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M Verfahren Das Kurzform für Mittenkugelverfahren ist ein Gemischbildungsverfahren für Dieselmotoren bei dem der Kraftst

M-Verfahren

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, Pkw-Motoren mit M-Verfahren gibt es nicht.

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

Funktionsprinzip 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.

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. Zudem 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.

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.

Vielstoffeigenschaften 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. 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. Beim FM-Verfahren ist die Zündkerze mit zwei parallelen Stiftelektroden an der dem Injektor gegenüberliegenden Brennraumwand angeordnet. Alternativ kann eine Zündkerze mit drei Masseelektroden am Rand des Brennstoffstrahls positioniert werden.

Geschichte Bearbeiten

Erste Überlegungen zum M-Verfahren stellte der Ingenieur Kurt Blume 1940 an, 1941 wurden diese Überlegungen erstmals schriftlich festgehalten. Das M-Verfahren wurde dann von Joachim Siegfried Meurer bei MAN zur Serienreife gebracht. Die ersten Motoren mit M-Verfahren liefen in den Jahren 1954 und 1955 auf dem Prüfstand.

MAN ließ sich seine Fahrzeugmotoren auf Grundlage des Patents auf das M-Verfahren schützen. Dies löste einen umfangreichen Rechtsstreit des Ostblocks gegen MAN aus. Unter anderem erhob das Institut für Kraftfahrzeugforschung in Prag im Jahre 1959 eine Nichtigkeitsklage beim deutschen Patentamt. Dieser wurde seitens des Bundesgerichtshofs am 25. Februar 1964 nicht entsprochen, was seitens der DDR-Fachpresse als politisch motiviertes Urteil gewertet wurde. Nach Ansicht der Kläger handelte es sich bei den seinerzeit von MAN produzierten Motoren gar nicht um das patentierte M-Verfahren, weil es gar nicht zur direkten Auftragung des Kraftstoffs im Brennraum, sondern vorwiegend zu einer vorherigen Zerstäubung/Gemischbildung käme. Die Patentabteilung von MAN entgegnete darauf, dass die Auftragung des Kraftstoffs auf die Brennraumwand entscheidendes Merkmal des patentierten M-Verfahrens ist, und die unterstellte vorherige Zerstäubung des Kraftstoffs im Motorbetrieb nicht zutreffend sei. Schließlich wurde das M-Verfahren in der DDR lizenziert, um es ab 1967 für den Industriemotor 4 VD 14,5/12-1 SRW und weitere Dieselmotoren des Traktorenwerks Schönebeck zu nutzen.

Das vom M-Verfahren abgeleitete FM-Verfahren wurde vom Ende der 1960er-Jahre bis in die Mitte der 1980er-Jahre genutzt.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ v. Basshuysen, Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. S. 761
  2. Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. S. 233
  3. ↑ 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. Richard van Basshuysen (Hrsg.): Ottomotor mit Direkteinspritzung – Verfahren · Systeme · Entwicklung · Potenzial, 3. Auflage, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2013, ISBN 9783658014087, S. 21
  5. Gaier, Nutzfahrzeuge in der DDR, Band 2. S. 100
  6. ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift, Band 75. Franck, 1973. S. 152
  7. Eine höchst interessante patentrechtliche Entscheidung. In: Kraftfahrzeugtechnik 12/1964, S. 442.
  8. Zum Patentstreit über das M.A.N-M-Verfahren. In: Kraftfahrzeugtechnik 5/1965, S. 164.
  9. Kirchberg: Plaste, Blech und Planwirtschaft: die Geschichte des Automobilbaus in der DDR. S. 757
  10. Gaier, Nutzfahrzeuge in der DDR, Band 2. S. 89
  11. Weiterentwicklungen im IFA-Dieselmotorenbau. In: Kraftfahrzeugtechnik 10/1969, S. 291–297.
  12. v. Basshuysen: Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff S. 23

