DE69302659T2

DE69302659T2 - Brennkraftmaschine mit Vorkammer

Info

Publication number: DE69302659T2
Application number: DE69302659T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Matsuoka
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: DE598605T1; US5425337A; EP0598605A1; DE69302659D1; EP0598605B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vorkammer-Verbrennungsmotor mit Hauptkammern, Vorkammern und Kraftstoffeinspritzdüsen, deren Einspritzkanäle in die Vorkammern münden.
Ein Wirbelkammermotor mit Wirbelkammern wurde bisher zum Zweck einer Verbesserung der Verbrennung im Motor entwickelt. Ein solcher Wirbelkammermotor weist in einem Zylinderkopf ausgebildete Wirbelkammern, Verbindungskanäle, über die die Wirbelkammern und die in Zylindern gebildeten Hauptkammern miteinander in Verbindung stehen sowie in den Wirbelkammern vorgesehene Kraftstoffeinsrpitzdüsen auf, und die in die Wirbelkammern über die Verbindungskanäle fließenden Wirbelströmungen und ein in die Wirbelkammern eingespritzter Kraftstoff bilden eine Gasmischung.
Die Wirbelkammermotoren dieser Art umfassen als Beispiel für dieselben einen Vorkammeraufbau, wie er in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 112613/1990 beschrieben ist. Bei diesem Vorkammeraufbau sind die Vorkammerwände, die die Vorkammern begrenzen und mit den in den Zylindern ausgebildeten Hauptverbrennungskammern über Einspritzkanäle in Verbindung stehen aus einem isolierenden Material gebildet, und es sind aus einem keramischen Material bestehende Filmteile auf den Innenflächen der Vorkammerwände vorgesehen. Bei diesem Vorkammeraufbau sind metallische Schutzzylinder fest über die äußeren Umfangsflächen der Vorkammerwände gesetzt. Die Einspritzkanäle, welche eine Verbindung der Hauptkammern mit den Vorkammern ermöglichen, sind in einem Zylinderkopf bezüglich der Vorkammern geneigt ausgebildet, um die Ausbildung von Wirbelsträmungen zu fördern.
Allgemein ist die Verbrennungstemperatur in einer Vorkammer hoch, so daß es wirksam ist, eine Gasmischung mit einem niedrigen Luft-Kraftstoffverhältnis zwecks Reduzierung der Erzeugung von NOx zu verbrennen. Um eine Gasmischung mit einem niedrigen Luft-Kraftstoffverhältnis zu verbrennen, wenn die Verbrennungstemperatur hoch ist, wird ein Motor mit einem Vorkammeraufbau wirksam verwendet. Um die Verbrennungsgeschwindigkeit in einer vorkammerartigen Verbrennungskammer in einem eine vorkammerartige Verbrennungskammer aufweisenden Motor auf einen Wert im wesentlichen gleich demjenigen der Verbrennungsgeschwindigkeit in einer Verbrennungskammer mit Direkteinspritzung zu erhöhen, ist es notwendig, daß die Querschnittsfläche eines Verbindungskanals, durch den eine Vorkammer und eine Hauptkammer miteinander in Verbindung stehen, vergrößert wird. Wenn jedoch die Querschnittsfläche des Verbindungskanals vergrößert wird, sinkt die Einspritzgeschwindigkeit des Kraftstoffs von der Vorkammer in die Hauptkammer, und die Verbrennung in der Hauptkammer wird nicht zufriedenstellend durchgeführt.
In einem bekannten Wirbelkammermotor steigt der Anteil der Erzeugung von NOx und von Rauch, wenn nicht die Richtung, in der eine in einer Wirbelkammer gebildete Wirbelströmung fließt, die Richtung, in der ein zerstäubter Kraftstoff aus einer Kraftstoffeinspritzdüse ausgestoßen wird, und die Zeitsteuerung, mit der der Kraftstoff in dieser Weise aus der gleichen Düse ausgestoßen wird, alle aufeinander abgestimmt sind. In einem Wirbelkammermotor ist ein Verbindungskanal, durch den die Vorkammer und die Hauptkammer miteiannder in Verbindung stehen, klein, so daß ein Drosselverlust infolge des Verbindungskanals eintritt, der einen Abfall der Motorleistung bewirkt. Im allgemeinen ist ein Verbindungskanal, durch den eine Hauptkammer mit der Vorkammer in Verbindung steht, entweder im Mittelabschnitt eines Zylinders oder an einer Stelle des äußeren Umfangsabschnitts desselben vorgesehen. Dies bewirkt ein Ansteigen der Strecke, über die sich eine ausgespritzte Strömung bewegt, eine Verhinderung des ausreichenden Vermischens der ausgespritzten Strömung mit der Luft in der Hauptkammer, das Auftreten von HC und Rauch, eine Verlängerung der Verbrennungszeit und eine Absenkung der Motorleistung. Da der Verbindungskanal eingeschränkt ist, bewirkt die in die Hauptkammer über den Ansaugkanal eintretende und in die Vorkammer durch den Verbindungskanal strömende Ansaugluft das Auftreten einer starken Wirbelströmung in derselben, und infolge dieser Luftströmung steigt die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit der Innenfläche der Vorkammer und bewirkt ein Ansteigen der Strahlungsmenge.
Bei einem Motor mit direkter Einspritzung, der eine Verbrennungskammer in einem Kolben aufweist, beträgt das Volumenverhältnis der Kolbenverbrennungskammer, d.h. das Verhältnis des Volumens der Kolbenverbrennungskammer zu demjenigen der ganzen Verbrennungskammer am Ende eines Kompressionshubes, im allgemeinen 65 - 80%, und das Volumen eines nicht in diesen Prozentsatz eingeschlossenen Raumes wird nutzloses Volumen genannt, wobei Versuche gemacht wurden, das nutzlose Volumen auf den niedrigstmöglichen Wert zu senken.
Ein Ziel der Erfindung ist die Lösung dieser Probleme und die Schaffung eines Vorkammermotors, der in der Lage ist, einen Zylinderkopf mit einfachem Aufbau durch Vorsehen von Vorkammern in Kolben zu bilden; die Strecke zu verkürzen, über die die Ausspritzströmungen aus den Vorkammern sich bewegen, durch Bildung der Vorkammern in den Mittelabschnitten der Zylinder; einen infolge des Vorsehens der Verbindungskanäle auftretenden Drosselverlust durch Erhöhung der Querschnittsfläche der Verbindungskanäle zu verringern; die Motorleistung durch Verringerung der Luftbewegung in den Vorkammern auf einen geeigneten Wert, der Wärmeübertragungsmenge von den Innenflächen der Vorkammern, der Strahlungsmenge in denselben und der Länge der Verbrennungszeit zu verbessern; und die Vermischung von Kraftstoff mit der in den Hauptkammern vorhandenen Frischluft, insbesondere durch Ausspritzen eines Kraftstoffstrahls von den Vorkammern in die Hauptkammern in der Richtung, in der die in den Vorkammern gebildeten Wirbelströmungen fließen, oder in der Richtung, welche dazu senkrecht ist, zu fördern.
Die Erfindung schafft einen Vorkammer-Verbrennungsmotor, welcher aufweist: einen Zylinderblock, der mit Hauptkammern bildenden Zylindern versehen ist, einen am Zylinderblock befestigten Zylinderkopf, der mit Ansaug- und Auspuffkanälen versehen ist, mit Kolbenköpfen versehene Kolbenkörper, die Hubkolben bilden, welche in den Zylindern hin- und herbewegbar sind, Vorkammern, die in Hohlräumen vorgesehen sind, welche im wesentlichen in den Mittelbereichen der Kolbenköpfe ausgebildet sind, Kopfteile, die sich so erstrecken, daß sie die Hohlräume verschließen, in den Mittelbereichen der Hohlräume angeordnete Einsetzbohrungen, die in den Kopfteilen ausgebildet sind, Kraftstoffeinspritzdüsen im Zylinderkopf, die geeignet sind, in die Einsetzbohrungen vorzustehen, wenn die Kolben sich in Stellungen nahe dem oberen Totpunkt befinden, wobei die Kraftstoffeinspritzdüsen mit Mehrfachlöchern versehen sind, durch welche ein Kraftstoff bei Betrieb in die Vorkammern gesprüht wird, sowie Verbindungskanäle, über die die Hauptkammern mit den Vorkammern in Verbindung stehen und die in denjenigen Bereichen der Kopfteile ausgebildet sind, welche rings um die Einsetzbohrungen angeordnet sind, so daß sie einen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung der Einsetzbohrungen aufweisen und bezüglich der Achsen der Zylinder geneigt verlaufen; dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis der Vorkammern zu den gesamten Verbrennungskammern am Ende des Kompressionshubes nicht mehr als 65% beträgt und daß die Einsetzbohrungen durch die Kraftstoffeinspritzdüsen im wesentlichen verschlossen sind, wenn die Kraftstoffeinspritzdüsen in die Einsetzbohrungen vorstehen.
Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Kopfteile Kopfplatten aufweisen, die Teile der oberen Bereiche der Kolbenköpfe bilden und an den Kolbenkörpern derart befestigt sind, daß sie die Hohlräume verschließen, und die Einsetzbohrungen und die Verbindungskanäle in den Kopfplatten ausgebildet sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Vorkammermotors, in welchem in den Kolben vorgesehene Vorkammern in wärmeisolierenden Strukturen ausgebildet sind, um ein Ansteigen der Temperatur der Innenflächen der Vorkammern, ein Absenken der Differenz zwischen der Temperatur der Wände der Vorkammern und derjenigen eines darin enthaltenen Gases, ein Absenken der Temperatur der heißen Gasströmungen, eine Verhinderung der Wärmeableitung aus den Vorkammern zu deren Außenseite und eine Verringerung der Wärmebelastung auf den Kolben zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlräume im wesentlichen in den Mittelbereichen der oberen Teile der Kolbenköpfe ausgebildet, wobei Befestigungsbohrungen in den Bereichen der Kolbenkörper ausgebildet sind, welche die Bodenflächen der Hohlräume bilden, Vorkammerblökke, welche die Vorkammern bilden, in den Hohlräumen vorgesehen sind, die Vorkammerblöcke in die Befestigungsbohrungen eingepaßt und in denselben befestigt sind, die Kopfbereiche durch die oberen Teile der Vorkammerblöcke gebildet sind, deren obere Flächen mit denjenigen der Kolbenköpfe bündig liegen, Wärmeisolierschichten zwischen den Vorkammerblöcken und den Hohlräumen vorgesehen sind, die Vorkammern in Wärmeisoliergebilden durch die Wärmeisolierschichten gebildet sind und die Einsetzbohrungen sowie die Verbindungskanäle in den Vorkammerblöcken ausgebildet sind.
Der Kühlverlust in einem Vorkammermotor ist aus den folgenden Gründen im allgemeinen groß. Die Verwendung von Vorkammern bewirkt einen Anstieg des Oberflächenbereichs des Motors, der Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Vorkammer, der Wärmeübertragungsmenge derselben und der Temperatur des darin enthaltenen Gases, so daß die Wärmestrahlungsmenge hoch wird. In einer Vorkammer des erfindungsgemäßen Vorkammermotors sinkt jedoch die Wärmestrahlungsmenge beträchtlich, wie oben erwähnt, im Vergleich zu derjenigen in einer bekannten Wirbelkammer.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Richtung, in der ein Verbindungskanal geneigt ist, entgegengesetzt zu derjenigen einer Wirbelströmung, die in einem Zylinder infolge der Luftströmung aus einem Ansaugkanal in die zugehörige Hauptkammer gebildet wird, und die Richtung, in der der Kraftstoff aus der Vorkammer in die Hauptkammer ausgestoßen wird, stimmt mit derjenigen des Fließens der Wirbelströmung in der Hauptkammer überein. Daher kann die Energie der Wirbelströmung, die in der Hauptkammer gebildet wird, wirksam ausgenützt werden, und die Vermischung von Verbrennungsflammen, unverbrannter Gasmischung und Frischluft wird in der Hauptkammer gefördert.
Wenn die Verbindungskanäle nach außen geneigt sind, wird die Bewegung der Ausspritzsträmung aus der Vorkammer in den Raum um den Kolben kleiner, und die Vermischung der Ausspritzströmung mit der Frischluft rings um den Kolben wird ausgezeichnet gefördert. Eine Wirbelströmung, die infolge der vom Saugkanal in die Hauptkammer strömenden Ansaugluft gebildet wird, fließt in einer geringen Menge zuerst durch die Einsetzbohrung in die Vorkammer entsprechend einer Aufwärtsbewegung des Kolbens. Wenn der freie Endabschnitt der Kraftstoffeinspritzdüse in die Einsetzbohrung vorsteht, so daß die Ansaugluft im Zylinder komprimiert wird, vollführt die komprimierte Luft eine U-Wendung und bewegt sich als Vektorfluß über die Verbindungskanäle in die Vorkammer durch eine endgültige Schubbewegung der Kraftstoffeinspritzdüse, um eine in der entgegengesetzten Richtung in der Vorkammer fließende Wirbelströmung zu bilden. Ein flüssiger Kraftstoff, wie ein Alkoholkraftstoff und ein Leichtöl, wird aus den Mehrfachlöchern der Kraftstoffeinspritzdüse in die Vorkammer ausgespritzt, in welcher der Kraftstoff mit einem niedrigen Luft- Kraftstoffverhältnis verbrannt wird, um die Erzeugung von NOx minimal zu machen.
Die Verbrennungsflammen dehnen sich sodann in der Vorkammer aus und werden durch die Verbindungskanäle ausgestoßen. Da die Verbindungskanäle in der Richtung angeordnet sind, in der die Wirbelströmung im Zylinder fließt, werden die Verbrennungsflammen und unverbrannte Gasmischung ausgestoßen, da sie von der Wirbelströmung mitgeführt werden, d.h. da sie die Wirbelströmung wirksam ausnützen, die bei rund 30% im Zylinder verbleibt. Die Verbrennungsflammen und unverbrannte Gasmischung werden sodann mit der Frischluft feiner vermischt, um den Verbrennungsgrad zu erhöhen. Der freie Endabschnitt der Kraftstoffeinspritzdüse kommt aus der Einsetzbohrung 30º - 40º (Kurbelwinkel) nach dem Totpunkt eines Kompressionshubes heraus, und die Verbrennungsflammen und unverbrannte Gasmischung werden aus der Einsetzbohrung ebenfalls ausgestoßen, um den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen und die Verbrennung der Gasmischung zu vervollständigen. Dementsprechend wird die Erzeugung von HC und Rauch in der Hauptkammer minimal gemacht.
Wenn dieser Vorkammermotor so ausgebildet wird, daß die Verbindungskanäle radial von der oberen Fläche des Umfangsabschnitts eines Kolbenkörpers zu der Mitte des Hohlraums geneigt sind, wobei der aus der Vorkammer in die Hauptkammer ausgestoßene Kraftstoff senkrecht zur Wirbelströmung im Zylinder zum Umfangsabschnitt des Kolbenkörpers hin verläuft, treffen die Flammen aus der Vorkammer auf die Wirbelströmung im Zylinder, um die Turbulenz desselben zu fördern, wodurch die Vermischung der Ansaugluft mit dem Kraftstoff gefördert werden kann.
Die Verweilzeit der Kraftstoffeinspritzdüse in der Vorkammer, d.h. die Zeit, whrend der die Einsetzbohrung durch das Vorstehen der Kraftstoffeinspritzdüse in dieselbe geschlossen ist, wird auf der Basis der Länge des Anteils der Kraftstoffeinspritzdüse bestimmt, welche von der unteren Fläche des Zylinderkopfes vorsteht, sowie der Dicke der Kopfplatte oder des oberen Abschnitts des Vorkammerblocks. Dementsprechend kann die Schließzeit durch richtige Einstellung der Länge des vorstehenden Teils der Kraftstoffeinspritzdüse und die Dicke der Kopfplatte oder des oberen Abschnitts des Vorkammerblocks gesteuert werden.
Dieser Vorkammermotor ist mit einer Vorkammer im Mittelabschnitt eines Kolbens, einer Einsetzbohrung, in die eine Kraftstoffeinspritzdüse in einer Stellung in der Umgebung des oberen Totpunkts des Kolbens im Mittelabschnitt einer Kopfplatte oder eines Vorkammerblocks vorstehen kann, sowie einer Anzahl von Verbindungskanälen versehen, welche eine gegenseitige Verbindung einer Hauptkammer mit der Vorkammer rings um die Einsetzbohrung ermöglichen, so daß die Verbindungskanäle bezüglich der Achse des Zylinders geneigt und in gegenseitigem Abstand in Umfangsrichtung des Zylinders angeordnet sind. Dadurch wird die Bewegung einer Ausstoßströmung aus den Verbindungskanälen zur Wandfläche des Zylinders kürzer und die Verbrennungszeit sinkt, so daß die Motorleistung verbessert wird. Da die Bewegung der Ausstoßströmung aus der Vorkammer zur Zylinderwand verringert werden kann, können die Verbindungskanäle mit einer größeren wirksamen Querschnittsfläche ausgebildet werden, und der Drosselverlust kann reduziert werden, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors ermöglicht. Da die Querschnittsfläche des Durchlasses zwischen der Hauptkammer und der Vorkammer insgesamt auf einen Wert vergrößert werden kann, der durch die Summe der Querschnittsflächen der Mehrzahl von Verbindungskanälen bestimmt wird, die im äußeren Umfangsabschnitt der Vorkammern ausgebildet sind, kann der Drosselverlust verkleinert werden. Wenn die Verbindungskanäle nach außen geneigt sind, sinkt die Bewegung der Ausstoßströmung aus der Vorkammer in den Raum rings um den Kolben weiter, und die Vermischung des Kraftstoffs mit Frischluft in dem Raum rings um den Kolben wird gefördert.
Daher ist es bei diesem Vorkammermotor möglich, eine Gasmischung mit einem niedrigen Luft-Kraftstoffverhältnis in einer Vorkammer zu verbrennen, einen Verbrennungsgrad darin auf einem Wert gleich demjenigen in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung aufrechtzuerhalten und die Erzeugung von NOx minimal zu machen. Da die Vorkammer im Mittelabschnitt des Zylinders ausgebildet ist, wird die Bewegung der Flammen und Gasmischung, die aus dem äußeren Umfangsabschnitt der Vorkammer ausgestoßen werden, kürzer bezüglich des ganzen Umfangs des Zylinders, d.h. der Frischluft in der Hauptkammer. Dies ermöglicht die Förderung der Vermischung von Flammen, Gasmischung und Ansaugluft in der Hauptkammer, eine Erhöhung der Verbrennungsrate in derselben, eine Verkürzung der Verbrennungszeit sowie die Durchführung des Verbrennungsvorgangs mit minimaler Erzeugung von NOx, HC und Rauch.
Nunmehr wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren lediglich beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
Fig.1 einen Schnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorkammermotors;
Fig.2 eine Aufsicht auf ein Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.1 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind;
Fig.3 eine Aufsicht auf ein anderes Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.1 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind;
Fig.4 eine Aufsicht auf ein weiteres Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.1 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind;
Fig.5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorkammermotors;
Fig.6 eine Aufsicht auf ein Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.5 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind;
Fig.7 eine Aufsicht auf ein weiteres Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.5 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind; und
Fig.8 eine Aufsicht auf noch ein weiteres Beispiel der Verbindungskanäle, die in einem Kolben des in Fig.5 gezeigten Vorkammermotors ausgebildet sind.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorkammermotors wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben.
Dieser Vorkammermotor weist einen Zylinderblock 6, der aus einem metallischen Material besteht, wie Aluminium und eine Aluminiumlegierung, sowie einen Zylinderkopf 5 auf, der auf dem Zylinderblock 6 über eine Dichtung 27, wie eine Metalldichtung, die aus einem metallischen Material besteht, z.B. einer Aluminiumlegierung, befestigt ist. Der Zylinderblock 6 ist mit inneren Bohrungen 21 versehen, deren Anzahl derjenigen der Zylinder des Motors entspricht, und ein Zylindermantel 19, der einen Zylinder 3 bildet, ist in jede Bohrung 21 eingepaßt. Der Zylinderkopf 5 ist mit inneren Ansaugkanälen 13 und Auslaßkanälen 17 versehen, deren Anzahl jeweils derjenigen der Zylinder des Motors, d.h. der Zylinder 3, entspricht. Ein Ansaugventil 16 ist auf einem Ventilsitz 22 in jedem Saugkanal 13 und ein Auslaßventil 26 auf einem Ventilsitz in jedem Auslaßkanal 17 angeordnet. Ein Kolben 8 ist in den vom Zylindermantel gebildeten Zylinder 3 derart eingebaut, daß der Kolben sich darin hin- und herbewegen kann. Eine Hauptkammer 1 ist zwischen der unteren Fläche 14 des Zylinderkopfes und oberen Fläche 15 des Kolbens gebildet.
Dieser Vorkammermotor ist ein Dieselmotor, in welchem ein flüssiger Kraftstoff, wie ein Alkoholkraftstoff und ein Leichtöl, von einer Kraftstoffeinspritzdüse 10 in eine Vorkammer 2 eingespritzt und verbrannt wird, wobei der Motor dadurch gekennzeichnt ist, daß eine Vorkammer 2 in einem Kolben 8 vorgesehen ist, während eine Anzahl von Verbindungskanälen 9 derart vorgesehen ist, daß sie geneigt verlaufen. Das Volumenverhältnis der im Kolbenkörper 18 gebildeten Vorkammer 2 zur Gesamtverbrennungskammer am Ende eines Kompressionshubes ist auf 40 - 65% eingestellt. Der Zylinderkopf ist in demjenigen Abschnitt, der mit der Achse des Zylinders ausgerichtet ist, mit einer durchgehenden Bohrung 23 versehen, in die eine Kraftstoffeinspritzdüse 10 mit Mehrfachlöchern 11 eingesetzt und darin befestigt ist, sowie einem Einspritzkanal, d.h. ein freier Endabschnitt 24 der Kraftstoffeinspritzdüse 10 steht aus der unteren Fläche 14 des Zylinderkopfes vor. Die Kraftstoffeinspritzdüse 10 kann an ihrem freien Endabschnitt 24 in die Vorkammer 2 vorstehen, wenn der Kolben sich in einer Stellung nahe dem oberen Totpunkt befindet, und den Brennstoff aus den Mehrfachlöchern 11 in die Vorkammer 2 einspritzen.
Bei diesem Vorkammermotor besteht der Kolben 8, der im Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist, aus einem Kolbenkörper 18, der in seinem Mittelabschnitt mit einem die Vorkammer 2 bildenden Hohlraum 20 und einer Kopfplatte 4 versehen ist, die durch Guß in einem Hohlraumabschnitt mit größerem Durchmesser befestigt ist, d.h. einer Gußausnehmung 12 im oberen Teil des Hohlraums 20 im Kolbenkörper 18, der einen oberen Abschnitt bildet, welche einen Teil einer Wand der Vorkammer 2 des Kolbenkopfes bildet. Die Kopfplatte 4 besteht aus einem Material mit hoher Wärmebeständigkeit, deren Wärmedehnungskoeffizient im wesentlichen gleich demjenigen des Materials des Kolbenkörpers 18 ist. Dementsprechend wird die Kopfplatte 4 am Kolbenkörper 18 festgelegt. Die Kopfplatte 4 ist ferner in ihrem Mittelabschnitt mit einer Einsetzbohrung 7 versehen, in die ein Einspritzkanal, d.h. ein freier Endabschnitt 24 der Kraftstoffeinspritzdüse 10 vorsteht, wenn sich der Kolben in einer Stellung nahe dem oberen Totpunkt befindet.
Um eine Verbindung zwischen der Hauptkammer 1 und der Vorkammer bei diesem Vorkammermotor herzustellen, ist eine Anzahl von Verbindungskanälen 9 (bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform z.B. vier Verbindungskanäle) in demjenigen Abschnitt der Kopfplatte, der sich rings um die Einspritzbohrung 7 befindet, so ausgebildet, daß sie sich bezüglich der Achse des Zylinders diagonal erstrecken. Diese Verbindungskanäle 9 sind so geformt, daß sie gemäß der Darstellung in Fig.2 einen gegenseitigen Abstand einschließen. Die Richtung, in der die Verbindungslkanäle 9 geneigt sind, ist derjenigen entgegengesetzt, in der eine Wirbelströmung 5 fließt, die durch die vom Ansaugkanal 13 in die Hauptkammer 1 strömende Luft gebildet wird, und die Richtung, in der der Kraftstoff von der Vorkammer in die Hauptkammer 1 ausgestoßen wird, stimmt mit derjenigen überein, in welcher die in der Hauptkammer 1, d.h. dem Zylinder 3, gebildete Wirbelströmung fließt.
In diesem Vorkammermotor wird ein Teil der Verbrennungskammer als Vorkammer 2 gebildet, in der die anfängliche Verbrennung einer Gasmischung, d.h. die Primärverbrennung derselben, bei hohem Äquivalenzverhältnis, d.h. bei einem niedrigen Luft- Brennstoffverhältnis, durchgeführt wird, was eine Senkung der Erzeugung von NOx ermöglicht. Es ist erforderlich, daß die Gasmischung sodann der Sekundärverbrennung unterworfen wird, d.h. einer Wiederverbrennung durch Förderung der Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft in der Hauptkammer 1 mit der Ausstoßenergie aus der Vorkammer. Wenn jedoch das Verhältnis (V/R) des Volumens der Vorkammer zum Gesamtvolumen der Verbrennungskammer kleiner wird, sinkt die Ausstoßenergie. Um das Auftreten dieser Erscheinung bei einem üblichen Vorkammermotor zu verhindern, wird die Querschnittsfläche des Durchlasses, durch den die Vorkammer mit der Hauptkammer in Verbindung steht, so reduziert, daß die Ausstoßenergie erhöht wird. Bei einem üblichen Vorkammermotor ist jedoch die wirksame Querschnittsfläche des Verbindungskanals allgemein etwas kleiner als 1,5% des Flächeninhalts der Oberfläche des Kolbens. Daher tritt ein Drosselverlust während eines Kraftstoffeinspritzvorgangs ein und der Wirkungsgrad des Motors sinkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorkammermotor wird die wirksame Querschnittsfläche der Verbindungskanäle 9 im Hinblick auf diese Erscheinungen vergrößert, und um die Vermischung der Frischluft in der Hauptkammer 1 mit der aus der Vorkammer ausgestoßenen Strömung zu fördern, werden die Verbindungskanäle 9 in demjenigen Abschnitt der Kopfplatte 4 ausgebildet, der von der mittigen Einsetzbohrung 7 entfernt ist, so daß sie einen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung derselben besitzen, wodurch die Bewegung einer sich von der Vorkammer zur Wandfläche des Zylinders 3 vorschiebenden Ausstoßstrmung verringert wird. Auch wenn daher die Ausstoßgeschwindigkeit des Kraftstoffs aus den Verbindungskanälen 9 niedrig ist, kann die Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft in der Hauptkammer 1 hervorragend in einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden. Insbesondere wenn V/R niedrig wird, oder wenn die Querschnittsfläche der Verbindungskanäle groß wird, sinkt die Ausstoßenergie aus der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1. Um diese Erscheinung zu erleichtern, wird der Kraftstoff vom äußeren Umfangsabschnitt der Vorkammer ausgestoßen. Dies ermöglicht eine wirksame Ausnützung der eindringenden Ausstoßströmung sowie eine Förderung der Vermischung der Frischluft in der Hauptkammer 1 mit der Ausstoßströmung.
Bei diesem Vorkammermotor ist der die Vorkammer 2 in sich bildende Kolben 8 mit der Kopfplatte 4 zum Verschließen der Vorkammer 2 und des Zylinders 3 in Bezug aufeinander versehen. Dementsprechend werden das Verbrennungsgas und die Gasmischung in der Vorkammer 2 in der gleichen Richtung ausgestoßen, die mit der Strömungsrichtung der Wirbelströmung übereinstimmt, welche in der Hauptkammer 1 gebildet wird und sich von den Verbindungskanälen 9 zum äußeren Umfangsabschnitt des Kolbens 8 vorschiebt, wenn der Kolben sich in einer Stellung nahe dem oberen Totpunkt befindet. Infolgedessen wird die Vermischung des in die Hauptkammer 1 ausgestoßenen Kraftstoffs mit der Luft in einer kurzen Zeitspanne gefördert.
Bei diesem Vorkammermotor besteht die Kopfplatte 4 aus einem Material mit hoher Wärmebeständigkeit und einem Wärmedehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich demjenigen des Kolbenkörpers 18 ist, z.B. aus Ni-Resist oder einem zusammengesetzten Material, das aus Keramikflocken, wie Siliziumkarbid-Flocken, und einem Metall, wie Aluminiumlegierung, besteht. Die Kopfplatte 4 kann in den Hohlraum 12 mit größerem Durchmesser durch Guß des Kolbenkörpers 18 fest eingesetzt werden. Da der freie Endabschnitt 24 der Kraftstoffeinspritzdüse 10 in einem Bereich angeordnet ist, in welchem er einem Hochtemperaturgas ausgesetzt ist, ist die äußere Umfangsfläche desselben mit einem wärmeisolierenden Material 25 durch Beschichtung überzogen, so daß der freie Endabschnitt 24 gegen die Wärme abgeschirmt wird.
Dieser Vorkammermotor ist in der beschriebenen Weise aufgebaut und arbeitet in der folgenden Weise. In einem Saughub des Motors wird das Ansaugventil 16 geöffnet, und Ansaugluft strömt durch den Ansaugkanal 13 in den Zylinder 3, um darin einen Wirbel 5 zu bilden. Der Wirbel 5 wird in die Vorkammer 2 durch die Verbindungskanäle 9, die so ausgebildet sind, daß sie in Umfangsrichtung gegenseitige Abstände einschließen, in einem Kompressionshub durch die infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 auftretende Kompressionskraft gedrückt, um einen Wirbel CS in der Vorkammer 2 zu bilden, der sich in umgekehrter Richtung bezüglich des Wirbels 5 bewegt. Infolge der Kompression der Ansaugluft, die bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 eintritt, strömt nämlich die komprimierte Luft in die Vorkammer 2 durch die Verbindungskanäle 9, die in der der Strömungsrichtung des Wirbels 5 im Zylinder 3 entgegengesetzten Richtung geneigt sind. In diesem Zeitpunkt wird die komprimierte Luft, die einen umgekehrt gerichteten Geschwindigkeitsvektor besitzt und in die Vorkammer gedrückt wird, darin zu einer Wirbelströmung CS gebildet.
Wenn der Kolben in der Umgebung des Endes eines Kompressionshubes ist, wird der Kraftstoff aus den Mehrfachlöchern 11 der Kraftstoffeinspritzdüse 10 in die Vorkammer 2 ausgestoßen, und dieser zerstäubte Kraftstoff wird mit dem darin befindlichen Wirbel CS vermischt, um eine entzündbare Gasmischung zu erzeugen, welche in der Vorkammer 2 gezündet wird, wobei ein Teil der Gasmischung sich in Flammen verwandelt, der Rest in dem Zustand einer unverbrannten Gasmischung verbleibt und sowohl Flammen als auch unverbrannte Gasmischung aus den Verbindungskanälen 9 zur Hauptkammer 1 ausgestoßen werden. Während dieser Zeit sind die Verbrennungskanäle 9 zur Hauptkammer 1 nur geöffnet, wenn sich der Kolben in der Umgebung des oberen Totpunktes TDC (top dead center) befindet, so daß die ausgestoßene Strömung aus der Kammer 2 in die Hauptkammer 1 durch die Verbindungskanäle 9 geblasen wird. Da die Verbindungskanäle 9 im Zylinder 3 in der Richtung geneigt sind, in der der Wirbel 5 strömt, wird die ausgestoßene Strömung, d.h. die Flammen und unverbrannte Gasmischung, mit der im Zylinder 3 verbleibenden Wirbelströmung 5 in Richtung der Strömung des Wirbels 5 ausgeblasen, ohne dem Wirbel 5 zu widerstehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse 10 gelangt aus der Einsetzbohrung 7, wenn der Kolben 8 nach unten bewegt wird, um eine Öffnung der Vorkammer 2 zur Hauptkammer 1 durch die Einsetzbohrung 7 zu bewirken, so daß die Ausstoßströmung in der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 geblasen wird. Die Flammen und unverbrannte Gasmischung, die in die Hauptkammer 1 ausgestoßen werden, werden mit der Frischluft in der Hauptkammer 1 in kurzer Zeit vermischt, und die erhaltene Gasmischung wird sekundär verbrannt, d.h. in einer verkürzten Verbrennungszeit nachverbrannt, um die Erzeugung von HC und Rauch zu verringern. Der Betrieb geht in einen Auslaß- oder Auspuffhub über.
