Lucht-Brandstofverhouding (AFR) Calculator — AFR, Lambda & Equivalentieverhoudingsratio

Wat is de lucht-brandstofverhouding?

De lucht-brandstofverhouding (AFR) is de massa lucht die een motor verbrandt voor elke massa-eenheid brandstof. Een AFR van 14,7 betekent dat de motor 14,7 gram lucht verbrandt voor elke gram brandstof. Deze calculator berekent de AFR uit een luchtmassa en een brandstofmassa en zet deze vervolgens om in lambda (λ) en de equivalentieverhouding (φ), twee schalen om te beoordelen of een mengsel rijk, ideaal of arm is.

Formule voor de lucht-brandstofverhouding

AFR is gelijk aan de luchtmassa gedeeld door de brandstofmassa:

$\text{AFR} = \frac{\text{luchtmassa}}{\text{brandstofmassa}}$

AFR is een verhouding, geen maat voor volume of energie, dus elke consistente massa-eenheid volstaat. Gram, kilogram en pond geven allemaal hetzelfde getal, zolang lucht en brandstof in dezelfde eenheid worden gemeten.

Lambda en de equivalentieverhouding

Lambda (λ) schaalt de AFR opnieuw zodat 1,00 altijd het perfecte mengsel aanduidt, ongeacht de brandstof:

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

AFR_stoich is de stoichiometrische lucht-brandstofverhouding, de exacte verhouding waarbij alle brandstof en alle zuurstof tegelijk worden verbruikt, zonder restanten. Deze verschilt per brandstof. Een AFR van 14,7 ligt dicht bij ideaal voor benzine, maar is merkbaar arm voor E85, omdat E85 veel minder lucht per gram brandstof nodig heeft.

Een mengsel met λ onder 1 is rijk: het bevat meer brandstof dan de ideale hoeveelheid. Een mengsel met λ boven 1 is arm: het bevat meer lucht dan de ideale hoeveelheid. De equivalentieverhouding (φ) is het omgekeerde van lambda. Op de φ-schaal betekent een waarde boven 1 rijk en een waarde onder 1 arm.

Een breedbandzuurstofsensor meet lambda rechtstreeks in het uitlaatgas. De AFR die op een meter wordt weergegeven, wordt berekend door die lambdawaarde te vermenigvuldigen met de stoichiometrische AFR van de gekozen brandstof. Als de verkeerde brandstof wordt geselecteerd, geeft dit een onjuiste AFR-waarde, zelfs wanneer de sensor zelf nauwkeurig is.

Stoichiometrische AFR per brandstof

Rijke, stoichiometrische en arme mengsels

Lambda biedt een brandstofonafhankelijke schaal voor het aflezen van een mengsel:

Zo berekent u de lucht-brandstofverhouding

1. Selecteer de brandstof. Hiermee wordt de stoichiometrische AFR ingesteld die wordt gebruikt om lambda en de beoordeling te berekenen.
2. Voer de luchtmassa en de brandstofmassa in dezelfde eenheid in. Hier worden gram gebruikt, maar elke consistente massa-eenheid geeft dezelfde verhouding. De brandstofmassa moet groter zijn dan nul, omdat deze de noemer is.
3. Lees de AFR, lambda en φ af, samen met de beoordeling rijk, stoichiometrisch of arm.
4. Gebruik de omgekeerde berekening om een gewenste AFR in te voeren en de benodigde brandstofmassa voor een bepaalde luchtmassa te vinden, of de benodigde luchtmassa voor een bepaalde brandstofmassa.

Uitgewerkt voorbeeld

Een motor zuigt 190 g lucht aan en verbrandt 12 g benzine.

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

λ = 1,08 valt binnen het arme bereik (1,03 tot 1,10). Het mengsel bevat meer lucht dan de ideale hoeveelheid voor benzine, wat kenmerkend is voor een instelling met lage belasting en een laag brandstofverbruik.

Bereken het in code

Elk codefragment neemt een luchtmassa, een brandstofmassa en de stoichiometrische AFR van de brandstof als invoer en geeft AFR en lambda terug.

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

Veelgestelde vragen

Maken de eenheden uit? Nee. AFR is een verhouding, dus gram, kilogram of pond geeft allemaal hetzelfde getal, zolang lucht en brandstof dezelfde eenheid gebruiken.

Is een hogere AFR altijd beter? Nee. Een hogere, armere AFR kan het brandstofverbruik verbeteren, maar verhoogt de verbrandingstemperatuur. Een lagere, rijkere AFR helpt om vermogen te leveren en koelt het verbrandingsmengsel, maar verspilt brandstof en verhoogt de uitstoot. De juiste doelwaarde hangt af van de motorbelasting en de brandstof.

Waarom ziet dezelfde AFR er voor twee brandstoffen anders uit? Omdat elke brandstof zijn eigen stoichiometrische AFR heeft. Een AFR van 14,7 is ideaal voor benzine, maar arm voor E85. Lambda (λ = 1,00) neemt dit probleem weg door het ideale mengsel voor elke brandstof op dezelfde manier aan te duiden.

Wat is de stoichiometrische AFR? Dit is de exacte lucht-brandstofverhouding waarbij alle brandstof en alle zuurstof in de lucht tegelijk worden verbruikt, zonder restanten. Voor benzine is deze 14,7 en voor E85 9,76.

Wat meet een breedbandzuurstofsensor? Deze meet lambda rechtstreeks aan de hand van het zuurstofgehalte van het uitlaatgas. Tuningsoftware zet die lambdawaarde vervolgens om in een AFR met behulp van de stoichiometrische AFR van de geselecteerde brandstof.

Bronnen

• Lucht-brandstofverhouding — Wikipedia — definities en stoichiometrische AFR-waarden per brandstof.
• Lucht-brandstofverhoudingen, lambda en stoichiometrie uitgelegd — HP Tuners — lambda tegenover AFR en afstemmingsdoelwaarden.
• Lucht-brandstofverhouding — x-engineer.org — afleiding van stoichiometrische AFR en lambda vanuit de eerste beginselen.