Brevet FR2498280A1 — publié le 19820723

t La présente invention concerne un joint d'étanchéité plan, en particulier un joint de culasse fait d'une nappe de fibres d'amiante imprégnée, comportant au moins une armature de renforcement, de préférence des ouvertures de chambres de combustion, constituée par un rebord de section transversale approximativement en forme de U replié par dessus le bord de ces ouver- tures - Les joints de culasse de moteurs à combustion interne sont constitués, de préférence, de plaques de tôle d'acier ou éventuellement de nappes de fibres d'amian- te imprégnées et renforcées d'éléments métalliques. Ils comportent des évidements pour l'accès aux cham- bres de combustion et le passage des réfrigérants, des lubrifiants et des boulons de fixation. Pour amé- liorer le serrage et la pression d'étanchéisation, les zones des ouvertures des chambres de combustion et é- ventuellement celles des passages d'agents fluides sont spécialement garnies de rebords, le plus souvent métalliques, de section transversale en forme de U, repliés par dessus les bords des ouvertures. Even- tuellement, pour améliorer l'étanchéité micro- et macrométrique et la protection contre certains agents, la totalité des surfaces externes des rebords est re- vêtue de matière synthétique Pendant le fonctionnement du moteur, les joints de culasse subissent des contraintes, non seulement dans le sens de l'axe des cylindres du fait des charges statiques, mais encore transversalement à cet axe du fait des mouvements de translation de la culasse par rapport au bloc-moteur. Comme le décrit la Publication de la Société REINZ "Informations sur la technique de l'étanchéisation", année 1975, cahier 10, page 32, ces translations sont occasionnéesprincipalement par la dilatation et la re- traction thermiques alternatives du bloc moteur et de la culasse pendant les alternances d'échauffement et de refroidissement du moteur au cours de son fonction- nement. C'est surtout avec les moteurs à culasse en aluminium et bloc moteur en fonte qu'il se produit, du fait des coefficients de dilatation thermique dif- férents de ces deux métaux, des mouvements relatifs de ces deux constituants au cours desquels le joint de culasse intercalé se trouve progressivement usé par le frottement au point de perdre son étanchéité. Les rebords en tôle des joints de culasse subissent également des contraintes ocasionnant des ruptures des rebords, du fait de leur incurvation autour des arêtes des ouvertures, aboutissant à la destruction complète de ces rebords. D'après ce qu'expose, par exemple, le brevet allemand NI' 16 50 026, on pensait jusqu'ici que seules les oscillations en direction axiale entre le bloc moteur et la culasse transmret- taient des contraintes aux sones incurvées du rebord et y provoquaient des ruptures. On a donc essayé de ddnner aux rebords une résistance particulière en y insérant des bagues élastiques et/ou en conformant spécialement leur zone incurvée. Mais ceci n'a pas permis d'éliminer complètement les ruptures en ques- tion. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NP 4.103.913 en- seigne à éviter l'usure des surfaces d'étanchéisation des joints de culasse du fait des translations du joint de culasse par rapport au bloc moteur en recouvrant les surfaces d'étanchéisation des joints métalliques, dans le cas d'ouvertures sans rebords rapportés, de revête- mente à base de polymères de fluor additionnés de bi- sulfure de molybdène. La réduction du frottement glis- sant qui en résulte empêche la transmission des forces aux surfaces d'étanchéisation et par suite la destruc- tion précitée des rebords. Par contre, avec ces jointe d'étanchéité, l'amplitude de translation de la culasse par rapport au bloc moteur se trouve accentuée du fait de la présence de cette couche glissante. Les trans- lations plus amples amenuisent l'étanchéité micro- et macrométrique du joint, en particulier contre les gaz de combustion chauds. La présente invention a donc pour objet de réaliser un joint de culasse comportant, en particulier aux ouvertures des chambres de combustion principalement de moteurs à combustion interne à culasse en aluminium et bloc moteur en fonte, des rebords garantis contre les risques de rupture et assurant une parfaite étan- chéité micro- et macrométrique. Ce joint devra en ou- tre être simple et peu coûteux à réaliser. Ce but est atteint, conformément à l'invention, au moyen d'un joint de