Kalkulačka pomeru vzduch-palivo (AFR) — AFR, Lambda a Pomer ekvivalencie

Aký je pomer vzduchu a paliva?

Pomer vzduchu a paliva (AFR) je hmotnosť vzduchu, ktorú motor spaľuje na každú jednotku hmotnosti paliva. AFR 14,7 znamená, že motor spaľuje 14,7 gramov vzduchu na každý gram paliva. Táto kalkulačka vypočíta AFR z hmotnosti vzduchu a hmotnosti paliva a potom ho prepočíta na lambdu (λ) a pomer ekvivalencie (φ), dve stupnice používané na posúdenie, či je zmes bohatá, ideálna alebo chudobná.

Vzorec pomeru vzduchu a paliva

AFR sa rovná hmotnosti vzduchu vydelenej hmotnosťou paliva:

$\text{AFR} = \frac{\text{hmotnosť vzduchu}}{\text{hmotnosť paliva}}$

AFR je pomer, nie meranie objemu ani energie, takže možno použiť ľubovoľnú jednotnú jednotku hmotnosti. Gramy, kilogramy aj libry dajú rovnaké číslo, ak sa vzduch a palivo merajú v rovnakej jednotke.

Lambda a pomer ekvivalencie

Lambda (λ) preškáluje AFR tak, aby 1,00 vždy označovalo dokonalú zmes bez ohľadu na palivo:

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

AFR_stoich je stechiometrický pomer vzduchu a paliva, presný pomer, pri ktorom sa všetko palivo a všetok kyslík spotrebujú súčasne a nič nezostane. Pre každé palivo je iný. AFR 14,7 je blízko ideálu pre benzín, ale pre E85 je výrazne chudobný, pretože E85 potrebuje na gram paliva oveľa menej vzduchu.

Zmes s λ pod hodnotou 1 je bohatá: obsahuje viac paliva, než je ideálne množstvo. Zmes s λ nad hodnotou 1 je chudobná: obsahuje viac vzduchu, než je ideálne množstvo. Pomer ekvivalencie (φ) je prevrátenou hodnotou lambdy. Na stupnici φ znamená hodnota nad 1 bohatú zmes a hodnota pod 1 chudobnú zmes.

Širokopásmový kyslíkový snímač meria lambdu priamo vo výfukových plynoch. AFR zobrazené na meradle sa vypočíta vynásobením nameranej lambdy stechiometrickým AFR zvoleného paliva. Výber nesprávneho paliva vedie k nesprávnemu údaju AFR, aj keď je samotný snímač presný.

Stechiometrický AFR podľa paliva

Bohaté, stechiometrické a chudobné zmesi

Lambda poskytuje stupnicu nezávislú od paliva na vyhodnotenie zmesi:

Ako vypočítať pomer vzduchu a paliva

1. Vyberte palivo. Tým sa nastaví stechiometrický AFR používaný na výpočet lambdy a vyhodnotenie.
2. Zadajte hmotnosť vzduchu a hmotnosť paliva v rovnakej jednotke. Tu sa používajú gramy, ale rovnaký pomer poskytne každá jednotná jednotka hmotnosti. Hmotnosť paliva musí byť väčšia než nula, pretože je deliteľom.
3. Zobrazte AFR, lambdu a φ spolu s vyhodnotením, či je zmes bohatá, stechiometrická alebo chudobná.
4. Pomocou spätného výpočtu zadajte cieľový AFR a zistite hmotnosť paliva potrebnú pre danú hmotnosť vzduchu alebo hmotnosť vzduchu potrebnú pre danú hmotnosť paliva.

Príklad výpočtu

Motor nasáva 190 g vzduchu a spaľuje 12 g benzínu.

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

λ = 1,08 spadá do chudobného rozsahu (1,03 až 1,10). Zmes obsahuje viac vzduchu, než je ideálne množstvo pre benzín, čo je typické pre nastavenie s nízkym zaťažením zamerané na úsporu paliva.

Výpočet v kóde

Každý úryvok prijíma hmotnosť vzduchu, hmotnosť paliva a stechiometrický AFR daného paliva a vracia AFR a 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

Často kladené otázky

Záleží na jednotkách? Nie. AFR je pomer, takže gramy, kilogramy aj libry dajú rovnaké číslo, ak sa vzduch a palivo uvádzajú v rovnakej jednotke.

Je vyšší AFR vždy lepší? Nie. Vyšší, chudobnejší AFR môže zlepšiť spotrebu paliva, ale zvyšuje teplotu spaľovania. Nižší, bohatší AFR pomáha dosiahnuť vyšší výkon a ochladzuje náplň vo valci, ale plytvá palivom a zvyšuje emisie. Správna cieľová hodnota závisí od zaťaženia motora a paliva.

Prečo vyzerá rovnaký AFR pri dvoch palivách odlišne? Pretože každé palivo má vlastný stechiometrický AFR. AFR 14,7 je ideálny pre benzín, ale chudobný pre E85. Lambda (λ = 1,00) tento problém odstraňuje tým, že ideálnu zmes označuje rovnakým spôsobom pre každé palivo.

Čo je stechiometrický AFR? Je to presný pomer vzduchu a paliva, pri ktorom sa všetko palivo a všetok kyslík vo vzduchu spotrebujú súčasne a nič nezostane. Pre benzín je 14,7 a pre E85 9,76.

Čo meria širokopásmový kyslíkový snímač? Meria lambdu priamo podľa obsahu kyslíka vo výfukových plynoch. Softvér na ladenie potom prepočíta túto hodnotu lambdy na AFR pomocou stechiometrického AFR zvoleného paliva.

Zdroje

• Pomer vzduchu a paliva — Wikipedia — definície a hodnoty stechiometrického AFR podľa paliva.
• Pomery vzduchu a paliva, lambda a stechiometria vysvetlené — HP Tuners — lambda verzus AFR a cieľové hodnoty pri ladení.
• Pomer vzduchu a paliva — x-engineer.org — odvodenie stechiometrického AFR a lambdy z prvých princípov.