AFR och lambda för tuning: förstå blandningsförhållandet
Blandningsförhållandet kan anges som AFR eller som lambda, och att tänka i lambda gör värden jämförbara oavsett bränsle.
Hur mycket luft som blandas med bränslet är avgörande för både effekt, ekonomi och motorns hälsa. Förhållandet kan uttryckas på två sätt: som AFR, ett rent massförhållande, eller som lambda, ett dimensionslöst tal som relaterar till det perfekta förhållandet. Den här guiden förklarar båda begreppen, vilka stökiometriska värden olika bränslen har, vad fet och mager blandning innebär och varför erfarna tuners hellre tänker i lambda. Först en tydlig brasklapp: detta är referensinformation om hur begreppen hänger ihop, inte ett tuningrecept. Fel blandning kan skada motorn allvarligt, och verklig avstämning kräver bredbandslambdasond, kunskap och mycket försiktighet.
Vad AFR är
AFR står för air fuel ratio och är massförhållandet mellan luft och bränsle som blandas i motorn:
AFR = massa luft / massa bransle
Ett AFR på 14,7 betyder att 14,7 massdelar luft blandas med en massdel bränsle. Det är viktigt att det handlar om massa och inte volym, eftersom luftens densitet varierar med temperatur och tryck. AFR är därför ett rent förhållandetal mellan massor, vilket gör det entydigt så länge man vet vilket bränsle det gäller.
Stökiometriskt AFR per bränsle
Det stökiometriska AFR är det förhållande där exakt all luft och allt bränsle teoretiskt förbränner fullständigt, utan överskott av någondera. Detta värde beror helt på bränslets kemiska sammansättning, och skiljer sig därför kraftigt mellan bränslen:
- Bensin: stökiometriskt AFR ungefär 14,7 till 1.
- E85: stökiometriskt AFR ungefär 9,8 till 1, eftersom etanol innehåller syre och kräver mindre luft.
- Diesel: stökiometriskt AFR ungefär 14,5 till 1.
- Metanol: stökiometriskt AFR ungefär 6,4 till 1, vilket kräver mycket mer bränsle för samma luftmängd.
Dessa skillnader är enorma. Just därför blir ett rent AFR-tal svårt att tolka utan att veta bränslet: ett AFR på 9,8 är fett för bensin men exakt stökiometriskt för E85. Vill du förstå hur mycket bränsle en viss luftmängd kräver i praktiken kan du använda vår kalkylator för AFR och lambda och vår insprutarkalkylator.
Lambda: det bränsleoberoende måttet
För att slippa hålla reda på olika bränslens stökiometriska tal inför man lambda. Lambda är helt enkelt det aktuella AFR delat med bränslets stökiometriska AFR:
lambda = AFR / AFR_stok
Det betyder att lambda är exakt 1,0 vid stökiometrisk blandning, oavsett vilket bränsle det gäller. Ett lambda på 0,90 är tio procent fetare än stökiometriskt för vilket bränsle som helst, och ett lambda på 1,10 är tio procent magrare. Det är det stora värdet med lambda: det är bränsleoberoende och därmed direkt jämförbart mellan bensin, E85, metanol och diesel.
Fet mot mager blandning
Begreppen fet och mager beskriver om det finns överskott av bränsle eller av luft:
- Fet blandning (lambda under 1): mer bränsle än luften strikt kräver. Det extra bränslet ger ofta mer effekt vid full last och kyler dessutom förbränningen, vilket skyddar mot för höga temperaturer. Priset är högre förbrukning och mer oförbränt bränsle.
- Mager blandning (lambda över 1): överskott av luft. Det ger bättre bränsleekonomi och lägre utsläpp av oförbränt bränsle vid dellast, men en för mager blandning vid hög last höjer förbränningstemperaturen farligt och ökar risken för knackning och skador.
Det är därför moderna motorer kör nära lambda 1 vid normal körning för renast avgaser och bästa ekonomi, men går fetare vid full gas för att skydda motorn.
