Et luft-brændstofforhold er et dimensionsløst tal, der udtrykker forholdet mellem den faktiske mængde luft i blandingen og den teoretiske mængde (støkiometrisk mængde) luft svarende til det anvendte brændstof. Koefficienten, der på engelsk hedder Air-Fuel Ratio, er angivet med det græske bogstav λ (lambda).

Koefficienten defineret på denne måde bruges hovedsageligt inden for forbrændingsmotorer, fordi det er en nødvendig parameter til fremstilling af blandingen. Luft-brændstof-forholdet udtrykker således grundigt blandingens rigdomsniveau. Hvert brændstof har brug for en forskellig mængde luft til sin perfekte forbrænding.

For eksempel, afhængigt af dens sammensætning, kræver 1 kg almindelig bilbenzin cirka 14,7 kg luft til fuldstændig forbrænding. Til diesel skal der 15 til 15,5 kg luft til 1 kg brændstof. Hvis det perfekte forhold mellem brændstof og luft i blandingen opretholdes, vil luft-brændstofforholdet således nå 1 (λ = 1). I et sådant tilfælde taler vi om en støkiometrisk blanding.

Ifølge luft-brændstofforhold kan vi opdele forbrændingsblandingen i:

• Hvis blandingen indeholder præcis den støkiometriske mængde luft λ = 1, kaldes den støkiometrisk (indeholder det korrekte luftforhold til perfekt forbrænding af brændstof)
• Hvis blandingen indeholder mere luft λ > 1, kaldes den mager ( indeholder mindre brændstof end der kan forbrændes)
• Hvis blandingen indeholder mindre luft λ < 1, kaldes den rig (indeholder mere brændstof end der kan forbrændes)

Men med forskellige driftstilstande af motoren ændres motorens arbejdsbetingelser, og dermed er kravene til mængden af ​​tilført brændstof forskellige.

Typiske driftstilstande for motoren, hvor blandingens sammensætning skal justeres, er f.eks.

• Koldstart
• Kold motor
• Opvarmning af motoren
• Acceleration
• Deceleration
• Tomgang
• Aircondition tændt
• Fuld last
• Højde

Effekt af blandingssammensætning på motorparametre:

Afhængigt af luft-brændstofforholdet, under de samme motorforhold, påvirkes følgende:

• Brændstofforbrug
• Motorydelse
• Mængde emissioner
• Jævn motordrift
• Motorvarmebelastning

Alle disse parametre afhænger af blandingens sammensætning. Det faktiske blandingsforhold af blandingen afviger dog væsentligt fra det teoretiske. Temperaturen, hastigheden og belastningen af ​​motoren bestemmer det.

Blandingsforholdet, ved hvilket ydeevne, emissioner og forbrug når de bedste værdier, er unikt for hver motor og driftstilstand.

Forbrænding af en støkiometrisk blanding:

I teorien bør emissioner ikke forekomme ved afbrænding af en støkiometrisk blanding. I praksis er situationen dog anderledes. På grund af utilstrækkelig homogenisering af brændstoffet og dets vekselvirkning med andre stoffer (motorolie, urenheder i brændstoffet, påvirkning af kvælstof fra luften) og den korte tid, hvor forbrændingsprocessen skal ske, opstår der emissionsdannelse.

Da motorerne i almindelige biler hovedsageligt drives ved delvis belastning, er de designet til denne operation, så deres drift er så effektiv som muligt i denne tilstand. I denne driftsform er arbejdet med en støkiometrisk blanding et passende kompromis mellem ydeevne, brændstofforbrug og mængden af ​​producerede emissioner.

Derudover skal motorerne i nutidens biler først opfylde emissionsgrænserne, så at bruge en støkiometrisk blanding (λ = 1) synes at være den mest passende, fordi det er når katalysatoren har maksimal effektivitet. Motoren er derfor den mest økologiske.

Rig blandingsforbrænding:

Ved afbrænding af en fed blanding sker forbrændingen hurtigere, og luft-brændstofforholdet reducerer den maksimale temperatur ved fordampning, hvilket sikrer intern køling af cylindergruppen, hvilket igen gør det muligt at øge motorens kompressionsforhold.

Article associé - 

Kompressionsforhold: Hvilken effekt har det på motoren?

Takket være dette øges motorens effekt, men samtidig stiger dens forbrug, fordi ikke alt brændstof forbrændes perfekt, og en del af dens energi forbliver ubrugt.

