Калькулятор соотношения воздуха и топлива (AFR) — AFR, Lambda и коэффициент эквивалентности

Что делает этот калькулятор (ELI5)

Двигатель сжигает смесь воздуха и топлива. Соотношение воздуха и топлива (AFR) — это просто количество воздуха на единицу топлива, измеренное по весу. AFR 14,7 означает 14,7 грамма воздуха на каждый 1 грамм топлива.

Введите массу воздуха и массу топлива, и этот инструмент даст вам три числа:

• AFR — чистое соотношение (воздух ÷ топливо).
• Lambda (λ) — то же самое переведено в масштаб, где 1,0 — это идеальное сгорание для выбранного вами топлива. Менее 1 — это «богатая» смесь (избыток топлива); более 1 — это «бедная» смесь (избыток воздуха). Lambda удобна, потому что 1,0 означает «идеальную» смесь независимо от типа топлива.
• Коэффициент эквивалентности (φ) — просто lambda в обратном порядке (φ = 1 ÷ λ). Настройщики в некоторых регионах предпочитают это; более 1 — богатая смесь.

Затем инструмент говорит вам, является ли смесь богатой, стехиометрической или бедной, и показывает это на датчике.

Формула

$\text{AFR} = \frac{\text{mass of air}}{\text{mass of fuel}} \qquad \lambda = \frac{\text{AFR}}{\text{AFR}_{\text{stoich}}} \qquad \varphi = \frac{1}{\lambda}$

Стехиометрическое соотношение AFR (AFR_stoich) — это химически точное соотношение, при котором все топливо и весь кислород потребляются вместе, не оставляя остатков. Это зависит от типа топлива:

Значения следуют стандартным справочникам ниже. Поскольку E85 требует значительно меньше воздуха на грамм топлива, чем бензин, AFR 14,7 является бедной смесью на E85, но идеальной на бензине — вот почему существует lambda: при любом топливе λ = 1,00 — это идеальное сгорание.

Богатая, стехиометрическая и бедная смеси

Lambda дает независимую от топлива шкалу:

Широкополосный датчик кислорода фактически измеряет lambda непосредственно из выхлопа, затем выбранный стехиометрический AFR преобразует его в отображаемый AFR — вот почему выбор неправильного топлива делает число AFR неправильным, даже если lambda правильный.

Как это использовать

1. Выберите топливо так, чтобы lambda и вердикт использовали правильный стехиометрический AFR.
2. Введите массу воздуха (например, из показаний датчика массового расхода воздуха/MAF или испытания потока) и массу топлива (из расхода форсунки × время) в одних и тех же единицах — здесь граммы, но любая согласованная единица массы дает одно и то же соотношение.
3. Прочитайте AFR, lambda и φ, а также вердикт богатая/стехиометрическая/бедная.
4. Используйте обратный решатель для обратного процесса: введите целевой AFR, чтобы получить массу топлива, необходимую для вашей массы воздуха (и наоборот).

Результаты синхронизируются с URL страницы, так что вы можете сохранить в закладки или поделиться точной конфигурацией.

Решённый пример

180 г воздуха с 12 г бензина:

$\text{AFR} = \frac{180}{12} = 15.0 \qquad \lambda = \frac{15.0}{14.7} = 1.02$

λ = 1,02 — это небольшая бедная смесь стехиометрической — экономичная смесь при малой нагрузке.

Вычислите это в коде

Каждый фрагмент кода принимает массу воздуха, массу топлива и стехиометрический AFR для топлива и возвращает AFR и 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(180, 12))  # (15.0, 1.0204...)
6

1function afrLambda(airMass, fuelMass, stoich = 14.7) {
2  const afr = airMass / fuelMass;
3  return { afr, lambda: afr / stoich };
4}
5console.log(afrLambda(180, 12)); // { afr: 15, lambda: 1.0204... }
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

Часто задаваемые вопросы

Имеют ли значение единицы измерения? Нет — AFR является соотношением, поэтому любая согласованная единица массы (граммы, килограммы, фунты) дает одно и то же число. Просто используйте одну и ту же единицу для воздуха и топлива.

Является ли более высокий AFR лучше? Не обязательно. Выше (бедней) может улучшить экономию, но повышает температуры; ниже (богаче) обеспечивает мощность и охлаждает заряд, но расходует топливо и увеличивает выбросы. Правильная цель зависит от нагрузки и топлива.

Почему мой AFR изменился, когда я переключился на другое топливо? Введённый вами AFR не изменился — но вердикт изменился, потому что «идеальная» смесь — это разный AFR для каждого топлива. Lambda (λ = 1,00) — это независимый от топлива способ прочтения «идеальной» смеси.

Источники

• Air–fuel ratio — Wikipedia — определения и стехиометрические значения AFR по топливам.
• Air-Fuel Ratios, Lambda, and Stoichiometry Explained — HP Tuners — lambda против AFR и целевые значения настройки.
• Air fuel ratio — x-engineer.org — первопринципное выведение стехиометрического AFR и lambda.