Calculator raportului aer-combustibil (AFR) — AFR, Lambda și raport de echivalență

Care este raportul aer-combustibil?

Raportul aer-combustibil (AFR) este masa de aer pe care un motor o arde pentru fiecare unitate de masă de combustibil. Un AFR de 14,7 înseamnă că motorul arde 14,7 grame de aer pentru fiecare gram de combustibil. Acest calculator determină AFR din masa aerului și masa combustibilului, apoi îl convertește în lambda (λ) și în raportul de echivalență (φ), două scări utilizate pentru a stabili dacă amestecul este bogat, ideal sau sărac.

Formula raportului aer-combustibil

AFR este egal cu masa aerului împărțită la masa combustibilului:

$\text{AFR} = \frac{\text{masa aerului}}{\text{masa combustibilului}}$

AFR este un raport, nu o măsură a volumului sau a energiei, astfel încât poate fi utilizată orice unitate de masă consecventă. Gramele, kilogramele și livrele dau toate același număr, atât timp cât aerul și combustibilul sunt măsurate în aceeași unitate.

Lambda și raportul de echivalență

Lambda (λ) redimensionează AFR astfel încât 1,00 să indice întotdeauna amestecul perfect, indiferent de combustibil:

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

AFR_stoich este raportul aer-combustibil stoechiometric, raportul exact la care întregul combustibil și întregul oxigen sunt consumați împreună, fără reziduuri. Acesta diferă pentru fiecare combustibil. Un AFR de 14,7 este apropiat de valoarea ideală pentru benzină, dar este vizibil sărac pentru E85, deoarece E85 necesită mult mai puțin aer pentru fiecare gram de combustibil.

Un amestec cu λ sub 1 este bogat: conține mai mult combustibil decât cantitatea ideală. Un amestec cu λ peste 1 este sărac: conține mai mult aer decât cantitatea ideală. Raportul de echivalență (φ) este inversul valorii lambda. Pe scara φ, o valoare peste 1 indică un amestec bogat, iar o valoare sub 1 indică un amestec sărac.

Un senzor de oxigen cu bandă largă măsoară direct lambda din gazele de evacuare. AFR afișat pe un instrument este calculat prin înmulțirea valorii lambda măsurate cu AFR-ul stoechiometric al combustibilului ales. Selectarea combustibilului greșit produce o indicație AFR greșită, chiar și atunci când senzorul este precis.

AFR stoechiometric în funcție de combustibil

Amestecuri bogate, stoechiometrice și sărace

Lambda oferă o scară independentă de combustibil pentru interpretarea unui amestec:

Cum se calculează raportul aer-combustibil

1. Selectați combustibilul. Acesta stabilește AFR-ul stoechiometric utilizat pentru calcularea valorii lambda și a evaluării.
2. Introduceți masa aerului și masa combustibilului în aceeași unitate. Aici se folosesc grame, dar orice unitate de masă consecventă produce același raport. Masa combustibilului trebuie să fie mai mare decât zero, deoarece este divizorul.
3. Citiți valorile AFR, lambda și φ, împreună cu evaluarea: bogat, stoechiometric sau sărac.
4. Utilizați funcția de rezolvare inversă pentru a introduce un AFR țintă și a determina masa de combustibil necesară pentru o anumită masă de aer sau masa de aer necesară pentru o anumită masă de combustibil.

Exemplu de calcul

Un motor aspiră 190 g de aer și arde 12 g de benzină.

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

λ = 1,08 se încadrează în intervalul sărac (de la 1,03 la 1,10). Amestecul conține mai mult aer decât cantitatea ideală pentru benzină, situație tipică pentru o setare destinată sarcinii reduse și economiei de combustibil.

Calcularea în cod

Fiecare fragment primește masa aerului, masa combustibilului și AFR-ul stoechiometric al combustibilului și returnează AFR și 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

Întrebări frecvente

Contează unitățile? Nu. AFR este un raport, astfel încât gramele, kilogramele sau livrele dau toate același număr, atât timp cât aerul și combustibilul folosesc aceeași unitate.

Un AFR mai mare este întotdeauna mai bun? Nu. Un AFR mai mare, adică un amestec mai sărac, poate îmbunătăți economia de combustibil, dar crește temperatura de ardere. Un AFR mai mic, adică un amestec mai bogat, ajută la obținerea puterii și răcește încărcătura de ardere, dar risipește combustibil și crește emisiile. Valoarea țintă potrivită depinde de sarcina motorului și de combustibil.

De ce același AFR arată diferit pentru două tipuri de combustibil? Deoarece fiecare combustibil are propriul AFR stoechiometric. Un AFR de 14,7 este ideal pentru benzină, dar sărac pentru E85. Lambda (λ = 1,00) elimină această problemă, indicând amestecul ideal în același mod pentru orice combustibil.

Ce este AFR-ul stoechiometric? Este raportul exact aer-combustibil la care întregul combustibil și întregul oxigen din aer sunt consumați împreună, fără reziduuri. Pentru benzină este 14,7, iar pentru E85 este 9,76.

Ce măsoară un senzor de oxigen cu bandă largă? Acesta măsoară direct lambda din conținutul de oxigen al gazelor de evacuare. Software-ul de reglare convertește apoi valoarea lambda într-un AFR, utilizând AFR-ul stoechiometric al combustibilului selectat.

Surse

• Raportul aer–combustibil — Wikipedia — definiții și valori ale AFR-ului stoechiometric în funcție de combustibil.
• Rapoartele aer-combustibil, lambda și stoechiometria explicate — HP Tuners — diferența dintre lambda și AFR și valorile țintă pentru reglare.
• Raportul aer-combustibil — x-engineer.org — deducerea din principii fundamentale a AFR-ului stoechiometric și a valorii lambda.