Brevet FR2483522A1 — publié le 19811204

La pr'e.Sete i,.:en.tioû a pour objet un joint de culasse poltr niotcaur- eo-lnbutst.ion in.ltertne TUn joint de culasse est situé entre le blocmoteur et a culasse, et doit remplir plusieurs fonctions et notamment: Ia:surer 1.'étanchéit6 au liquide de refroidissement et au liquide de lubrification, qui circulent entre le bloc moteur et la culasse, - assure l'étarinchéité au gaz de combustion à des pressions et des températures élevées, - régler l'épaisseur disponible entre culasse et bloc moteur, en faisant office de butée de serrage, - compenser les irrégularités géométriques des plans de joint de la culasse et du bloc moteur de façon à maintenir le con"'dcot et conserver l'étanchéité initiale malgré les déformations du moteur survenant au cours du fonctionnement de celui-cio - Ces diverses fonctions sont habituellement remplies par un matériau compressible qui, en s'écrasant, réalise - - l'adaptabilité et l'étanchéité et supporte:l'effort de - serrage en maintenant une épaisseur définie entre le bloc moteur et la-culasse. - Pour compenser l'écrasement du joint de culasse, il. est le plus souvent nécessaire de procéder à un ou plusieurs resserrages du joint après qute le moteur ait subi un certain nombre de cycles thermiques lors des premières périodes de foncli tionnement. Les joints traditionnels sont généralement à base d'amiante. Ce matériau présente néanmoins, l'inconvénient d'être complexe et onéreux dans sa mise en oeuvre et insalubre pour les-personnes amenées à le manipuler, ce qui impose de nombreuses précautions pour la fabrication des joints. Il existe également des joints de culasse-constitués par une tble métallique comportant des orifices au niveau des passages de fluide et des cordons souples sur le pourtour de ces orifices pour assurer l'étanchéité. Les orifices au niveau des cylindres sont étanchés par des anneaux métalliques procurant l'étanchéité au gaz de combustion. En ce qui concerne la fonction de butée de serrage, elle est remplie par des éléments métalliques rapportés. L'intérêt d'un tel joint par rapport à ceux constitués d'u. matériau compressible tel que de l'amiante est princi- palement de dissocier les fonctions d'étanchéité et de butée de serrage, ce qui permet de supprimer le resserrage après les premières périodes de fonctionnmlement. Cette technique présente, néanmoins, l'inconvénient d'être très onéreuse dans sa mise en oeuvre du fait que la plaque métallique formant l'âme du joint est obtenue par découpe à partir d'un flan, ce qui conduit à des pertes très élevées. Un autre type de joint de culasse, décrit dans le - brevet français 79 0O917,--est constitué par une plaque de matière synthétique souple'ou de caoutchouc pouvant -compor- ter des renforcements incorporés. Suivant la description qui es-t faite-de ce joint, sa- souplesse-est suffisante pour lui permettre de s'adapter aux surfaces à jointoyer. Néanmoins, la contrepartie de -: cette souplesse nécessaire à l'obtention de l'étanchéité,- consiste dans un fluage à chaud important. Un tel joint ne peut donc pas à la fois remplir les fonctions de butée de serrage et d'étanchéité. En effet, loin de remédier à: l'un des principaux inconvénients des joints traditionnels, à savoir le tassement, celui-ci est aggravé à chaud. Il est donc nécessaire de prévoir des renforcements en une matière ne fluant pas à chaud, telle-que métal ou fibres, par exemple sous forme de plaques intermédiaires ou de renforts localisés. Cette façon de procéder nécessite la réalisation préalable d'ébauches, par exemple une plaque métallique ou fibreuse au contour du joint, obtenue par défonçage, opération au cours de laquelle on perd 60 à O b de matière, ce qui enlève tout intérêt économique au procédé. Danlls le cas de renforts annulaires et proC'iis, on est également obligé de préparer des ébauches que l'on dispose 3: ce-si.c.-ivcmeuL:al-,; le:notlc,ivrat l'op&1ration de formage. Ce jouilt est donic d'une réalis;tion complexe et coûteu- -7 i&.seu.YtaiLt en otutre une rigidité glo1bale faible pouvanlt ce;as iOalei' 'les difficultés de montage, ajoutées a celle ql'.il y t '. 'obtenir une précision suffi.sante par moulage en poly;'ine soup.le d*e pi7lces de grandles dimensions, telles que de.