Súčiniteľ prebytku vzduchu je bezrozmerné číslo, ktoré vyjadruje pomer medzi skutočným množstvom vzduchu v zmesi a teoretickým množstvom (stechiometrickým množstvom) vzduchu zodpovedajúcim použitému palivu. Súčiniteľ prebytku vzduchu, v angličtine pomenovaný ako Air-Fuel Ratio, sa označuje gréckym písmenom λ (lambda).

Takto definovaný súčiniteľ sa používa prevažne v oblasti spaľovacích motorov, pretože je to nevyhnutný parameter pre prípravu zmesi. Súčiniteľ prebytku vzduchu tak dôkladne vyjadruje úroveň bohatosti zmesi. Každé palivo totiž potrebuje na svoje dokonalé spálenie iné množstvo vzduchu.

Napríklad 1kg bežného automobilového benzínu si v závislosti od svojho zloženia vyžaduje približne 14,7 kg vzduchu na úplne spálenie. Pri nafte je potrebných 15 až 15,5 kg vzduchu na 1kg paliva. Ak je teda dodržaný dokonalý pomer medzi palivom a vzduchom v zmesi, hodnota súčiniteľu prebytku vzduchu dosiahne 1 (λ = 1). V takomto prípade hovoríme o stechiometrickej zmesi.

Podľa hodnoty súčiniteľa prebytku vzduchu môžeme spaľovanú zmes rozdeliť na:

• Ak zmes obsahuje presne stechiometrické množstvo vzduchu λ = 1 nazýva sa stechiometrická (obsahuje správny pomer vzduchu na dokonalé spálenie paliva)

• Ak zmes obsahuje viac vzduchu λ > 1 nazýva sa chudobná (obsahuje menej paliva, ako sa dá spáliť)

• Ak zmes obsahuje menej vzduchu λ < 1 nazýva sa bohatá (obsahuje viac paliva, ako je možné spáliť)

Pri rôznych prevádzkových režimoch motora však dochádza k zmene pracovných podmienok motora a tak sa požiadavky na množstvo privádzaného paliva odlišujú.

Typické prevádzkové režimy motora, pri ktorých musí byť zloženie zmesi upravené sú napríklad:

• studený štart

• studený motor

• zahrievanie motora

• akcelerácia

• decelerácia

• voľnobeh

• zapnutá klimatizácia

• plné zaťaženie

• nadmorská výška

Vplyv zloženia zmesi na parametre motora:

V závislosti od súčiniteľa prebytku vzduchu sú pri rovnakých podmienkach motora ovplyvnené:

• spotreba paliva

• výkon motora

• množstvo emisií

• rovnomernosť chodu motora

• tepelné zaťaženie motora

Všetky tieto parametre sú závislé od zloženia zmesi. Skutočný zmiešavací pomer zmesi sa však od toho teoretického podstatne líši. Je to dané teplotou, otáčkami a zaťažením motora.

Zmiešavací pomer zmesi, pri ktorom výkon, emisie a spotreba dosahujú najlepšie hodnoty je jedinečný nielen pre každý motor, ale aj každý prevádzkový režim motora.

Spaľovanie stechiometrickej zmesi:

Pri spaľovaní stechiometrickej zmesi by teoreticky nemalo dochádzať k tvorbe emisií. V praxi je však situácia iná. Vplyvom nedostatočnej homogenizácie paliva a jeho interakcie s ďalšími látkami (motorovým olejom, nečistotami v palive, vplyv dusíka zo vzduchu) a krátkeho času, v ktorom musí spaľovací proces prebehnúť k tvorbe emisií dochádza.

Keďže motory bežných automobilov sú prevádzkované prevažne v čiastočnom zaťažení, sú na túto prevádzku konštruované tak, aby v tomto režime bola ich prevádzka čo najefektívnejšia. Pri tomto režime práce je teda práca so stechiometrickou zmesou vhodným kompromisom medzi výkonom, spotrebou paliva a množstvom vyprodukovaných emisií.

Okrem toho musia motory dnešných automobilov v prvom rade spĺňať emisné limity a tak sa používanie stechiometrickej zmesi (λ = 1) javí ako najvhodnejšie, pretože práve vtedy má katalyzátor maximálnu účinnosť a motor je teda najekologickejší.

Spaľovanie bohatej zmesi:

Pri spaľovaní bohatej zmesi prebieha spaľovanie rýchlejšie a prebytok paliva odparením znižuje maximálnu teplotu, čím zabezpečuje vnútorné chladenie valcovej skupiny, čo následne umožní zvýšiť kompresný pomer motora.

Súvisiaci článok - 

Kompresný pomer: Vedel si, čo udáva a aký vplyv má na motor?

Vďaka tomu rastie výkon motora, ale zároveň sa aj zvyšuje jeho spotreba, pretože nie všetko palivo sa dokonale spáli a časť jeho energie zostáva nevyužitá.