Literatur 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
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Das M Verfahren Kurzform fur Mittenkugelverfahren ist ein Gemischbildungsverfahren fur Dieselmotoren bei dem der Kraftstoff wandverteilt in einen kugelformigen Brennraum eingespritzt wird Es wird zu den unmittelbaren Einspritzverfahren gezahlt Heute gilt das M Verfahren als veraltet Eingesetzt wurde es uberwiegend bei Stationarmotoren und Motoren fur Nutzfahrzeuge 1 Pkw Motoren mit M Verfahren gibt es nicht 2 Prinzip des MAN M VerfahrensM Kolben eines 4 VD 14 5 12 1 SRW Inhaltsverzeichnis 1 Funktionsprinzip 2 Vielstoffeigenschaften 3 Geschichte 4 Einzelnachweise 5 LiteraturFunktionsprinzip BearbeitenAnders als bei einem konventionellen Einspritzverfahren bei dem der Kraftstoff zur Effizienzsteigerung moglichst weit von der Brennraumwand entfernt bleiben soll wird beim M Verfahren der Kraftstoff gezielt auf die Wand des Brennraumes aufgetragen der als kugelformige Mulde im Kolbenboden ausgebildet ist siehe Bild rechts Durch eine Einloch oder Zweilochduse wird der Kraftstoff tangential zur Brennraumwand mit niedrigem Druck eingespritzt wodurch er sich grosstenteils als Film auf der Wandoberflache verteilt Um die Zundung einzuleiten wird ein geringer Teil des Kraftstoffes luftverteilt Erst durch die hohe Gastemperatur die nach der Zundung 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 erhoht werden um eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftstoff und Luft zu erzielen Erreicht wird dies mit gedrallten Lufteinlasskanalen 1 Hintergrund des M Verfahrens ist dass durch eine wandverteilte Einspritzung der noch flussige 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 ablauft was sich in einem geringen Verbrennungsgerausch bemerkbar macht Zudem fuhrt die wandverteilte Einspritzung zu einer guten Luftausnutzung wodurch Motoren mit M Verfahren nur wenig russen Bis zur Rauchgrenze konnen so hohe Mitteldrucke erreicht werden 1 Nachteilig am M Verfahren ist dass prinzipbedingt hohe Stromungs und Warmeubergangsverluste auftreten was die Effizienz mindert und somit den Kraftstoffverbrauch erhoht Daruber hinaus werden insbesondere der Kolben und der Zylinderkopf einer grosseren thermischen Belastung ausgesetzt weshalb sich Motoren mit M Verfahren nicht gut fur Kompressor oder Turboaufladung eignen Im Teillastbereich ist wegen der sinkenden Temperaturen das Gemischbildungsverhalten schlecht wodurch vermehrt Kohlenwasserstoffe ausgestossen werden 1 Vielstoffeigenschaften BearbeitenDa beim M Verfahren der Kraftstoff prinzipbedingt auf die kaltere Brennraumwand aufgetragen wird und nicht direkt dem heissen Gas ausgesetzt ist eignet sich das Verfahren nicht nur fur konventionelle Dieselkraftstoffe sondern auch fur Erdolfraktionen 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 Fremdzundung bei dem die dieselmotortypischen Merkmale der inneren Gemischbildung und qualitativen Regelung beibehalten wurden das Gemisch jedoch kontrolliert mit einer Zundkerze gezundet wird Daher sind Motoren mit FM Verfahren genaugenommen weder Otto noch Dieselmotoren sondern werden zu den Motoren mit hybridem Verbrennungsverfahren gezahlt Gegenuber dem klassischen M Verfahren ist das Abgasverhalten verbessert 1 Beim FM Verfahren ist die Zundkerze mit zwei parallelen Stiftelektroden an der dem Injektor gegenuberliegenden Brennraumwand angeordnet Alternativ kann eine Zundkerze mit drei Masseelektroden am Rand des Brennstoffstrahls positioniert werden 4 Geschichte BearbeitenErste Uberlegungen zum M Verfahren stellte der Ingenieur Kurt Blume 1940 an 1941 wurden diese Uberlegungen erstmals schriftlich festgehalten 3 Das M Verfahren wurde dann von Joachim Siegfried Meurer bei MAN zur Serienreife gebracht 5 Die ersten Motoren mit M Verfahren liefen in den Jahren 1954 und 1955 auf dem Prufstand 6 MAN liess sich seine Fahrzeugmotoren auf Grundlage des Patents auf das M Verfahren schutzen Dies loste einen umfangreichen Rechtsstreit des Ostblocks gegen MAN aus Unter anderem erhob das Institut fur Kraftfahrzeugforschung in Prag im Jahre 1959 eine Nichtigkeitsklage beim deutschen Patentamt Dieser wurde seitens des Bundesgerichtshofs am 25 Februar 1964 nicht entsprochen was seitens der DDR Fachpresse als politisch motiviertes Urteil gewertet wurde Nach Ansicht der Klager handelte es sich bei den seinerzeit von MAN produzierten Motoren gar nicht um das patentierte M Verfahren weil es gar nicht zur direkten Auftragung des Kraftstoffs im Brennraum sondern vorwiegend zu einer vorherigen Zerstaubung Gemischbildung kame 7 Die Patentabteilung von MAN entgegnete darauf dass die Auftragung des Kraftstoffs auf die Brennraumwand entscheidendes Merkmal des patentierten M Verfahrens ist und die unterstellte vorherige Zerstaubung des Kraftstoffs im Motorbetrieb nicht zutreffend sei 8 Schliesslich wurde das M Verfahren in der DDR lizenziert um es ab 1967 fur den Industriemotor 4 VD 14 5 12 1 SRW und weitere Dieselmotoren des Traktorenwerks Schonebeck zu nutzen 9 10 11 Das vom M Verfahren abgeleitete FM Verfahren wurde vom Ende der 1960er Jahre bis in die Mitte der 1980er Jahre genutzt 12 Einzelnachweise Bearbeiten a b c d e v Basshuysen Schafer Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen Komponenten Systeme Perspektiven S 761 Braess Seiffert Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik S 233 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 Richard van Basshuysen Hrsg Ottomotor mit Direkteinspritzung Verfahren Systeme Entwicklung 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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 Schafer 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 fur 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 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title M Verfahren amp oldid 228989647