Chambre de combustion - Combustion chamber

Une chambre de combustion fait partie d'un moteur à combustion interne dans lequel le mélange air/carburant est brûlé. Pour les moteurs à vapeur, le terme a également été utilisé pour une extension de la chambre de combustion qui est utilisée pour permettre un processus de combustion plus complet.

Moteurs à combustion interne

Dans un moteur à combustion interne , la pression provoquée par le mélange air/carburant en combustion applique une force directe à une partie du moteur (par exemple pour un moteur à piston, la force est appliquée au sommet du piston), qui convertit la pression du gaz en mécanique énergie (souvent sous la forme d'un arbre de sortie rotatif). Cela contraste avec un moteur à combustion externe, où la combustion a lieu dans une partie séparée du moteur où la pression du gaz est convertie en énergie mécanique.

Schéma de l'emplacement d'une chambre de combustion à l'intérieur d'un cylindre.

Moteurs à allumage commandé

Moteur à arbre à cames en tête — la chambre de combustion est le volume entre le piston (indiqué en jaune), la soupape d'admission (bleu) et la soupape d'échappement (rouge).

Dans les moteurs à allumage commandé, tels que les moteurs à essence (essence) , la chambre de combustion est généralement située dans la culasse . Les moteurs sont souvent conçus de telle sorte que le bas de la chambre de combustion soit à peu près aligné avec le haut du bloc moteur .

Les moteurs modernes à soupapes en tête ou arbre(s) à cames en tête utilisent le haut du piston (quand il est proche du point mort haut ) comme bas de la chambre de combustion. Au-dessus, les côtés et le toit de la chambre de combustion comprennent les soupapes d'admission, les soupapes d'échappement et la bougie d'allumage. Cela forme une chambre de combustion relativement compacte sans aucune saillie sur le côté (c'est-à-dire que toute la chambre est située directement au-dessus du piston). Les formes courantes de la chambre de combustion sont généralement similaires à une ou plusieurs demi-sphères (telles que les chambres en hémi , à toit plat, en coin ou en forme de rein).

Moteur à tête plate - la chambre de combustion (en jaune) est au-dessus du piston (orange) et de la soupape d'admission/échappement (bleu)

L'ancienne conception du moteur à tête plate utilise une chambre de combustion en forme de "baignoire", avec une forme allongée qui se trouve au-dessus du piston et des soupapes (qui sont situées à côté du piston). Les moteurs IOE combinent des éléments de moteurs à soupapes en tête et à tête plate ; la soupape d'admission est située au-dessus de la chambre de combustion, tandis que la soupape d'échappement est située en dessous.

La forme de la chambre de combustion, des orifices d'admission et des orifices d'échappement est essentielle pour obtenir une combustion efficace et maximiser la puissance de sortie. Les culasses sont souvent conçues pour obtenir un certain motif de "tourbillon" (composante rotationnelle du flux de gaz) et de turbulence , ce qui améliore le mélange et augmente le débit des gaz. La forme du haut du piston affecte également la quantité de tourbillon.

Une autre caractéristique de conception favorisant la turbulence pour un bon mélange carburant/air est l' écrasement , où le mélange carburant/air est « écrasé » à haute pression par le piston montant.

L'emplacement de la bougie est également un facteur important, car c'est le point de départ du front de flamme (le bord d'attaque des gaz en combustion) qui se déplace ensuite vers le bas vers le piston. Une bonne conception doit éviter les crevasses étroites où le « gaz final » stagnant peut être piégé, réduisant la puissance de sortie du moteur et pouvant entraîner un cognement du moteur . La plupart des moteurs utilisent une seule bougie par cylindre, mais certains (comme le moteur Alfa Romeo Twin Spark 1986-2009 ) utilisent deux bougies par cylindre.

Moteurs à allumage par compression

Piston bombé pour moteur diesel

Les moteurs à allumage par compression, tels que les moteurs diesel , sont généralement classés comme :

Les moteurs à injection directe offrent généralement une meilleure économie de carburant, mais les moteurs à injection indirecte peuvent utiliser une qualité de carburant inférieure.

Harry Ricardo a joué un rôle important dans le développement de chambres de combustion pour moteurs diesel, la plus connue étant la Ricardo Comet .

Turbine à gaz

Dans un système à flux continu, par exemple une chambre de combustion de moteur à réaction , la pression est contrôlée et la combustion crée une augmentation de volume. La chambre de combustion des turbines à gaz et des moteurs à réaction (y compris les statoréacteurs et les scramjets ) est appelée chambre de combustion .

La chambre de combustion est alimentée en air à haute pression par le système de compression, ajoute du carburant et brûle le mélange et alimente les gaz d'échappement chauds à haute pression dans les composants de la turbine du moteur ou par la buse d'échappement.

Différents types de chambres de combustion existent, principalement :

  • Type de boîte : Les chambres de combustion de boîte sont des chambres de combustion cylindriques autonomes. Chaque "canette" a son propre injecteur de carburant, chemise, interconnecteurs, boîtier. Chaque "peut" obtenir une source d'air à partir d'une ouverture individuelle.
  • Type cannulaire : Comme la chambre de combustion de type canette, les chambres de combustion annulaires peuvent avoir des zones de combustion discrètes contenues dans des chemises séparées avec leurs propres injecteurs de carburant. Contrairement à la chambre de combustion du bidon, toutes les zones de combustion partagent un carter d'air commun.
  • Type annulaire : Les chambres de combustion annulaires suppriment les zones de combustion séparées et ont simplement une chemise continue et une enveloppe dans un anneau (l'anneau).

Moteur de fusée

Si la vitesse du gaz change, une poussée est produite, comme dans la tuyère d'un moteur-fusée .

Machines à vapeur

Compte tenu de la définition de chambre de combustion utilisée pour les moteurs à combustion interne, la partie équivalente d'un moteur à vapeur serait la chambre de combustion , puisque c'est là que le carburant est brûlé. Cependant, dans le contexte d'une machine à vapeur, le terme "chambre de combustion" a également été utilisé pour une zone spécifique entre le foyer et la chaudière . Cette extension de la chambre de combustion est conçue pour permettre une combustion plus complète du combustible, améliorant ainsi l'efficacité énergétique et réduisant l'accumulation de suie et de tartre. L'utilisation de ce type de chambre de combustion est de gros moteurs de locomotives à vapeur, permet l'utilisation de tubes de fumée plus courts .

Micro chambres de combustion

Les microchambres de combustion sont des dispositifs dans lesquels la combustion se produit à un très petit volume, grâce à laquelle le rapport surface / volume augmente, ce qui joue un rôle essentiel dans la stabilisation de la flamme.

Chambres de combustion à volume constant

Les chambres de combustion à volume constant (CVCC) sont les dispositifs de recherche qui sont généralement équipés de bougies d'allumage, d'injecteurs, de lignes d'entrée et de sortie de carburant/air, de transducteurs de pression, de thermocouples, etc. Selon les applications, elles peuvent être fournies avec ou sans accès optique. à l'aide de fenêtres en quartz. Les chambres de combustion à volume constant ont été largement utilisées dans le but d'étudier un large éventail d'aspects fondamentaux de la science de la combustion. Principales caractéristiques des phénomènes de combustion tels que des flammes prémélangées , allumage, auto - allumage, la vitesse de brûlage laminaire , la vitesse de la flamme , des flammes de diffusion, les sprays, production d'émission, des caractéristiques du carburant et de combustion, et la cinétique chimique peuvent être étudiés en utilisant CVCCs.

Voir également

Les références