Luft-Bränsle-förhållande (AFR) Kalkylator — AFR, Lambda & Ekvivalensförhållande

Vad är luft–bränsleförhållandet?

Luft–bränsleförhållandet (AFR) är massan luft som en motor förbränner för varje massenhet bränsle. Ett AFR på 14,7 innebär att motorn förbränner 14,7 gram luft för varje gram bränsle. Den här kalkylatorn beräknar AFR utifrån en luftmassa och en bränslemassa och omvandlar det sedan till lambda (λ) och ekvivalensförhållandet (φ), två skalor som används för att bedöma om en blandning är fet, idealisk eller mager.

Formel för luft–bränsleförhållande

AFR är lika med luftmassan dividerad med bränslemassan:

$\text{AFR} = \frac{\text{luftmassa}}{\text{bränslemassa}}$

AFR är ett förhållande, inte ett mått på volym eller energi, så vilken konsekvent massenhet som helst fungerar. Gram, kilogram och pund ger samma tal, så länge luft och bränsle mäts i samma enhet.

Lambda och ekvivalensförhållandet

Lambda (λ) skalar om AFR så att 1,00 alltid anger den perfekta blandningen, oavsett bränsle:

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

AFR_stoich är det stökiometriska luft–bränsleförhållandet, det exakta förhållande där allt bränsle och allt syre förbrukas samtidigt, utan att något blir över. Det skiljer sig mellan olika bränslen. Ett AFR på 14,7 ligger nära idealvärdet för bensin men är märkbart magert för E85, eftersom E85 behöver betydligt mindre luft per gram bränsle.

En blandning med λ under 1 är fet: den innehåller mer bränsle än den ideala mängden. En blandning med λ över 1 är mager: den innehåller mer luft än den ideala mängden. Ekvivalensförhållandet (φ) är det omvända av lambda. På φ-skalan betyder ett värde över 1 fet blandning, medan ett värde under 1 betyder mager blandning.

En bredbandslambda-sensor mäter lambda direkt i avgaserna. AFR-värdet på ett mätinstrument beräknas genom att lambdaavläsningen multipliceras med det stökiometriska AFR-värdet för det valda bränslet. Om fel bränsle väljs blir AFR-avläsningen felaktig även när sensorn i sig är korrekt.

Stökiometriskt AFR för olika bränslen

Feta, stökiometriska och magra blandningar

Lambda ger en bränsleoberoende skala för att tolka en blandning:

Så beräknas luft–bränsleförhållandet

1. Välj bränsle. Detta anger det stökiometriska AFR-värde som används för att beräkna lambda och bedömningen.
2. Ange luftmassan och bränslemassan i samma enhet. Gram används här, men alla konsekventa massenheter ger samma förhållande. Bränslemassan måste vara större än noll, eftersom den är divisorn.
3. Läs av AFR, lambda och φ samt bedömningen fet, stökiometrisk eller mager.
4. Använd den omvända beräkningen för att ange ett mål-AFR och hitta den bränslemassa som behövs för en viss luftmassa, eller den luftmassa som behövs för en viss bränslemassa.

Räkneexempel

En motor suger in 190 g luft och förbränner 12 g bensin.

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

λ = 1,08 ligger inom det magra intervallet (1,03 till 1,10). Blandningen innehåller mer luft än den ideala mängden för bensin, vilket är typiskt för en inställning med låg belastning och låg bränsleförbrukning.

Beräkna det i kod

Varje kodexempel tar en luftmassa, en bränslemassa och det stökiometriska AFR-värdet för bränslet och returnerar AFR och 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

Vanliga frågor

Spelar enheterna någon roll? Nej. AFR är ett förhållande, så gram, kilogram eller pund ger samma tal, så länge luft och bränsle anges i samma enhet.

Är ett högre AFR alltid bättre? Nej. Ett högre och magrare AFR kan förbättra bränsleekonomin men höjer förbränningstemperaturen. Ett lägre och fetare AFR bidrar till högre effekt och kyler förbränningsladdningen, men slösar bränsle och ökar utsläppen. Det lämpliga målvärdet beror på motorbelastningen och bränslet.

Varför ser samma AFR olika ut för två bränslen? Eftersom varje bränsle har sitt eget stökiometriska AFR-värde. Ett AFR på 14,7 är idealiskt för bensin men magert för E85. Lambda (λ = 1,00) eliminerar detta problem genom att ange den ideala blandningen på samma sätt för alla bränslen.

Vad är det stökiometriska AFR-värdet? Det är det exakta luft–bränsleförhållande där allt bränsle och allt syre i luften förbrukas samtidigt, utan att något blir över. För bensin är det 14,7 och för E85 9,76.

Vad mäter en bredbandslambda-sensor? Den mäter lambda direkt utifrån syrehalten i avgaserna. Inställningsprogramvara omvandlar sedan lambdaavläsningen till AFR med hjälp av det stökiometriska AFR-värdet för det valda bränslet.

Källor

• Air–fuel ratio — Wikipedia — definitioner och stökiometriska AFR-värden för olika bränslen.
• Air-Fuel Ratios, Lambda, and Stoichiometry Explained — HP Tuners — lambda jämfört med AFR och mål för motorinställning.
• Air fuel ratio — x-engineer.org — härledning från grundprinciperna av stökiometriskt AFR och lambda.