, dan AFR stoikiometrik untuk bahan bakar tersebut, lalu mengembalikan AFR dan 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

Pertanyaan yang sering diajukan

Apakah satuan berpengaruh? Tidak. AFR adalah rasio, sehingga gram, kilogram, atau pon semuanya menghasilkan angka yang sama, selama udara dan bahan bakar menggunakan satuan yang sama.

Apakah AFR yang lebih tinggi selalu lebih baik? Tidak. AFR yang lebih tinggi dan lebih miskin dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar, tetapi menaikkan temperatur pembakaran. AFR yang lebih rendah dan lebih kaya membantu menghasilkan daya serta mendinginkan muatan pembakaran, tetapi memboroskan bahan bakar dan meningkatkan emisi. Target yang tepat bergantung pada beban mesin dan bahan bakar.

Mengapa AFR yang sama terlihat berbeda untuk dua bahan bakar? Karena setiap bahan bakar memiliki AFR stoikiometriknya sendiri. AFR sebesar 14,7 ideal untuk bensin, tetapi miskin untuk E85. Lambda (λ = 1,00) mengatasi masalah ini dengan menandai campuran ideal dengan cara yang sama untuk bahan bakar apa pun.

Apa yang dimaksud dengan AFR stoikiometrik? AFR stoikiometrik adalah rasio udara-bahan bakar tepat saat seluruh bahan bakar dan seluruh oksigen di udara dikonsumsi secara bersamaan, tanpa ada yang tersisa. Nilainya adalah 14,7 untuk bensin dan 9,76 untuk E85.

Apa yang diukur sensor oksigen pita lebar? Sensor ini mengukur lambda secara langsung dari kandungan oksigen dalam gas buang. Perangkat lunak penyetelan kemudian mengonversi pembacaan lambda tersebut menjadi AFR menggunakan AFR stoikiometrik bahan bakar yang dipilih.

Sumber

• Rasio udara–bahan bakar — Wikipedia — definisi dan nilai AFR stoikiometrik berdasarkan bahan bakar.
• Rasio Udara-Bahan Bakar, Lambda, dan Stoikiometri Dijelaskan — HP Tuners — lambda dibandingkan dengan AFR dan target penyetelan.
• Rasio udara-bahan bakar — x-engineer.org — penurunan AFR stoikiometrik dan lambda dari prinsip dasar.