M-Verfahren

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Prinzip des MAN-M-Verfahrens
M-Kolben eines 4 VD 14,5/12-1 SRW

Das M-Verfahren, Kurzform für Mittenkugelverfahren, ist ein Gemischbildungsverfahren für Dieselmotoren, bei dem der Kraftstoff wandverteilt in einen kugelförmigen Brennraum eingespritzt wird. Es wird zu den unmittelbaren Einspritzverfahren gezählt. Heute gilt das M-Verfahren als veraltet. Eingesetzt wurde es überwiegend bei Stationärmotoren und Motoren für Nutzfahrzeuge,[1] Pkw-Motoren mit M-Verfahren gibt es nicht.[2]

Funktionsprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anders als bei einem konventionellen Einspritzverfahren, bei dem der Kraftstoff zur Effizienzsteigerung möglichst weit von der Brennraumwand entfernt bleiben soll, wird beim M-Verfahren der Kraftstoff gezielt auf die Wand des Brennraumes aufgetragen, der als kugelförmige Mulde im Kolbenboden ausgebildet ist (siehe Bild rechts). Durch eine Einloch- oder Zweilochdüse wird der Kraftstoff tangential zur Brennraumwand mit niedrigem Druck eingespritzt, wodurch er sich größtenteils als Film auf der Wandoberfläche verteilt. Um die Zündung einzuleiten, wird ein geringer Teil des Kraftstoffes luftverteilt. Erst durch die hohe Gastemperatur, die nach der Zündung im Brennraum herrscht, dampft der Kraftstoff von der Brennraumwand ab und wird durch einen starken Luftwirbel schnell mit der Ansaugluft vermischt, wodurch er verbrennt. Da die Geschwindigkeit des Kraftstoffes gegen 0 geht, muss die Geschwindigkeit der Luft erhöht werden, um eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftstoff und Luft zu erzielen. Erreicht wird dies mit gedrallten Lufteinlasskanälen.[1]

Hintergrund des M-Verfahrens ist, dass durch eine wandverteilte Einspritzung der noch flüssige Kraftstoff nicht der hohen Brennraumtemperatur ausgesetzt ist, also nicht „aufbereitet“ ist, wodurch der Druckanstieg im Zylinder beim Einsetzen der Verbrennung sehr niedrig ist und die Verbrennung langsam abläuft, was sich in einem geringen Verbrennungsgeräusch bemerkbar macht. Weiters führt die wandverteilte Einspritzung zu einer guten Luftausnutzung, wodurch Motoren mit M-Verfahren nur wenig rußen. Bis zur Rauchgrenze können so hohe Mitteldrücke erreicht werden.[1]

Nachteilig am M-Verfahren ist, dass prinzipbedingt hohe Strömungs- und Wärmeübergangsverluste auftreten, was die Effizienz mindert und somit den Kraftstoffverbrauch erhöht. Darüber hinaus werden insbesondere der Kolben und der Zylinderkopf einer größeren thermischen Belastung ausgesetzt, weshalb sich Motoren mit M-Verfahren nicht gut für Kompressor- oder Turboaufladung eignen. Im Teillastbereich ist wegen der sinkenden Temperaturen das Gemischbildungsverhalten schlecht, wodurch vermehrt Kohlenwasserstoffe ausgestoßen werden.[1]

Vielstoffeigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Da beim M-Verfahren der Kraftstoff prinzipbedingt auf die kältere Brennraumwand aufgetragen wird und nicht direkt dem heißen Gas ausgesetzt ist, eignet sich das Verfahren nicht nur für konventionelle Dieselkraftstoffe, sondern auch für Erdölfraktionen, die bei Temperaturen von 40 °C (313,15 K) bis 400 °C (673,15 K) sieden sowie Motorenbenzin mit bis zu 86 Oktan.[3] Eine Weiterentwicklung des M-Verfahrens ist das FM-Verfahren (F wie Fremdzündung), bei dem die dieselmotortypischen Merkmale der inneren Gemischbildung und qualitativen Regelung beibehalten wurden, das Gemisch jedoch kontrolliert mit einer Zündkerze gezündet wird. Daher sind Motoren mit FM-Verfahren genaugenommen weder Otto- noch Dieselmotoren, sondern werden zu den Motoren mit hybridem Verbrennungsverfahren gezählt. Gegenüber dem klassischen M-Verfahren ist das Abgasverhalten verbessert.[1]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Erste Überlegungen zum M-Verfahren stellte der Ingenieur Kurt Blume 1940 an, 1941 wurden diese Überlegungen erstmals schriftlich festgehalten.[3] Das M-Verfahren wurde dann von Joachim Siegfried Meurer bei MAN zur Serienreife gebracht.[4] Die ersten Motoren mit M-Verfahren liefen in den Jahren 1954 und 1955 auf dem Prüfstand.[5] In der DDR wurde das M-Verfahren lizenziert, um es für den Industriemotor 4 VD 14,5/12-1 SRW zu nutzen.[6][7] Das vom M-Verfahren abgeleitete FM-Verfahren wurde vom Ende der 1960er-Jahre bis in die Mitte der 1980er-Jahre genutzt.[8]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e v. Basshuysen, Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. S. 761
  2. Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. S. 233
  3. a b Hans Christian Graf von Seherr-Thoß: Die Technik des MAN Nutzfahrzeugbaus in MAN Nutzfahrzeuge AG (Hrsg): Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. S. 438
  4. Gaier, Nutzfahrzeuge in der DDR, Band 2. S. 100
  5. ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift, Band 75. Franck, 1973. S. 152
  6. Kirchberg: Plaste, Blech und Planwirtschaft: die Geschichte des Automobilbaus in der DDR. S. 757
  7. Gaier, Nutzfahrzeuge in der DDR, Band 2. S. 89
  8. v. Basshuysen: Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff S. 23

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • J. Siegfried Meurer: Das MAN-M-Verbrennungsverfahren. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, Franck, Band 58, 1956. Nr. 4 S. 92 u. 98; Nr. 5. S. 127 u. 133.
  • J. Siegfried Meurer: Weiterentwicklung der MAN-M- und Vielstoffmotoren. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, Franck, Band 59, 1957. Nr. 7. S. 179 u. 182.
  • MAN Nutzfahrzeuge AG (Hrsg): Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus, Springer, Berlin/Heidelberg, 1991. ISBN 978-3-642-93490-2. S. 436 ff.
  • Richard van Basshuysen, Fred Schäfer (Hrsg): Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven, 8. Auflage, Springer, Wiesbaden, 2017. ISBN 978-3-658-10902-8. Kapitel 15.1, S. 761
  • Robert Bosch GmbH (Hrsg.): Diesel-Einspritztechnik. Springer, Berlin/Heidelberg, 1993. ISBN 978-3-662-00904-8. S. 8
  • Heinrich Dubbel: Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, 12. Auflage, Springer, Berlin/Heidelberg, 1961. ISBN 978-3-662-41644-0. S. 175
  • Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert (Hrsg.): Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, 6. Auflage, Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2012. ISBN 978-3-8348-8298-1. S. 233
  • Peter Kirchberg: Plaste, Blech und Planwirtschaft: die Geschichte des Automobilbaus in der DDR, 2. Auflage, Nicolai, Berlin, 2001. ISBN 978-3-87584-027-8. S. 485 u. 757
  • Achim Gaier: Nutzfahrzeuge in der DDR, Band 2. 2. Auflage, Schrader, Stuttgart, 2002. ISBN 9783613872103. S. 89 u. 100
  • Richard van Basshuysen: Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff, 4. Auflage, Springer, Wiesbaden, 2016. ISBN 9783658122157. S. 23