- joi.Lnt de 1tIassess, pour le positionneiment de certains elrifLees têls qute ce.x de passage d'huile sous pression. En effet, les polyrnmres souples du type considéré ont 10.un fort retrait au moulase et possèdent un coefficient de dilatation thermique très élevé. La présente invention vise a remédier a ces ilnconvé- n ients. A cet effet., le joint de culasse qu'elle concerne comprend une plaque réalisée en une matiere organique rigide, ne fluant pas à des témperatures de 130 à 150C, 'a laquelle est associé, à chaque orifice pour le passage d'un liquide, un cordonl d'étanchéitc souple. La fonction butée de serrage qui a été définie précé- deument est remplie par la plaque rigide ne fluant pas à chaud, ce qui est essentiel pour conserver une bonne étan- chéité au cours de toute la durée de vie du moteur. La folnction d'étanchéité au niveau des orifices des passages des liquides est assurée par un élastomère de dlt-et' suffisamment faible pour posséder unle bonne adapta- bilité aux surfaces a jointoyer, et dont les propriétés élastiqucs sont conservées jusqu'à des températures de C et plus. EIEn outre, selon une possibilité, à chaque orifice de passage de gaz est associé un anneau métallique. Avantageusement, la plaque constituant l'me du joint de cullasse est obtenue par une technique de moulage par inj ection. Ce joint de culasse est donc de conceptioln simple, coinm- porte un nombre réduit d'éléments, et est produit de façon uconomique avec un mlinimunll de perte de matière, et remplit de façon durable les principales fonctions requises. Ce joint présente en outre l'intétêt d'être constitué essentiellement d'une plaque rigide présentant une grande facilité de montage, et d'une précision de moulage suffisan- te pour le positionnement de petits orifices, en raison d'un faible retrait au moulage et d'un coefficient de dilatation thermique sensiblement plus faible que celui des polymères souples. Avantageusement, la plaque constituant la partie O essentielle du joint est réalisée en une résine thermos- table rigide de type thermodurcissable, ou en une résine thermostable rigide, de type thermoplastique à faible taux de fluage, telle que du polysulfure de phénylène. En outre, cette résine peut être chargée de fibres telles que des fibres de verre ou d'autres fibres, telles que de carbone, d'amiante, de roche, etc...' Enfin, la résine peut être chargée avec toute charge diluante ou renforçante compatible avec le polymère, tel que craie, noir de carbone etc... La plaque constitutive de l'âme du joint peut se présenter sous plusieurs formes et notamment être pleine et d'épaisseur constante entre les orifices, posséder une épaisseur variable, à savoir plus importante autour des orifices à étancher et des passages de vis que dans les zones de liaison, ou encore être constituée par un réseau de segments reliant entre elles les zones épaisses situées autour des orifices à étancher. C'est ainsi par exemple que, dans la mesure o la plaque n'a pas une épaisseur constante, son épaisseur peut être inférieure à 1 mm dans les zones de liaison et de l'ordre de 2 mmin dans les zones entourant les orifices. Selon une caractéristique de l'invention, la plaque constituant l'&me du joint présente, dans l'une de ses faces, au moins une rainure s'étendant radialement depuis chaque orifice de passage des gaz jusqu'au bord (le la plaque. Ces rainures servent a canaliser vers I, 'extérieur les éventuelles fuites de gaz. Au niveau des orifices de passage des liquides, les cordons d'étanchlité sont r6alisés en élastomère à haute tenue thermique, tel que silicones, fluorocarbone, etc... Le montage de ces cordons peut être réalisé de plusieurs façons, et notamment par moulage sur la- tranche d'un orifice avec encastrement ou non, par dépôt dans une rainure annulaire entourant l'orifice considéré, ce dép$t - étant réalisé par sérigraphie ou moulage par compression, par transfert ou par injection. Dans ce dernier cas, il est avantageusement prévu une rainure dans chaque face du joint pour chaque orifice de passage de liquide. Pour les orifices de passages des gaz, il peut être prévu un anneau metallique nervure fixé sur la tranche de chaque orifice o il est encastré ou non, ou un jorc torique élastique emprisonné dans une sertissure métallique ou encore une sertissure métallique associ6e a la plaque avec ménagement de rainures annulaires dans celle-ci au niveau de la zonea de sertissage. Pour les orifices de passage des vis de serrage, il est prévu une surépaisseur simple de polymère ou une rainure annulaire avec moulure d'elastomèreo Selon un mode de réalisation de ce joint de culasse, celuici est constitué d'une plaque moulée par injection en une résine thermoplastique rigide, de type polysulfure de phénylône, chargée de fibres de verre, comportant des trous correspondant aux orifices des passages de fluides entre bloc moteur et culasse, et comportant aussi une rainure sur le pourtour des passages de liquides et des orifices de passages de vis de fixation de la culasse sur le bloc, rainures dans chacune desquelles est moulé un cordon en élastomère de type silicone par exemple, un système d'étanchéité au gaz étant prévu constitué au niveau des orifices de passages des gaz par des anneaux métalli- ques nervurés fixés sur la tranche des dits orifices pr6sentant une bonne élasticit6 après 6crasement. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin sch6matique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes dtexcution de ce joint: Figure 1 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un premier joint; Figures 2 à 4 sont trois vues en coupe de trois modes de r6alisation de l'étanchéit6 au niveau d'un orifice de passage de liquide; Figures 5 à 9 sont cinq vues en coupe de diff6rents modes de r6alisation de l'étanch6ité au niveau d'un orifice de passage de gaz; Figure 10 est une vue en plan d'une partie d'un joint de culasse; - Figure Il est une vue en coupe selon la ligne 11-11 du joint de figure 10. Le joint de.culasse représenté à la figure 1 est r&alisé a partir d'une plaque I en polymère rigide, tel que du polysulfure de phénylène chargé de fibres de verre. Cette plaque comporte des zones 2 de faible -paisseur, - inférieure à 1, 5mS, et des zones 3 de forte épaisseur, de 1 à 3 mm, autour des orifices de passages- de liquides 4 et des orifices de passages de gaz 5. Cet agencement est rendu possible du fait que les zones de faible épaisseur ne participent nullement à l'étanchéité. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 2, la plaque 1 présente, au niveau de chaque orifice 4 de passage de liquide, et sur chacune de ses faces, une rainure annulaire 6 dans laquelle est logé un cordon élastomère 7 déposé de manière colnnue. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, au niveau de chaque orifice 4 de passage de liquide, l'étanchéité est réalisée par un cordon 8 moulé sur la tranche, avec interposition d'une matière primaire d'adhésion. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, - !t plaqute 1 pl- -i;te au t.lli x-eau de chaque orifice 4 de as;age,lc li.u ide et:ur sa tranche, deux parties dûc. uiSeY 9 azsusitant le lénagenlent d'ul- talonl central 10, Venanlt de moulage, talon 10 stur lequel est engagé le cordon d ' d t a-c hé i. te. - LeO figures 3 ià 9 représentenlt diff-érents modes de réalisat ion de i'étnchéité au niveau des orifices 5 de passnge d.es gaz. A la figure 5, l'étanch6ité est réalisée p.ar un auleau omtatlliciue 12 préselltanlt unle tlervure 13, et fixé sur la tranche de 'oriúice 5.- L'agencement représenté a la iigure 6, est identique à celui de la figure 5, A la différence près que l'anneau 12 présente, sur sa face tournée vers la tranche de l'orifice 5, un talon 14 destiné A être emprisonné dans la plaque i lors du moulage. Dans la forme d'exécutionl représentée A la figure 7, les orifices 5 de passage des gaz sont bordés par une sertissure nmétallique 15 contenant un jonc torique é1asti- que 16 el nlétal ou en une autre matière élastique. A la figure f, la sertissure métallique 15 renferme un jonc c-onstitué par un anneau 17 en un matériau compres- sible fibreux gainé par une sertissure métallique 18. Dans la forme d'exécution représentée A la figure 9, l'étanchiLité au niveau d'un orifice 5 est réalisée par s'.i'tissage d'une bordure métallique 19, directemrent sur la plaque 1 qui présente, sur chacune de ses faces dans la zone entourant l'orifice Jdes rainures annulaires 20 dimiilnuallt la surface de portée et augnlelltallnt la pression de serrage de la bordure 19 sur la plaque. Les figurcs 10 et 1 représeitent une plaque 1 dont les orifices de pnssage de liquides l4 sont équipés d'un joint conforllle A l'une des figures 2 A;l, et dans laquelle les orifices 5 do lplassage des gaz solnt étanchés par des anneaux alialogues a celui représenté à la figure 5,-- mais qui pourlr-aiont également être susceptiblc d'autres formes d'ex6cution. Cette plaque présente l'originalité de comporter, dans l'une de ses faces, et associée à chaque orifice 5 au moins une rainure radiale 22 servant à canaliser vers tl'extérieur d'éventuelles fuites de gaz. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un joint de conception simple, assurant les différentes fonctions d'étanchéité et de butée de serrage, tout en étant extrêmement stable, et en ne nécessitant pas d'opérations de resserrage du joint au cours de la dur6e de vie du moteur. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint, d6crites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse au ' contraire toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS - 1. - Joiult de culasse pour moteur A combustion interne, du tyi.pe codnportanit des orifices (4,5) pour les chambres de >umhusbtion, le.s passages d'huile de lubrification, de liquide de refroidissement et des goujons de serrage de la culasse sur le bloc moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une pl.alte (1) r6alist'e n une matière organique rigide, ne fluant pas A chaud, A laquelle est associé, A chaque orifice (;) pour le passage d'un liquide, un cordon d'étanchéité ouple (7,.;) 2. - Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'A chaque orifice (5) de passage de gaz est associé un anneau métallique (12,-15). - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en-ce qu'il est réalisé en une résine thermostable rigide de type thermoplastique -- a faible taux de luage-, telle que du polysulfure de phéiiylène. 4. Joint de culasse selon l'une quelconque des revenldicationls 1 et 9caract&ris-é en ce qu'il:,.st- réalise en une résine thermlostable rigide de-type thermodurcissable. 5. - Joint de culasse selon L'une quelconque: des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la résine le constituant est chargée de fibres." s6. - Joint de culasse selon 'une quelconque des re-endicationls 1 A 3, caractérisé en ce que la plaque (1) le constituant est pleine et d'épaisseur constante. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque (1) le constituant posscd.' une épaisseur variable, plus impor- tante (3) autour des orifices (à) a étancher et des passages de visé que dans les zones de liaison (2). - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 5, caractérisé en ce que la plaque le J3 co5s1iti']ut comprend un réseau de segments reliant entre ellen les zones épaisses situées autour des orifices A étalcher.. 9. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque (1) le constituant présente, dans l'une de ses faces, au moins une rainure (22) s'étendant radialement depuis chaque orifice de passage des gaz jusqu'au bord de la plaque. 10. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le cordon d'étanchéité (8) associé à chaque orifice (4) de passage de liquide est monté sur la tranche de celui-ci. 11. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que le cordon d'étanchéité (7) associé à chaque orifice de passage (4) de liquide estdéposé dans une rainureannulaire (6) entourant celui-ci. - 12. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications l--A -ll_ caractérisé en ce que l'anneau. métalliqueé:(12) associé à chaque orifice (5) de passage de gaz est nervuré et fixé sur la-tranche de celui-ci, o il estencastré ou non. - V - 13.-- Joint de culasse- selon l'une quelconque des -revendications 1 à 11, caractérisé exi ce que l'anneau métallique (15) associé à chaque orifice (5) de passage de gaz, est constitué par un jonc- torique élastique (16) emprisonné dans une sertissure métallique (15). 14. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'anneau métallique associé à chaque orifice de passage de gaz est constitué par une sertissure métallique (19), la plaque comportant, dans la zone de sertissage, des rainures annulaires (20). 15. - Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la plaque le constituant est obtenue par une technique de moulage par injection. 16. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la plaque le constituant est obtenue par une technique de moulage par 2483522. 1.1 I1 17. - Joint de culasse selon l'une quelconque des l'ev'endictLiolius I li t, caractéris6 en ce que la plaque le Colnstituanzt est obtenue par une technique de moulage par tranlsfor. -