Bei diesem Vorkammermotor werden die Verbindungskanäle 9 längs dem Außenumfang der Vorkammer 2 gebildet, um eine große wirksame Durchlaß-Querschnittsfläche zu erhalten. Auch wenn daher das Eindringen der Ausstoßströmung, die mit der Frisch luft in der Hauptkammer 1 vermischt werden soll, kurz ist, können die aus den Verbindungskanälen 9 ausgestoßenen Flammen und Gasmischung zufriedenstellend mit der Luft in der Hauptkammer 1 vermischt werden. Die Verbindungskanäle 9, durch welche die Hauptkammer 1 und die Vorkammer 2 miteinander verbunden sind, können so ausgebildet werden, daß sie eine große wirksame Gesamtquerschnittsfläche ergeben, so daß ein Drosselverlust nicht eintritt und die Leistung nicht absinkt. Die Vorkammer 2 ist konzentrisch mit der Achse des Zylinders 3 und die Verbindungskanäle 9 sind in der äußeren Umfangswand der Vorkammer 2 gebildet. Dementsprechend kann die Ausstoßströmung aus der Vorkammer 2 mit der Luft in der Hauptkammer 1 zufriedenstellend in kurzer Zeit vermischt werden, auch wenn die Ausstoßenergie und die Bewegung der Ausstoßströmung infolge der erhöhten wirksamen Querschnittsfläche der Verbindungskanäle 9 verringert sind, und die Verbrennungszeit der Hauptkammer 1 wird herabgesetzt, um die Erzeugung von HC und Rauch minimal machen zu können.
Bei diesem Vorkammermotor kann der Kraftstoff bei einem niedrigen Luft-Kraftstoffverhältnis und hoher Verbrennungsgeschwindigkeit verbrannt werden, so daß der Kraftstoff mit einer geringeren Erzeugungsrate von NOx verbrannt werden kann. Die Ausstoßgeschwindigkeit des von den Flammen und der Gasmischung erzeugten Verbrennungsgases, das von der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 durch die Verbindungskanäle 9 strömt, sinkt, da die wirksame Querschnittfläche der Verbindungskanäle 9 groß ist. Da jedoch die Verbindungskanäle 9 längs eines großen Kreises bezüglich der Hauptkammer 1 rings um die Vorkammer 2 angeordnet sind, verkleinert sich der Abstand zwischen den Verbindungskanälen 9 und dem Zylinder 3 insgesamt, und die Flammen und die Gasmischung, welche aus der Vorkammer in die Hauptkammer 1 durch die Verbindungskanäle 9 ausgestoßen werden, werden mit der Frischluft im Zylinder 3, d.h. rings um die Hauptkammer, in kurzer Zeit vermischt, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit herabgesetzt werden kann. Daher kann der Verbrennungsvorgang selbst in der Hauptkammer 1 mit reduzierter Erzeugung von NOx, HC und Rauch durchgeführt werden.
Obwohl dieser Vorkammermotor in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, ist die Richtung, in der die Verbindungskanäle 9 geneigt sind, nicht notwendigerweise auf die oben dargestellte eingeschränkt. Die Verbindungskanäle 9 zwischen der Hauptkammer 1 und der Vorkammer 2 können auch so geformt sein, daß sie in der in Fig.3 oder 4 gezeigten Weise geneigt sind.
Wie in Fig.3 gezeigt, ist die Richtung, in der die Verbindungskanäle zwischen der Hauptkammer 1 und der Vorkammer 2 geneigt sind, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform entgegengesetzt zu derjenigen der Wirbelströmung, die von der Luft gebildet wird, welche vom Ansaugkanal 13 in die Hauptkammer 1 strömt, und die Richtung, in welcher der Kraftstoff aus der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 ausgestoßen wird, stimmt mit derjenigen überein, in welcher die Wirbelströmung im Zylinder 3 fließt. Wie ferner in Fig.3 gezeigt, sind die verbindungskanäle 9 in Umfangsrichtung des Kolbens 8 geneigt, d.h. in Richtung nach außen. Da die verbindungskanäle 9, wie oben erwähnt, nach außen geneigt sind, wird die Bewegung der Ausstoßströmung von der Vorkammer 2 in den Raum um den Kolben 8 darüberhinaus kürzer, und die Vermischung der Ausstoßströmung mit der Frischluft rings um den Kolben kann gefördert werden.
Wie in Fig.4 gezeigt, stehen die geneigten Achsen der Verbindungskanäle 9, durch die die Hauptkammer 1 und die Vorkammer 2 miteinander in Verbindung stehen, radial von der oberen Fläche des Umfangsabschnitts des Kolbenkörpers 18 zur Mitte der Vorkammer 2, so daß die Richtung, in der der Kraftstoff aus der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 ausgestoßen wird, die Wirbelströmung im Zylinder 3 kreuzt, d.h. die Ausstoßströmung fließt zum Umfang des Kolbenkörpers 18. Wenn der Motor so aufgebaut ist, daß die Ausstoßströmung rechtwinklig zur Wirbeiströmung im Zylinder 3 fließt, treffen die Flammen aus der Vorkammer 2 auf den Wirbelstrom im Zylinder 3 und ermöglichen, daß die Turbulenz des Kraftstoffs und der Luft und die Vermischung derselben gefördert wird.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorkammermotors wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 beschrieben. Der Vorkammermotor dieser Ausführungsform hat den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie der mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Vorkammermotor mit der Ausnahme, daß eine Vorkammer in einem Vorkammerblock ausgebildet ist, die an einem Kolbenkörper 18 befestigt ist. Daher sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine doppelte Beschreibung derselben weggelassen.
