Brevet FR2509414A1 — publié le 19830114

Les joints de culasse stratifiés comprenant une âme métallique centrale et une ou deux feuilles de revê- tement munies d'un motif de joint étanche fixés aux feuilles de revêtement prennent une importance croissante dans l'étanchéification des moteurs à combustion interne. Le plus fréquemment, les motifs de joint étanche sont appliqués par un procédé à l'écran de soie. Pour plusieurs raisons, les feuilles de revête- ment exigent habituellement l'application d'enduits ou de matières de traitement de surface en supplément des motifs de joint étanche, de façon à permettre au joint de résister à la corrosion par usure, à l'abrasion et au dérangement ou à la destruction du motif de joint étanche. Etant donné que les motifs de joint étanche sont fréquem- ment difficiles à faire adhérer à des feuilles de revête- ment prétraitées, c'est-à-dire des feuilles qui ont subi des traitements de surface qui peuvent être avantageux pour le revêtement mais qui peuvent gêner le durcissement ou la fixation par adhérence, il est fréquemment néces- saire d'appliquer les motifs de joint étanche et d'appli- quer ensuite un enduit ou une matière de traitement de surface sur la feuille de revêtement du joint, quelquefois sans recouvrir le motif de joint étanche Ceci est beau- coup plus difficile et beaucoup plus coûteux et quelque- fois moins efficace que si l'enduit, la matière de traite- ment de surface ou le traitement était appliqué en premier et le motif de joint étanche appliqué ensuite. Un joint plat suivant l'invention peut constituer un joint de culasse pour un moteur à combustion interne. Le joint plat est adapté pour être disposé entre la culas- se et le bloc-cylindres du moteur Le joint plat présente au moins une ouverture de chambre de combustion et une série de trous, par exemple pour l'huile et l'eau Le joint plat comprend une âme métallique expansible et une couche de revêtement expansible sensiblement de même étendue, fixée à une face de l'âme, de préférence à raison d'une couche de revêtement fixée à chacune des faces ex- pansibles de l'âme Il est prévu un motif de joint étanche déformable Ce motif peut comprendre un ou plusieurs bour- relets en regard de la face de l'âme et se trouve entre la face de l'âme et la couche de revêtement, de sorte que l'âme et la couche de revêtement enferment les bourrelets. Le motif de joint étanche entoure avantageusement au moins l'un des trous pour renforcer l'effet d'étanchéité du joint dans la région des bourrelets du motif. Lorsqu'un tel joint de culasse est mis en compres- sion entre une culasse et un bloc-cylindres, le motif de joint étancheestprotégé du contact direct avec la culasse et avec le bloc et, par conséquent, de l'abrasion, de la cha- leur et du fluage. Le motif de joint étanche est de préférence de nature élastomère et il entoure les ouvertures des cham- bres de combustion et un ou plusieurs des trous. De façon tout à fait préférée, le motif de joint étanche est collé à l'âme et la couche de revêtement est collée à l'âme par un adhésif sous pression dans une zone qui entoure étroitement le motif de joint étanche et le bourrelet Ceci restreint le déplacement latéral du motif de joint étanche et renforce ce motif lorsque le joint est mis en compression Par ailleurs, ceci comprime et densi- fie la couche de revêtement. L'invention sera décrite ci-après avec plus de détails à propos d'un mode de réalisation non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels, La Figure 1 est une vue en plan de dessus d'un joint appliquant les principes de l'invention; La Figure 2 est une vue partielle, en coupe transversale d'un moteur Diesel utilisant le joint repré- senté sur la Figure 1; La Figure 3 est une vue partielle, en plan, de l'âme du joint de la Figure 1, avec un motif de joint étanche appliqué sur cette âme; - La Figure 4 est une vue partielle en plan, ana- logue à celle de la Figure 3, du joint plat de la Figure 1, La Figure 5 est une vue à plus grande échelle et en coupe transversale prise à peu près suivant la ligne 5-5 de la Figure 4; et La Figure 6 est une vue partielle à plus grande échelle d'une partie de la Figure 5 lorsque le joint a été précomprimé conformément à l'invention. Si l'on se reporte maintenant aux dessins, on a représenté un moteur Diesel 1 comportant une culasse 2 et un bloc-cylindres 3 et utilisant un joint plat 10 qui est spécialement conformé et construit pour être utilisé dans ce moteur On peut voir que le bloc 3 comprend une ouver- ture de cylindre 4, une chemise de cylindre 5 et un pis- ton 6 Le moteur 1 possède plusieurs cylindres de combus- tion 4 dont un seul est représenté sur la Figure 2. Le joint 10 est un stratifié et on peut voir qu'il comprend une âme métallique 14 de forme générale plate, massive, expansible et deux faces de revêtement expansi- bles 16, de forme générale plate L'âme 14 possède des faces supérieure et inférieure plates ou planes telles que les faces 18, sur lesquelles sont stratifiées les feuilles de revêtement 16 L'âme peut également être poinçonnée, estampée ou modifiée