Technique : La chambre de combustion

Moteurs à essence

La chambre de combustion est l'espace ménagé dans la culasse ou le piston pour la combustion du mélange air-carburant dans les moteurs à combustion interne. La chambre de combustion, appelée parfois improprement chambre d'explosion, est comprise entre la tête du piston au point mort haut et la culasse. Son volume varie d'un moteur à l'autre et détermine le rapport volumétrique.

Dans les moteurs à piston rotatif du type Wankel, la chambre de combustion est le volume variable compris entre le rotor et les trois parois du carter moteur. Dans les turbines à gaz, les chambres sont constituées par des enveloppes de forme complexe, de sections cylindriques en tôle d'acier spécial capable de supporter des températures très élevées.

Pour les moteurs alternatifs, la forme de la chambre de combustion dépend de nombreux facteurs et, en premier lieu, du cycle choisi : diesel ou essence, deux ou quatre temps, lent ou rapide.

Les facteurs à prendre en considération dans le dessin de la chambre de combustion sont :

- La disposition des soupapes d'admission et d'échappement, afin d'obtenir le meilleur remplissage à tous les régimes de fonctionnement ;

- Le nombre et la forme des conduits d'admission et d'échappement qui influencent la turbulence (soupapes ouvertes ou en phase de compression) ; - La position de la bougie pour avoir le plus petit parcours possible de la flamme, en fonction de la vitesse de propagation de la combustion ;

- La forme du piston (tête bombée ou creusée) pour augmenter la chambre de combustion et obtenir une combustion complète et homogène, sans risque de pré-allumage ou détonation.

Enfin, la forme de la chambre de combustion doit être conçue en fonction du rapport volumétrique choisi et tenir compte de la surface offerte par rapport au volume, afin d'acquérir un rendement thermodynamique élevé et un bon refroidissement.

Les premières chambres de combustion, sur les modèles précédant la Première Guerre mondiale, étaient conditionnées par la dispersion latérale des soupapes (de chaque côté du moteur) avec la bougie vissée sur la culasse. Cette solution ménageait d'importants espaces morts latéraux (chapelles). Le volume total, important, interdisait les rapports volumétriques élevés. Le rendement était faible.

Dans les années 1919-1920, on construisit des chambres en forme de demi-sphères, tout le volume étant reporté autour de la bougie pour favoriser la turbulence. Vers cette époque, on note l'importante contribution du savant anglais, Harry R. Ricardo, dans l'amélioration des rendements. La distribution par soupapes en têtes modifie bientôt le dessin des chambres de combustion, qui dépend désormais de l'angle formé par les soupapes.

On distingue :

- les chambres cylindriques creusées dans la culasse, à soupapes parallèles dans le même axe que le cylindre.
- les chambres hémisphériques. Les soupapes sont disposées obliquement en V. La turbulence n'est pas excellente. Ces culasses ont été longtemps considérées comme celles qui offraient le meilleur rendement. Elles furent notamment utilisées sur les Porsche et les Alfa Romeo. Elles permettent d'utiliser de grandes soupapes avec de faibles rapports surface-volume. La position de la bougie est centrale (au milieu du V pour les moteurs à quatre soupapes par cylindre) et presque centrale pour les autres types.

Cette solution réduit de façon sensible le parcours du front de flamme. Pour accroître le rapport volumétrique, on a doté le piston, initialement plat, d'une tête bombée, augmentant ainsi la surface d'échange thermique. Il existe de nombreuses variantes de chambres hémisphériques, ainsi les moteurs BMW possèdent des chambres trisphériques, le groupe de la Peugeot 104 a une chambre bisphèrique, etc. ..