culasse dont les zones planes des flancs des rebords sont recouvertes d'un revêtement diminuant le frottement glissant du côté du joint de culasse et/ou du côté du bloc moteur, les parties res- tantes desdites zones planes étant exemptes de ce re- vêtement qui sera constitué, de préférence, soit par un revêtement glissant connu en soi, tel que le polytétrafluoréthylène ou par une laque glissante du commerce avec ou sans addition de substances glissan- tes solides telles que le bisulfure de molybdène, le graphite ou le nitrure de bore. L'épaisseur de la couche dépendra du cas d'application prévu et sera comprise, de préférence, entre 0,1 et 0,001 mm En cas de besoin, et en particulier sur les moteurs à cylindres à chemise rapportée, le revêtement glissant pourra également recouvrir une partie de la plaque d'étanchéité faisant suite au flanc du rebord. lie joint selon l'invention a été essayé sur des moteurs à culasse en aluminiun et bloc moteur en fonte dans lesquels des translations d'amplitudes extrêmes ont é- té simulées en chauffant et es refroidissant la culas- se selon des cycles brefs et les résultats ont été comparés à ceux de joints classiques sans revêtement glissant et de joints à revêtement glissant recouvrant la totalité de la surface O On a alors constaté avec surprise que les rebonds du joint seln. l'invention étaient exempts de rupttures alors-que ceux des joints classiques en comptaient plusieurs. Par comparaison avec les joints recouverts sur toute leur surface, l'amplitude des déplacements mesurée avait considéra- blement diminué. L'étanchéité micro- et macrométrique du joint selon l'invention était bonne et restait dans des limites acceptables o Or, contrairement à ce qu'avance le brevet allemand 16 50 026, il ne semble pas que seuls les mouvements d'oscillation de la culasse et du bloc moteur soient responsables des ruptures des rebords,. mais que, visiblement, les mouvements de translation de ces deux éléments y ont une plus grande part de responsabilité De toute évidence, dans les rebords classiques non re- couverts d'un revêtement, le frottement entraine une transmission considérable de force aux rebords, de sorte qu'au cours des mouvements relatifs des deux éléments, les rebords se gauchissent du côté de la culasse, élément qui se dilate le plus, et sont sujets à des contraintes entraînant l'apparition de fissures Le revêtement glissant, selon l'invention, des surfa- ces externes du rebord diminue le frottement, donc la transmission de forces occasionnant des ruptures. L'absence, conforme à l'invention, de revêtement glis- sant sur les parties restantes des bords freine, jus- qu'à un minimum, le déplacement relatif de la culasse et du bloc moteur. Par comparaison avec un joint dont toute la surface est recouverte d'une couche glissante le joint selon l'invention possède un pouvoir d'étan- chéisation micro- et macrométrique suffisant. Comme l'invention s'applique d'ailleurs de préférence à des joints de culasse imprégnés selon la Demande de Brevet Allemand Publiée NQ 23 04 558, dont la matière tendre possède une grande résistance mécanique, l'aug- mentation du frottement ne peut pas y occasionner de dégâts. On a même constaté que les surfaces restantes pouvaient être recouvertes de couches spéciales aug- mentant le frottement, à effet adhésif ou freinant, telles que des couches d'élastomères, de résines syn- thétiques spéciales, ou de silicate de soude, avec ou sans addition de matières solides augmentant le frot- tement, telles que la poudre de quartz ou de corindon en vue d'accentuer l'effet de freinage. Eventuellement les couches glissantes et/ou freinantes seront en ou- tre recouvertes de couches améliorant l'étanchéité micrométrique. Comme les translations du joint de culasse et du bloc moteur l'un par rapport à l'autre sont en outre plus accentuées dans les zones externes que dans les zones internes du joint et qu'en conséquence les contraintes subies par les rebords ont des intensités différentes, il suffira que ces rebords ne soient recouverts qu'en partie d'une couche glissante. Pour les joints de cu- lasse de moteurs à plusieurs cylindres, on préférera ne recouvrir que les faces frontales des surfaces pla- nes des ailes des rebords des ouvertures de chambres de combustion extrêmes. Bien que le revêtement selon l'invention s*applique principalement aux joints de culasse en matière tendre ou en métal, l'invention peut s'appliquer à d'autres joints subissant des contraintes provenant de mouve- ments de déplacement tels que, sur les automobiles, les joints des flasques du dispositif d'échappement ou les joints du carter d'huile. L'invention est décrite ci-après en détail en se réfé- rant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - les figures 1, 2, 3, 4 et 5 sont des portions de coupes axiales de joints de culasse dans la zone des chambres de combustion, montrant divers modes de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est une vue de dessus d'un joint de cu- lasse partiellement recouvert d'un revêtement selon l'invention La figure 1 montre le joint de culasse 1 et le rebord 2 en forme de U, replié autour de l'ouverture 3 de la chambre de combustion -Sur cette figure, la face ex- terne 5 de l'aile du rebord en contact avec la culasse est recouverte d'un revêtement glissant 4 en polymère de fluor Dans l'exemple de la figure 2, les deux surfaces ex- ternes 5 et 6 des deux ailes du rebord 2 sont recou- vertes d'une couche glissante, respectivement 4 et 7 Dans l'exemple de la figure 3, la partie restante 8 de la face du joint 1 faisant face à la culasse est re- couverte en outre d'un revêtement 9 ralentissant le glissement L'exemple de la figure 4 correspond à celui de la fi- gure 3, avec cette différence que le revêtement glis- sant 4 comporte en outre une couche 10 améliorant l'é- tanchéité micrométrique Dans l'exemple de la figure 5, la totalité de la sur- face de la face supérieure du joint 1 est recouverte d'une couche collante 11 En outre, l'aile supérieure du rebord est recouverte d'une couche glissante 12, en sorte que la couche collante 11 améliore l'adhéren- ce de la couche glissante 12 et, dans la partie res- tante 8 du joint, ralentit les mouvements de glisse- ment La figure 6 est une vue de dessus d'un joint de cu- lasse 1 comportant quatre ouvertures de chambres de combustion juxtaposées 3, comportant chacune un re- bord 2. Les rebords 2 des deux ouvertures externes 3' et 3', qui supportent les contraintes les plus - fortes des mouvements de translation, sont recouvertes partiellement, dans le secteur 13, d'une couche glis- sante 4 sur les faces frontales externes 14 du joint 1 REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité plan, en particulier joint de culasse en nappe de fibres d'amiante imprégnée, comportant au moins une armature de renforcement, de préférence des ouvertures des chambres de com- bustion, constituée par un rebord de section trans- versale approximativement en forme de U replié par dessus le bord desdites ouvertures, caractérisé en ce que les faces externes (5, 6) des ailes du re- bord (2) sont recouvertes, du c8té faisant face à la culasse et/ou du côté faisant face au bloc mo- teur, d'un revêtement (4 et/ou 7) diminuant le frottement glissant, les parties restantes des surfaces (8) étant essentiellement exemptes de revêtement glissant. 2. Joint d'étanchéité plan selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les revêtements glissants (4, 7) sont constitués par un polmère de fluor ou une laque glissante, connus en soi, avec ou sans addition de lubrifiants solides tels que le gra- phite, le bisulfure de molybdène, ou le nitrure de bore. 3. Joint d'étanchéité plan selon les Revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dépôt de revêtement glissant (4, 7) a une épaisseur comprise entre 0,01 et 0,1 mm. 4. Joint d'étanchéité selon les Revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les parties restantes (8) des surfaces planes sont recouvertes, d'un ou des deux côtés, d'une couche (9, 11) accentuant le frottement glissant 5. Joint d'étanchéité selon les Revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en-ce qu'une couche (10) amé- liorant l'étanchéité micrométrique est déposée sur le revêtement glissant (4, 7) et/ou sur le revête- ment freinant (9, il). 6. Joint d'étanchéité plan selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les faces (5, 6) des ailes du rebord ne sont garnies que partiellement d'une couche glissante 1-5 (4, 7) et ce, dans la zone des déplacements les plus accentués des éléments constitutifs. 7. Joint d'étanchéité selon la Revendication 6, pour moteurs à plusieurs cylindres en ligne, caractérisé en ce que les faces (5, 6) des ailes des. rebords des deux ouvertures extrêmes de chambres de combus- tion (3', 3") sont seules garnies d'une couche glissante (4, 7) et ce, dans leur zone frontale (13).