ForHosting KIT · 科学

理論空燃比計算機

炭素1個と水素4個のメタンを完全に燃やすには、燃料1 kgあたり約17 kgの乾燥空気が必要です。CxHy燃料の原子数を入力すると、空燃比、必要な酸素量、生じるCO2と水が分かります。ブラウザで無料で使えます。

  • 無料
  • ブラウザで動作
  • 登録不要
  • データは端末の外に出ません
ご利用方法 ウェブAPIメールTelegramアプリ 近日
入力した場合
炭素
1
水素
4
結果
燃料の化学式
CH4
燃料のモル質量
16.04246
O2のモル数
2
空気のモル数
9.5238095238

理論空燃比(ストイキオメトリックな空気対燃料質量比)とは、余剰酸素も未燃燃料も残さず1キログラムの燃料を完全燃焼させるために必要な乾燥空気のキログラム数です。炭化水素の式単位CxHyでは、完全燃焼により酸素需要が燃料1モルあたりO2のモル数としてC+H/4に固定されます。乾燥空気はその酸素を体積で約21パーセント供給するため、空気のモルは1/0.21でスケールし、空気の平均モル質量で質量に換算します。空気質量を燃料モル質量で割ると、メタンで約17、典型的なガソリン代替式で約15と技術者が引用する古典的AFRが得られます。学生は燃焼・熱力学の授業で導出に出会い、エンジン校正者はlambda=1の基準点として使い、プロセスモデルは経験マップに依存しない閉形式を必要とします。本計算機は非負の炭素・水素原子数を受け取り、固定の慣用原子量と乾燥空気定数を適用し、両方がゼロの不定ケースを拒否し、空燃質量比とともに酸素需要・生成物モル・燃料式・手法ラベルを返します。

炭素・水素の原子数が理論AFRになる仕組み

燃料1式単位の炭素原子数をC、水素原子数をHとした純炭化水素CxHyから始めます。酸素中の完全燃焼はCxHy+n_O2のO2→CのCO2+H/2のH2Oとなり、酸素収支からn_O2=C+H/4が決まります。この1つのスカラーが燃料1モルあたりの理論酸素需要です。

実機のエンジンやバーナーは純酸素ではなく、体積で約21パーセントのO2を含む乾燥空気を供給するため、O2 1モルあたり約4.76モルの空気になります。n_O2にその空気係数と乾燥空気の慣用平均モル質量(通常28.97 g/mol)を掛けると、燃料1モルあたり必要な空気質量が得られます。理論空燃質量比は空気質量÷燃料質量です。

逆数の燃空質量比と純酸素対燃料質量比も併記します。ストイキではlambdaと当量比は定義上ともに1です。負の原子数は化学式としてあり得ないため即時拒否されます。

ブレンドの平均式単位(例:C8H15付近のガソリン代替)をモデルする場合、少なくとも一方が正の質量を与える限り分数の原子数も許可されます。

理論AFR計算機が実務で使われる場面

中等・大学の燃焼科目は、CxHy+酸素の反応を釣り合わせた後に理論空燃比の演習を出し、原子数を質量比に変換しメタン約17と重いアルカン約15を比較させます。自動車・航空宇宙ラボは酸素センサ校正、アイドルマップ設定、代替燃料式がダイナモ前に妥当な空気需要を出すかの確認で、lambda=1基準として理論AFRを使います。

バーナー・ボイラ・ガスタービンを設計するプロセス・エネルギー技術者は、湿度・排気再循環・多成分ブレンド表を入れる前に、設計燃料式からの閉形式空気質量を素早く欲します。任意反応物間のモル比化学量論、CO2とH2O生成物質量からの燃焼分析、燃費単位換算が後で必要なら、本理論空燃比計算機ページを過負荷にせず別の検索意図・ランディングとして扱ってください。

宿題・試験の解答キー

CxHy原子数を単一の理論AFRに変換し、教員と自動採点がメタン・オクタン・代替燃料で同一の燃焼正解を共有できるようにします。

エンジン・バーナー設計の確認

過剰空気係数・湿度・多成分ブレンドマップを適用する前に、設計燃料式からlambda=1の空気需要を固定します。

理論空燃比とは何ですか?

余剰酸素も未燃燃料もなく、単位質量の燃料を完全燃焼させるのに必要な乾燥空気の質量です。炭化水素ではn_O2 = C + H/4と体積約21%のO2を含む空気から導かれます。

炭素と水素が両方ゼロだとどうなりますか?

燃料原子がなければモル質量はゼロで空燃比は不定のため、数値は返しません。

純水素や純炭素をモデルできますか?

はい。 H2なら炭素0・水素2、純炭素なら炭素1・水素0にします。ちょうど一方だけゼロは可、両方ゼロは拒否されます。

計算ではどんな空気の組成を使いますか?

体積で21%が酸素の乾燥空気を使います。O2 1モルあたり空気は約4.76モルで、空気の平均モル質量は28.97 g/molです。空気中の湿度は考慮しません。

オクタンはどう入力しますか?

オクタンC8H18なら、炭素に8、水素に18を入力します。一般的なガソリンの代替成分では、空燃比はおよそ15になります。

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

POSThttps://api.kit.forhosting.com/chem/stoichiometric-air-fuel-ratio

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/chem/stoichiometric-air-fuel-ratio \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"carbon":1,"hydrogen":4}'
{
  "carbon": 1,
  "hydrogen": 4
}
{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "chem.stoichiometric_air_fuel_ratio",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

HTTPコード意味
401unauthorizedAPIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
402insufficient_balance残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
404unknown_type指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
429rate_limitedリクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

無料のブラウザツールと有料APIは同一の純関数を共有するため、授業デモと自動パイプラインが同じ数値で食い違うことはありません。

炭素・水素の原子数が理論AFRになる仕組み

パイプラインは決定的な浮動小数点演算のみで、乱数シード・壁時計・生の空気組成表のネット取得・モデルドリフトがなく、同一の炭素・水素数は常に同一のJSONを返します。炭素と水素がともにゼロのときは燃料質量がなく比が不定なので、infinityやゼロ除算を作らずinvalid_inputで失敗します。

送信する内容と返ってくる結果

古典例はメタンCH4の炭素1・水素4、オクタンC8H18の炭素8・水素18、純水素の炭素0・水素2、純炭素の炭素1・水素0です。本能力は炭化水素式単位の理論質量比までに留まり、希薄・過濃運転点は別の過剰空気やlambda計算機が必要で、窒素ヘテロ原子を含む含酸素燃料は本CxHyランディングの範囲外です。必須フィールドはcarbonとhydrogenの2つで、それぞれ燃料式単位CxHy中の有限非負の原子数です。どちらも素のJSON数値、または有限値にparseできる数値文字列で構いません。欠落フィールド、空文字、非数値、NaN、Infinity、負の数、および両方がゼロの組はinvalid_inputで失敗し課金されません。成功時は整形済みの炭素・水素数、CH4やC8H18のようなfuel_formula、g/molのfuel_molar_mass、燃料1モルあたりのmoles_o2とmoles_air、生成物のmoles_co2とmoles_h2o、mass_air_per_mole_fuelとmass_o2_per_mole_fuel、主結果のair_fuel_mass_ratio、逆数のfuel_air_mass_ratio、oxygen_fuel_mass_ratio、いずれも1のlambdaとequivalence_ratio、unitsオブジェクト、M_C・M_H・M_O2・M_airとO2体積分率を記したconstants_used、method=stoichiometric_air_fuel_mass_ratio、閉形式のformula文字列、乾燥空気中完全燃焼の反応要約を返します。成功したAPI呼び出しの料金は公開ベースの$0.002/件で、検証失敗はプリペイド残高を消費しません。

理論AFR計算機が実務で使われる場面

本能力は純parseエンジンのためAPI料金は成功件あたり公開ベースの$0.002で、失敗検証は残高を消費しません。

教材とシミュレータのfixture

非決定性やネット表なしで決定的AFRが必要な熱力学教材とエンジンシミュレータ向けに安定したJSON fixtureを生成します。

この理論AFR計算機の仕組みは?

n_O2 = carbon + hydrogen/4とし、1/0.21で乾燥空気モルにスケールし、M_airを掛け、燃料モル質量C×M_C + H×M_Hで割って質量AFRと中間の酸素・生成物モルを返します。

料金はいくらですか?

ブラウザツールは無料でローカル実行です。APIは成功件あたり$0.002のKITプリペイド残高を使い、無効入力は課金されません。

KITの完全なドキュメントを見る →