Im Vorkammermotor gemäß Figuren 5 und 6 besteht ein Kolben 8, der in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist, aus einem Kolbenkörper 18, der in seinem Mittelabschnitt mit einem Hohlraum 12 und einer Befestigungsbohrung 33 versehen ist, wobei ein Vorkammerblock 4 in dem Hohlraum 12 über eine Wärmeisolierschicht eingepaßt ist, welche eine Vorkammer 2 bildet und aus einem Keramikmaterial besteht, ein Vorsprung 29 am Vorkammerblock 4 vorgesehen ist und ein Kupplungsring 27 zum Einpassen des Vorsprungs 29 in die Befestigungsbohrung 23 denselben am Kolbenkörper 18 festlegt. Der Kolbenköper 18 und der Vorkammerblock 4 können aneinander durch den Kupplungsring 27 festgelegt werden, der aus mittels Hitze plastisch verflüssigtem Fließmetall besteht. Daher kann der Vorkammerblock 4 am Kolbenkörper 18 mittels des Kupplungsrings 27 festgelegt werden. Die oben erwähnte Wärmeisolierschicht besteht aus einer wärmeisolierenden Luftschicht 30, die zwischen der äußeren Umfangsfläche des Vorkammerblocks 4 und der inneren Umfangsfläche des Hohlraums 12 gebildet ist, und eine Warmeisolierdichtung 28 ist zwischen der unteren Fläche des Vorkammerblocks 4 und der Bodenfläche des Hohlraums 12 vorgesehen. Die wärmeisolierende Dichtung 28 besteht aus einem Material hoher Festigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit, wie teilweise stabilisiertem Zirkondioxid. Da eine aus der warmeisolierenden Luftschicht 30 und der Wärmeisolierdichtung 28 bestehende Wärmeisolierschicht zwischen dem Vorkammerblock 4 und dem Hohlraum 12 im Kolbenkörper 18 gebildet ist, hat die Vorkammer 2 einen wärmeisolierenden Aufbau und verhindert, daß die Wärmeenergie in der Vorkammer 2 davon durch den Kolbenkörper 18 und den Kolbenring 31 abgestrahlt wird.
Bei diesem Vorkammermotor sind die Verbindungskanäle 9 (z.B. vier Verbindungskanäle in der Ausführungsform der Fig.6) in demjenigen Teil des Vorkammerblockes 4 ausgebildet, der rings um die Einsetzbohrung 7 angeordnet ist, so daß sie sich diagonal bezüglich der Achse des Zylinders erstrecken und eine gegenseitige Verbindung der Hauptkammer 1 und der Vorkammer 2 ermöglichen. Diese Verbindungskanäle 9 sind mit Umfangsabständen ausgebildet, wie in Fig.6 gezeigt. Die Richtung, in der die Verbindungskanäle 9 geneigt sind, ist derjenigen entgegengesetzt, in welcher die Wirbelströmung fließt, die durch die Luft gebildet wird, welche vom Ansaugkanal 13 in die Hauptkammer 1 strömt, und die Richtung, in der der Kraftstoff aus der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 ausgestoßen wird, stimmt überein mit derjenigen, in der die Wirbelströmung 5 fließt, die in der Hauptkammer 1, d.h. im Zylinder 3, gebildet wird. Der vorkammerblock 4 ist in seinem Mittelabschnitt mit einer Einsetzbohrung 7 versehen, in welche ein Einspritzöffnungsteil, d.h. ein freier Endabschnitt 24, der Kraftstoffeinspritzdüse 10 vorsteht, wenn ein Kolben sich in einer Stellung nahe dem oberen Totpunkt befindet.
Bei diesem Vorkammermotor ist der Vorkammerblock 4, welcher die Vorkammer 2 und den Zylinder 3 verschließt, im Kolben 8 unter Bildung der Vorkammer 2 vorgesehen. Wenn daher der Kolben sich in einer Stellung in der Umgebung des oberen Totpunktes befindet, werden das Verbrennungsgas und die Gasmischung in der Vorkammer 2 gegen den äußeren Umfangsabschnitt des Kolbens 8 in der Richtung ausgestoßen, welche übereinstimmt mit derjenigen, in der die Wirbelströmung 5 fließt, die zwischen den Verbindungskanälen 9 und der Hauptkammer 1 ausgebildet wird. Daher wird die Vermischung der in die Hauptkammer 1 ausgestoßenen Gasmischung mit der Luft in kurzer Zeit gefördert. Der Vorkammerblock 4 ist aus einem zusammengesetzten Material hergestellt, das aus hochwärmebeständigem Siliziumnitrit, Siliziumkarbid oder keramischen Flocken und einem Metall oder einem aus Ni-Cr bestehenden wärmebeständigen Metall besteht.
Der Vorkammermotor gemäß dieser Ausführungsform, der in der beschriebenen Weise aufgebaut ist, hat im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise wie der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorkammermotor mit der Ausnahme, daß er eine Arbeitswirkung besitzt, die auf dem wärmeisolierenden Aufbau der Vorkammer 2 beruht. Daher werden die Beschreibungen der Abschnitte der Wirkungsweise der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsform, die den Abschnitten der Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Figuren 1 und 2 gleich sind, weggelassen.
Dieser Vorkammermotor ist so ausgebildet, daß er es ermöglicht, die Wärmebelastung des Kolbens 8 zu verringern, indem man den Kolben 8 mit einer Vorkammer mit warmeisolierendem Aufbau innerhalb desselben versieht, einen ausgezeichneten Wirbel in der Vorkammer 2 durch Erhöhung der Wärmeübertragungsmenge von der Innenfläche desselben erzeugt und eine Zerstreung der Wärme aus Vorkammer 2 nach außen verhindert. Da dieser Vorkammermotor dadurch gebildet wird, daß eine Befestigungsbohrung 33 im Mittelabschnitt des Kolbenkörpers 18 hergestellt wird, ein die Vorkammer 2 bildender Vorkammerblock 4 in denselben eingepaßt wird und indem er aus einem Keramikmaterial in der Befestigungsbohrung 33 über die wärmeisolierende Luft 30 besteht und der Vorkammerblock 4 durch den Kupplungsring 27 am Kolbenkörper 18 festgelegt ist, wird es möglich, den Vorkammerblock 4 am Kolbenkörper 18 festzulegen, die Wärmebelastung des Kolbens durch Ausbildung der Vorkammer 2 in einem wärmeisolierenden Aufbau im Kolben 8 auszubilden, die Diffusion von Wärme aus der Vorkammer 2 zum Kolbenkörper 18 zu verhindern, die erzeugte Menge von NOx durch Verbrennen der Gasmischung mit einem niedrigen Luft- Kraftstoffverhältnis zu verringern und den Wärmewirkungsgrad zu verbessern. Andererseits hat ein bekannter Vorkammermotor einen hohen Kühlverlust, da das Vorhandensein einer Vorkammer eine Vergrößerung der Oberfläche des Motors und einen Anstieg der Fluidität der Luft in der Vorkammer, der Wärmeübertragungsmenge desselben, der Temperatur des darin enthaltenen Gases und der Wärmestrahlungsmenge darin bewirkt.
Obwohl dieser Vorkammermotor in der beschriebenen Weise aufgebaut ist, ist die Richtung, in der die Verbindungskanäle geneigt sind, nicht notwendigerweise auf die oben erwähnte eingeschränkt. Die Verbindungskanäle, durch die die Hauptkammer mit der Vorkammer in Verbindung steht, können auch so geformt sein, daß sie in der in den Figuren 7 oder 8 gezeigten Weise geneigt sind. Da die in den Figuren 7 oder 8 gezeigten Verbindungskanäle im wesentlichen gleich ausgebildet sind und arbeiten wie die in den Figuren 3 oder 4 gezeigten Verbindungskanäle, werden die Beschreibungen derselben weggelassen.