V tomto režime idú všetky ostatné parametre bokom a hlavným parametrom sa stáva výkon. Zmes sa teda obohacuje (λ < 1) aby bol dosiahnutý čo najvyšší výkon motora.

Spaľovanie chudobnej zmesi:

V režime spaľovania chudobnej zmesi sa dosahuje najnižšia spotreba a tak súčiniteľ prebytku vzduchu dosahuje hodnotu (λ > 1). Pri malom zaťažení motora nie je výkon nijak zaujímavý a prioritou sa teda stáva spotreba paliva. V takomto prípade je tak jednoznačnou voľbou pre tento režim nastavenie mierne chudobnej zmesi (λ > 1), pri ktorej sa dosahuje najväčšia úspora paliva.

Vplyv zloženia zmesi na komponenty motora:

Bohatá zmes má významný účinok z hľadiska ochrany motora, pretože palivo, ktoré nezhorí odoberá svojím odparením teplotu zo spaľovacieho priestoru, čím zabezpečuje účinné chladenie spaľovacieho priestoru. Chladiaci účinok rastie s bohatosťou zmesi, čo je dôležité hlavne pre extrémne namáhané motory. Toto je hlavný dôvod, prečo sa pri maximálnom zaťažení motora spaľuje bohatá zmes.

S bohatosťou zmesi to však netreba preháňať, pretože nespálené palivo omýva olejový film zo stien valcov, čím narastá riziko zadretia piestu. Navyše sa takto zvyšuje tvorba karbónu, ktorého usadeniny bránia odvodu tepla zo spaľovacieho priestoru.

Súvisiaci článok - 

Detonačné spaľovanie: Čo to je a čo ho spôsobuje?

V prípade spaľovania chudobnej zmesi hrozí absencia vnútorného chladenia, čo môže viesť k tepelnému preťaženiu niektorých súčastí motora, napríklad piestov, ventilov a sviečok. Väčšie lokálne teploty vo valci však zároveň výrazne zvyšujú riziko detonačného spaľovania.

Vnútorné chladenie palivom sa však dá využiť iba pri zážihových motoroch, pretože tie sú schopné pracovať s bohatou zmesou vďaka dlhšiemu času na jej prípravu (palivo sa dostáva do valcov spolu so vzduchom alebo je vstrekované do valca počas nasávacieho zdvihu).

Pri vznetových motoroch, kde sa vstrekuje palivo do valca a začína sa tak zároveň fáza horenia, by bohatá zmes, ktorá sa nestihne so vzduchom dobre premiešať, viedla k nadmernej dymivosti. To znamená, že aj pri plnom zaťažení vznetového motora sa súčiniteľ prebytku vzduchu len blíži k stechiometrickej zmesi tak, aby bol dosiahnutý čo najvyšší výkon.

Súčiniteľ prebytku vzduchu λ: Čo znamenajú konkrétne hodnoty?

• <0,5 - dolná hranica zápalnosti (bohatá zmes), zmes paliva so vzduchom už nie je zápalná

• < 1 - bohatá zmes, nedostatok vzduchu, zvýšený výkon a krútiaci moment

• 0,9 - najvyšší krútiaci moment, dobrý chod motora, horšia merná spotreba paliva

• 0,9 až 1,1 - teoreticky vhodná zmes paliva so vzduchom

• >1 - chudobná zmes, prebytok vzduchu, úspora paliva, hospodárna prevádzka

• 1,3 až 1,5 - horná hranica zápalnosi zmesi (chudobná zmes), zmes paliva a vzduchu už nie je zápalná

• 1,6 až 1,7 - horná hranica zápalnosti zmesi pre motory s vrstvenou zmesou

Vo všeobecnosti však platí, že správne fungujúci motor pri správnej teplote a zaťažení spaľuje:

Vznetový motor - spaľuje nehomogénnu (vrstvenú) zmes s vysokým prebytkom vzduchu. Zmes je chudobná, má väčší podiel vzduchu ako by k určitému množstvu paliva patrilo a súčiniteľ prebytku vzduchu je teda λ > 1.

Zážihový motor s nepriamym vstrekovaním - spaľuje homogénnu zmes. Súčiniteľ podielu vzduchu je λ = 1 a takáto zmes sa nazýva stechiometrická.

Zážihový motor s priamym vstrekovaním - spaľuje homogénnu, ale aj nehomogénnu (vrstvenú) zmes. Pri homogénnej zmesi sa vstrekuje dávka paliva λ = 1 do spaľovacieho priestoru počas nasávacieho zdvihu.

Pri vrstvenej zmesi sa palivo vstrekuje do rozvíreného vzduchu počas kompresného zdvihu, čím vytvorí lokálne homogénnu zmes v oblasti zapaľovacej sviečky. V ostatných priestoroch valca sa však nachádza chudobná zmes a súčiniteľ prebytku vzduchu je teda λ > 1.

Video, v ktorom Engineering Explained vysvetľuje súčiniteľ prebytku vzduchu (v angličtine):