La qualité de la combustion n'est pas que le résultat de la maîtrise du mélange et du bon déroulement des processus chimiques. La géométrie de la chambre de combustion joue un rôle majeur, et la conception de la culasse et/ou des pistons doit obéir à des principes élémentaires :
- minimiser la distance que doit parcourir le front de flamme, par exemple en plaçant la bougie de façon assez centrale. Ceci permet d'avoir une combustion rapide, et de faire en sorte que les réactions en chaîne susceptibles de mener au cliquetis aient le moins de temps possible pour avoir lieu.
- rapprocher la bougie des soupapes d'échappement ; ces dernières constituant des points chauds, il faut les rapprocher autant que possible du point chaud principal que constitue la bougie, toujours pour éviter le cliquetis
- dans le même ordre d'idées, faire en sorte que les zones susceptibles d'être atteintes le plus tardivement par le front de flamme soient bien refroidies
- assurer une turbulence suffisante (zones de squish, etc ...) ; ceci permet de faire brûler des mélanges plus pauvres, donc moins susceptibles de cliqueter, du fait des plus faibles températures de combustion atteintes
- maximiser le ratio volume/surface, pour minimiser les transferts de chaleur et donc améliorer la consommation. Cependant, plus le volume unitaire est important, plus le temps nécessaire à la combustion l'est, moins le moteur sera susceptible de tourner vite.

Il existe plusieurs formes de chambres de combustion : en baignoire, en coin, en toit ou hémisphériques, cette disposition étant une des plus fréquentes.
La chambre en coin est une configuration simple qui donne de bons résultats, mais elle oblige à disposer les tubulures d'admission et d'échappement du même côté de la culasse. La chambre hémisphérique permet d'employer de plus grosses soupapes que la chambre en coin, mais la distribution est plus complexe, puisque cela peut nécessiter l'emploi de deux arbres à cames. Elle s'accompagne généralement d'une culasse crossflow (admission et échappement de part et d'autre du cylindre).

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