Varför man tänker i lambda
Att tänka i lambda i stället för i AFR har en mycket praktisk fördel. En tuner som arbetar med flera bränslen, eller som byter från bensin till E85, slipper räkna om alla måltal. Ett lambda på 0,85 är samma relativa fethet vare sig motorn går på bensin eller etanol, medan motsvarande AFR-tal skiljer sig dramatiskt. Lambda gör det också lättare att jämföra avstämningar mellan olika motorer och bränslen, och bredbandslambdasonder anger ofta värdet direkt i lambda.
Typiskt effektmål
Vid avstämning för maximal effekt vid full last brukar man som referens sikta på ett lambda någonstans runt 0,85 till 0,88, alltså en aning fett. Skälet är dubbelt: en lite fet blandning ger ofta nära den högsta effekten samtidigt som det extra bränslet kyler förbränningen och ger en säkerhetsmarginal mot knackning och överhettning. Exakt optimum varierar med motor, bränsle, laddtryck och kompressionsförhållande, och de två sistnämnda kan du utforska i vår kompressionsförhållandekalkylator.
Det talet här är dock just ett riktmärke och inte en instruktion. Att stämma av en motor kräver mätning med bredbandslambdasond under kontrollerade förhållanden, och en för mager blandning vid hög last kan förstöra en motor på sekunder. Behandla siffrorna i den här guiden som bakgrundsförståelse, inte som inställningar att kopiera rakt av.
Smalbands- mot bredbandslambdasond
För att överhuvudtaget mäta blandningen behövs en lambdasond i avgassystemet, men det finns två olika sorter med helt olika användning. Den vanliga smalbandssonden, som sitter i de flesta seriebilar, är i praktiken bara en omkopplare runt lambda 1. Den ger ett tvärt utslag åt fett eller magert håll men kan inte tala om hur fett eller hur magert, vilket gör den oanvändbar för avstämning utanför stökiometriskt område.
Den bredbandssonden däremot ger ett kontinuerligt och tillförlitligt värde över ett brett lambdaområde, från riktigt fett till riktigt magert. Det är därför allt seriöst avstämningsarbete kräver en bredbandssond, eftersom man vid full last arbetar klart på den feta sidan där smalbandssonden inte längre säger någonting meningsfullt. Att försöka stämma av en motor på en smalbandssond är ett av de vanligaste och farligaste nybörjarmisstagen, just eftersom den inte kan varna för en farligt mager blandning.
Hur insprutarna levererar blandningen
I praktiken styrs blandningsförhållandet av hur mycket bränsle insprutarna sprutar in i förhållande till luftmängden motorn andas. Insprutarna öppnar under en viss tid varje arbetscykel, och ju längre öppningstid, desto mer bränsle. Styrsystemet mäter eller beräknar luftmassan och doserar bränslet så att önskat lambda uppnås, med lambdasonden som återkoppling.
Det är därför insprutarnas storlek sätter ett tak för hur mycket effekt en motor kan mata med tillräckligt bränsle. När luftmängden ökar, till exempel med högre laddtryck, måste insprutarna leverera mer bränsle för att hålla samma lambda, och räcker de inte till magrar blandningen ut farligt vid full last. Hur insprutarstorlek, arbetscykel och effekt hänger ihop kan du utforska i vår insprutarkalkylator, och hur olika bränslen kräver olika mängd ser du i vår kalkylator för AFR och lambda.
Sammanfattning
AFR är massförhållandet luft mot bränsle, och det stökiometriska värdet beror på bränslet: ungefär 14,7 för bensin, 9,8 för E85, 14,5 för diesel och 6,4 för metanol. Lambda är AFR delat med det stökiometriska AFR och är därmed bränsleoberoende, där 1,0 är stökiometriskt, under 1 fett och över 1 magert. Fett ger effekt och kylning, magert ger ekonomi men risk. Ett typiskt effektmål ligger runt lambda 0,85 till 0,88, men detta är referensinformation och inte ett tuningrecept.