en surface d'une autre façon, par exemple par gravure, en des emplacements désirés. Les feuilles de revêtement 16 sont formées d'une matière composite compressible de revêtement extérieur pour joints plats et peuvent être renforcées de fibres. Elles sont stratifiées sur les faces 18 par voie mécani- que ou par adhérence, par exemple au moyen d'un adhésif approprié activé par la chaleur Les adhésifs activables par la chaleur appropriés comprennent le caoutchouc phénolique-nitrile et le caoutchouc polybutyral qui est avantageusement appliqué initialement sur les faces des feuilles de revêtement Les feuilles de revêtement peuvent comprendre de l'amiante, des fibres de verre ou d'autres matières fibreuses appropriées et peuvent utiliser des élastomères du type nitrile, néoprène ou polyacrylique comme liant Fréquemment, le liant représente entre envi- ron 15 et environ 25 % de la feuille de revêtement, que l'on utilise des fibres d'amiante ou d'autres fibres, -charges ou substances équivalentes de nature organique ou inorganique Dans la forme de réalisation représentée, les feuilles de revêtement 16 ont une épaisseur d'environ 0, 6 mm bien que, naturellement, cette épaisseur puisse varier avec l'application Les feuilles de revêtement 16 résistent généralement à la dégradation par les huiles et les liquides de refroidissement, elles arrêtent les effets de torsion, réduisent le fluage à un minimum et possèdent une bonne résistance à la chaleur. Le joint 10 est ajouré pour former des ouvertures de chambre de combustion et des trous tels que les trous 22 de passage des boulons, et une série de passages d'huile et d'eau 24 L'âme peut être faite d'acier laminé à froid et son épaisseur peut varier avec l'application. Des épaisseurs d'environ 0,15 mm à environ 1,25 mm sont typiques Pour renforcer l'adhérence, les faces 18 de l'âme peuvent être phosphatées. Dans la forme de réalisation représentée, l'âme 10 présente un relief 21 qui entoure l'ouverture 20 de la chambre de combustion Le joint 10 peut alors être muni d'un renforcement annulaire 25 fixé autour du relief 21 d'une façon connue pour contribuer à fermer l'ouverture de chambre de combustion à joint étanche. Dans la forme de réalisation considérée, le motif de joint étanche désiré 26 est disposé et fixé sur l'une ou chacune des deux faces de l'âme Le motif de joint étanche 26 peut comprendre une série de bourrelets d'étanchéité 28, 30 appliqués sur les zones o il est nécessaire d'exercer des forces d'étanchéité plus fortes ou augmentées dans l'application à laquelle le joint 10 est destiné Typiquement, les bourrelets 28 sont formés pour entourer sensiblement l'ouverture de la chambre de combustion et les bourrelets 30 sont formés pour entourer sensiblement les passages d'eau et d'huile entre la culas- se et le bloc- cylindresassociés Parfois, en raison de la configuration de la culasse et du bloc et de l'emplacement des trous de passage des boulons, ou pour d'autres raisons de conception, on peut se contenter d'une configuration de bourrelets qui n'est pas entièrement circulaire ou qui n'encercle pas entièrement, ainsi qu'on l'a représenté sur les Figures 1 à 3. Dans la forme de réalisation représenté, les bour- relets 28 et 30 formant le motif 26 peuvent être formés d'un matériau d'étanchéité au silicone qui est de préfé- rence déposé par un procédé d'impression à l'écran de soie, par exemple comme décrit dans le brevet des E U A. n O 3 477 867, et avec une hauteur au sommet du bourrelet d'environ 0,15 à environ 0,2 mm Le silicone peut être un silicone liquide durcissable à chaud, en deux compo- sants Lorsque les bourrelets d'étanchéité sont déposés et collés à l'âme fortement adhérente, dimensionnellement stable, ils peuvent être déposés en des emplacements exactement voulus, avec précision et d'une façon reproductible d'un joint à l'autre. Lorsque le motif de joint étanche a été déposé et durci d'une façon connue sur les deux faces 18 de l'âme 14, on met en place les feuilles de revêtement compressibles 16 pour recouvrir l'âme et le motif de joint étanche et on les fixe à l'âme par stratification, par exemple au moyen d'une couche adhésive classique interposée L'adhésif colle la couche de revêtement à l'âme et, lorsque l'âme et les couches sont stratifiées sous pression, la couche de revêtement est comprimée et densifiée dans la zone du motif de joint étanche Lorsque l'âme est phosphatée ou traitée d'une autre façon appro- priée pour renforcer l'adhérence, les feuilles de revê- tement adhèrent facilement et solidement aux faces de l'âme et, suivant la nature du matériau d'étanchéité qui constitue le motif de joint étanche 26, elles peuvent adhérer ou ne pas adhérer aux bourrelets 28 et 30 En tout cas, les feuilles de revêtement et l'âme métallique enferment ou enveloppent et entourent les bourrelets d'étanchéité. La feuille de revêtement est avantageusement fixée à la face 18 de l'âme dans une zone Z qui entoure étroitement les bourrelets, pour enfermer le bourrelet et s'opposer à tout déplacement latéral notable du motif de joint étanche et des bourrelets