Claims

1. Vorkammer-Verbrennungsmotor, welcher aufweist: einen Zylinderblock (6), der mit Hauptkammern (1) bildenden Zylindern (3) versehen ist, einem am Zylinderblock (6) befestigten Zylinderkopf (5), der mit Ansaug- und Auspuffkanälen (13,17) versehen ist, mit Kolbenköpfen versehene Kolbenkörper (18), die Hubkolben (8) bilden, welche in den Zylindern (3) hin- und herbewegbar sind, Vorkammern (2), die in Hohlräumen (20,12) vorgesehen sind, welche im wesentlichen in den Mittelbereichen der Kolbenköpfe ausgebildet sind, Kopfteile, die sich so erstrecken, daß sie die Hohlräume (20;12) verschließen, in den Mittelbereichen der Hohlräume (20;12) angeordnete Einsetzbohrungen (7), die in den Kopfteilen ausgebildet sind, Kraftstoffeinspritzdüsen (10) im Zylinderkopf (5), die geeignet sind, in die Einsetzbohrungen (7) vorzustehen, wenn die Kolben (8) sich in Stellungen nahe dem oberen Totpunkt befinden, wobei die Kraftstoffeinspritzdüsen (10) mit Mehrfachlöchern (11) versehen sind, durch welche ein Kraftstoff bei Betrieb in die Vorkammern (2) gesprüht wird, sowie Verbindungskanäle (9), über die die Hauptkammern (1) mit den Vorkammern (2) in Verbindung stehen und die in denjenigen Bereichen der Kopfteile (4) ausgebildet sind, welche rings um die Einsetzbohrungen (7) angeordnet sind, so daß sie einen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung der Einsetzbohrungen (7) aufweisen und bezüglich der Achsen der Zylinder (3) geneigt verlaufen; dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis der Vorkammern (2) zu den gesamten Verbrennungskammern am Ende des Kompressionshubes nicht mehr als 65% beträgt, und daß die Einsetzbohrungen (7) durch die Kraftstoffeinspritzdüsen (10) im wesentlichen verschlossen sind, wenn die Kraftstoffeinspritzdüsen (10) in die Einsetzbohrungen (7) vorstehen.

2. Vorkammer-Verbrennunsmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Kopfteile Kopfplatten (4) aufweisen, die Teile der oberen Bereiche der Kolbenköpfe bilden und an den Kolbenkörpern (18) derart befestigt sind, daß sie die Hohlräume (20) verschließen, und die Einsetzbohrungen (7) und die Verbindungskanäle (9) in den Kopfplatten (4) ausgebildet sind.

3. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die Kopfplatten (4) aus einem Material hoher Wärmebeständigkeit hergestellt sind, dessen Wärmedehnungskoeffizient im wesentlichen gleich demjenigen der Kolbenkörper (18) ist.

4. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Kopfplatten (4) aus Ni-Resist hergestellt sind.

5. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Kopfplatten (4) aus einem zusammengesetzten Material hergestellt sind, das aus einem Keramikmaterial und einem Metall besteht.

6. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem die Kopfplatten (4) an den Kolbenkörpern (18) durch Gießen der letzteren befestigt sind und Teile der Wände der Vorkammern (2) bilden.

7. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Hohlräume (12) im wesentlichen in den Mittelbereichen der oberen Teile der Kolbenköpfe ausgebildet sind, wobei Befestigungsbohrungen (33) in den Bereichen der Kolbenkörper (18) ausgebildet sind, welche die Bodenflächen der Hohlräume (12) bilden, Vorkammerblöcke (4), welche die Vorkammern (2) bilden, in den Hohlräumen (12) vorgesehen sind, die Vorkammerblöcke (4) in die Befestigungsbohrungen (33) eingepaßt und in denselben befestigt sind, die Kopfbereiche durch die oberen Teile der Vorkammerblöcke (4) gebildet sind, deren obere Flächen mit denjenigen der Kolbenköpfe bündig liegen, Wärmeisolierschichten (28,30) zwischen den Vorkammerblöcken (4) und den Hohlräumen (12) vorgesehen sind, die Vorkammern (2) in Wärmeisoliergebilden durch die Wärmeisolierschichten (28,30) gebildet sind und die Einsetzbohrungen (7) sowie die Verbindungskanäle (9) in den Vorkammerblöcken (4) ausgebildet sind.

8. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, bei welchem die unteren Bereiche der Vorkammerblöcke (4) mit Vorsprüngen (29) versehen sind, die an den Kolbenkörpern (18) in einem in eine Befestigungsbohrung eingepaßten Zustand befestigt sind.

9. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem die Vorkammerblöcke (4) aus einem Keramikmaterial mit hoher Wärmebeständigkeit hergestellt sind.

10. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem die Wärmeisolierschichten (28,30) aus wärmeisolierenden Luftschichten (30) bestehen, die zwischen den äußeren Umfangsflächen der Vorkammerblöcke (4) und den inneren Umfangsflächen der Hohlräume (12) gebildet sind und wärmeisolierende Dichtungen (28) zwischen den unteren Flächen der Vorkammerblöcke (4) und den Bodenflächen der Hohlräume (12) vorgesehen sind.

11. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Zeitperiode, während der die Einsetzbohrungen (7) durch die in dieselben vorstehenden Kraftstoffeinspritzdüsen (10) verschlossen sind, durch die Strecke, um welche die Kraftstoffeinspritzdüsen (10) aus dem Zylinderkopf (5) vorstehen, und durch die Tiefe der Einsetzbohrungen (7) bestimmt ist, wobei die Verbrennungsperiode in den Vorkammern (2) durch diejenige der Verschlußdauer der Einsetzbohrungen (7) bestimmt ist.

12. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Verbindungskanäle (9) so ausgebildet sind, daß ihre Achsen in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung geneigt sind, in der sich die in den Zylindern (3) durch die von den Ansaugkanälen (13) in die Hauptkammern (1) strömende Luft gebildeten Wirbelströmungen vorwärts bewegen, wobei die Richtung, in der die Gasmischung aus den Vorkammern (2) in die Hauptkammern (1) ausgestoßen wird, mit derjenigen übereinstimmt, in der die Wirbelströmungen in den Zylindern (3) strömen.

13. Vorkammer-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Achsen der Verbindungskanäle (9) radial von den oberen Flächen der Umfangsbereiche der Kolbenkörper (18) gegen die Mitten der Hohlräume (20;12) verlaufen, wobei die in Gebrauch befindliche Gasmischung von den Vorkammern (2) in die Hauptkammern (1) zu den Umfangsbereichen der Kolbenkörper (18) in einer Diagonalrichtung derart ausgestoßen wird, daß sie die Wirbelströmungen in den Zylindern (3) rechtwinklig kreuzt.