Alle andre parametre forsvinder i denne tilstand, og ydelse bliver hovedparameteren. Blandingen beriges således (λ < 1) for at opnå den højest mulige motorydelse.

Mager blandingsforbrænding:

Det laveste forbrug opnås i den magre blandingsforbrændingstilstand; således når luft-brændstofforholdet værdien (λ > 1). Når motoren er under lav belastning, er ydelsen ikke interessant, så prioriteringen bliver brændstofforbruget.

I et sådant tilfælde er indstilling af en let mager blanding (λ > 1), som opnår de største brændstofbesparelser, det klare valg for denne tilstand.

Effekt af blandingssammensætning på motorkomponenter:

En rig blanding har en væsentlig effekt ud fra et motorbeskyttelsessynspunkt, fordi det brændstof, der ikke brænder, fjerner temperaturen fra forbrændingskammeret gennem dets fordampning og sikrer derved en effektiv afkøling af forbrændingskammeret.

Køleeffekten øges med blandingens rigdom, hvilket især er vigtigt for ekstremt belastede motorer. Dette er grunden til, at en fed blanding forbrændes ved maksimal motorbelastning.

Der er dog ingen grund til at overdrive det med blandingens rigdom, fordi uforbrændt brændstof vasker oliefilmen fra cylindrenes vægge, hvilket øger risikoen for at stemplet sidder fast. Derudover øger dette dannelsen af ​​kulstof, hvis aflejringer forhindrer fjernelse af varme fra forbrændingskammeret.

Article associé - 

Bankende forbrænding: Hvad er det, og hvordan forebygger man det?

Ved afbrænding af en mager blanding er der risiko for fravær af intern køling, hvilket kan føre til en termisk overbelastning af nogle motorkomponenter, for eksempel stempler, ventiler og tændrør. Højere lokale temperaturer i cylinderen øger imidlertid risikoen for detonationsforbrænding markant.

Intern brændstofkøling kan kun bruges til gnisttændingsmotorer, fordi de kan arbejde med en rig blanding på grund af længere tid til dens forberedelse (brændstof kommer ind i cylindrene sammen med luft eller sprøjtes ind i cylinderen under indsugningsslaget).

I forbrændingstændingsmotorer, hvor brændstof sprøjtes ind i cylinderen, og forbrændingsfasen begynder samtidigt, ville en rig blanding, der ikke blandes godt med luften, føre til overdreven røg. Det betyder, at selv ved dieselmotorens fulde belastning er luft-brændstofforholdet kun tæt på den støkiometriske blanding, så den højest mulige ydeevne opnås.

Luft-brændstofkoefficient λ: Hvad betyder de specifikke værdier?

• <0,5-den nedre grænse for brændbarhed (rig blanding), blandingen af ​​brændstof og luft er ikke længere brændbar
• < 1 - rig blanding, mangel på luft, øget effekt og drejningsmoment
• 0,9 - det højeste moment, god motordrift, dårligere specifikt brændstofforbrug
• 0,9 til 1,1 - teoretisk passende blanding af brændstof og luft
• >1 - mager blanding, overskydende luft, brændstofbesparelse, økonomisk drift
• 1,3 til 1,5 - den øverste grænse for blandingens brændbarhed (mager blanding), blandingen af ​​brændstof og luft er ikke længere brændbar
• 1,6 til 1,7 - den øvre grænse for blandingens brændbarhed for motorer med en lagdelt blanding

Men generelt forbrænder en korrekt fungerende motor ved den korrekte temperatur og belastning:

Dieselmotor - brænder en inhomogen (stratificeret) blanding med et højt overskud af luft. Blandingen er mager, har en større andel af luft, end der ville tilhøre en vis mængde brændstof, og luft-brændstofforholdet er derfor λ > 1.

Benzinmotor med indirekte indsprøjtning - brænder en homogen blanding. Koefficienten for andelen af ​​luft er λ = 1, og en sådan blanding kaldes støkiometrisk.

Gasmotor med direkte indsprøjtning - brænder homogen, men ikke-homogen (lagdelt) blanding. En homogen blanding sprøjter et brændstof λ = 1 dosis ind i forbrændingskammeret under indsugningsslaget.

En lagdelt blanding sprøjter brændstof ind i den hvirvlede luft under kompressionsslaget, hvilket skaber en lokalt homogen blanding i tændrørsområdet. Der er dog en mager blanding i de øvrige rum i cylinderen, og luft-brændstofkoefficienten er derfor λ > 1.

Video, hvor Engineering Explained forklarer luft-brændstofforholdet: