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輸入計算

數學公式

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結果

空燃比(AFR)
16.17
空氣質量 : 1 燃料質量
Lambda(λ) 1.1
理論空燃比 14.7
混合氣 Lean

什麼是空燃比?

空燃比(AFR)是引擎燃燒室內「空氣質量」除以「燃料質量」的比值,用來判斷引擎運轉時混合氣偏「濃」還是偏「稀」。當所有燃料與氧氣都被完全燃燒時,就達到化學上最理想的理論空燃比;以汽油來說大約是 14.7:1,也就是每 1 公克燃料對應 14.7 公克空氣。

比較濃、理論和稀空燃比混合氣的示意圖
濃混合氣、理論混合氣和稀混合氣以空燃比例顯示。

Lambda 與 AFR 有什麼差別?

Lambda(λ)是把同樣的概念標準化後的表達方式,不受燃料種類影響。\(\lambda\) 等於 1.0 一律代表理論空燃比;\(\lambda\) 小於 1.0 為偏濃(燃料過多),\(\lambda\) 大於 1.0 則為偏稀(空氣過多)。本計算機會依你選擇的燃料,把 Lambda 換算成實際的 AFR 數值。

將蘭姆達值對應到濃、理論和稀區域的數線
蘭姆達(λ)小於1為濃,等於1為理論,大於1為稀。

計算機使用方式

輸入量測到的 Lambda 值(通常由寬域含氧感知器讀取),再選擇對應的燃料種類以設定理論空燃比基準。計算機會將兩者相乘求出 AFR,並告訴你目前的混合氣是偏濃、偏稀,還是剛好落在理論值。

計算公式

$$\text{AFR} = \lambda \times \text{AFR}_{\text{理論值}}$$理論基準會隨燃料而不同:汽油約 14.7、E85 約 9.8、柴油約 14.5、甲醇約 6.4。

範例試算

假設汽油引擎的寬域感知器讀到 \(\lambda = 0.85\),則 AFR 為 $$0.85 \times 14.7 = 12.495:1$$由於 Lambda 低於 1.0,混合氣偏濃——這也是負載下追求最大馬力時常見的設定目標。

按燃料類型分類的化學計量空燃比

化學計量空燃比(AFR)是完全燃燒所需的空氣與燃料的精確質量比,其中 lambda (\(\lambda\)) 等於 1.0。因為每種燃料的化學成分不同,其化學計量空燃比也不同。實際空燃比由以下簡單關係式求得:

$$\text{AFR} = \lambda \times \text{AFR}_{\text{stoich}}$$

下表列出常見燃料的化學計量空燃比,以及兩個代表性 lambda 值(濃混合氣 \(\lambda = 0.90\) 和稀混合氣 \(\lambda = 1.05\))轉換為各燃料實際空燃比的計算範例。

燃料 化學計量空燃比(\(\lambda=1.0\)) \(\lambda=0.90\) 時的空燃比(濃) \(\lambda=1.05\) 時的空燃比(稀)
汽油 14.7 13.23 15.44
E85(乙醇混合燃料) 9.765 8.79 10.25
乙醇(E100) 9.0 8.10 9.45
甲醇 6.4 5.76 6.72
柴油 14.5 13.05 15.23
液化石油氣/丙烷 15.5 13.95 16.28
壓縮天然氣/甲烷 17.2 15.48 18.06

注意:E85 化學計量空燃比隨實際乙醇百分比而變化(夏季混合燃料可能接近 E70);9.765 這個數值反映的是標準混合燃料。甲醇和乙醇每單位空氣需要更多燃料,這就是為什麼雙燃料和賽車應用需要更大的噴油嘴。

常見調校目標的 Lambda 轉換為空燃比

對於汽油(\(\text{AFR}_{\text{stoich}} = 14.7\)),下表顯示 lambda 如何轉換為實際空燃比,以及每個區域對引擎調校的含義。Lambda 與燃料無關,這就是為什麼許多調校師直接使用 lambda——但大多數寬頻帶氧傳感器顯示的是對應的空燃比。

Lambda(\(\lambda\)) 汽油空燃比 混合氣狀態 典型使用情況
0.80 11.76 大幅增壓/高負荷下的安全邊際
0.85 12.50 最大功率(自然吸氣全油門)
0.90 13.23 最佳扭矩,燃燒溫度略低
1.00 14.70 化學計量 閉迴路巡航,觸媒轉換器效率
1.05 15.44 輕負荷經濟性
1.10 16.17 最佳經濟性/稀混合氣巡航(注意排氣溫度)

汽油的最佳功率空燃比通常在 \(\lambda \approx 0.85\text{–}0.90\)(≈12.5–13.2 AFR)附近,而最佳經濟性稀混合氣巡航則在 \(\lambda = 1.0\) 以上。增壓引擎在增壓時通常設定比此更濃的混合氣,以控制燃燒溫度和爆震。

常見問題

追求最大馬力時,AFR 設多少最好?汽油引擎在全油門狀態下,常以約 12.5–13.0:1(\(\lambda \approx 0.85\text{–}0.88\))為目標,以榨出顛峰馬力。

偏稀的混合氣代表什麼?偏稀混合氣(\(\lambda > 1.0\),汽油時 AFR > 14.7)表示空氣過多。雖然有助於省油,但在負載下容易使燃燒溫度升高並引發爆震。

為什麼要用 Lambda,而不直接用 AFR?因為 Lambda 不受燃料種類影響,調校時無須換算各種燃料的理論基準,就能在汽油、乙醇等不同燃料之間直接比較混合氣濃稀。

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