lorsque le joint est mis sous compression. L'enveloppement des bourrelets présente un cer- tain nombre d'avantages Parmi ces avantages, il y a celui consistant en ce que le déplacement ou le fluage du bour- relet, lorsqu'il est en élastomère, est limité, ce qui renforce la capacité de charge du bourrelet Lorsque la couche de revêtement et l'âme entourent très étroitement le bourrelet, non seulement le fluage est restreint mais les bourrelets en élastomère tendent à présenter une courbe de charge-déformation plus raide que celle que présenteraient les mêmes bourrelets s'ils étaient libre- ment exposés sur la face de la feuille de revêtement, comme dans la technique classique De cette façon, sous compression, la compression des bourrelets tend à se limiter à un certain enfoncement dans la surface interne ou inférieure de la feuille de revêtement, mais sans fluage, de sorte que le bourrelet et le revêtement qui le recouvre peuvent se comporter comme un élément de joint étanche sous des charges de compression plus gran- des et plus efficacement que cela n'était possible anté- rieurement. 2509-414 Lorsqu'on utilise des joints comportant des motifs de joint étanche sur leurs faces, ce motif doit initiale- ment s'enfoncer ou s'encastrer à peu près entièrement dans la couche de revêtement avant qu'une charge puisse être appliquée dans d'autres zones du joint Au contraire, avec le joint suivant l'invention, et selon la précornpres- sion existant dans les zones des bourrelets envelop- pés, l'application d'une charge dans des zones autres que les zones de bourrelets, peut avoir lieu sensiblement immédiatement Lorsque le motif de bourrelets est sensi- blement incompressible comme le sont, par exemple, les élastomères tels que les silicones ou autres caoutchoucs et lorsque le joint est comprimé dans les zones des bourrelets ou du motif de joint étanche, soit en service, soit pendant la fabrication, la matière du revêtement qui recouvre le motif de joint étanche se tasse et, dans la mesure o elle était légèrement poreuse, elle tend à devenir encore plus imperméable au passage des fluides. De cette façon, la matière du revêtement dans cette zone possède des propriétés d'étanchéité renforcées et des caractéristiques physiques améliorées qui sont différentes de celles qu'elle présente dans les zones qui sont immé- diatement adjacentesaux zones des bourrelets et du motif de joint étanche. Sur la Figure 5, le joint est représenté antérieu- rement à la compression dans les zones du motif de joint étanche et du bourrelet Toutefois, le joint est de pré- férence comprimé dans ces zones pendant la fabrication de telle manière que les couches de revêtement soient densi- fiées comme on l'a représenté sur la Figure 6 Cette Figure montre que la couche de silicone 28 a été enfoncée dans la couche de revêtement 16 et que cette couche de revêtement a été comprimée dans la zone du bourrelet La hauteur Y du bourrelet, qui était sensiblement égale, sur la Figure 5, à la saillie de la couche de revêtement dans la zone du bourrelet, a été sensiblement diminuée, sur la Figure 6, comme on l'a indiqué par la hauteur X Le rap- port entre les hauteurs X et Y est avantageusement non supérieur à environ 1:2, c'est-à-dire environ à un demi et de préférence moins Dans son ensemble, la surface du joint est d'un profil plus proche du profil plat que celle d'un joint dans lequel le bourrelet se trouve sur la surface ce qui améliore les caractéristiques d'étanchéité du joint sur l'ensemble de sa surface. Un autre avantage qui est apporté par le joint suivant l'invention consiste en ce que le bourrelet est protégé, non seulement du fluage mais également des phénomènes de surface Ces phénomènes comprennent la rupture ou le dérangement des bourrelets pendant l'expé- dition, la manutention et la pose, ainsi que la tendance à la rupture ou à la destruction du bourrelet pendant l'utilisation dans le moteur Cette rupture peut être due à la rugosité des surfaces complémentaires entre lesquelles il s'agit d'établir un joint étanche, cas dans lequel la tendance au sectionnement et à la rupture du bourrelet dues à l'état de surface rugueux est forte Par ailleurs, il est connu qu'une chaleur excessive tend à affecter défavorablement les bourrelets d'étanchéité en élastomère En enveloppant ces derniers, de la façon décrite, on isole beaucoup mieux le motif de joint étan- che des effets préjudiciables de la chaleur que lorsque lr motif se trouve à la surface du joint En outre, dans certains environnements, il se produit une érosion des bourrelets par usure Bien que les revêtemerns puissent être traités pour résister à la corrosion par usure, il a été jusqu'à-présent très difficile de traiter les bour- relets d'étanchéité tels que les bourrelets de silicone à l'aide de matières qui résistent à l'usure,-emi particulier en raison de la difficulté que l'on éprouve à faire adhé- rer une couche protectrice appropriée sur ces bourrelets. Aussi, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, lorsque le motif de joint étanche ne se trouve pas sur la surface, il devient possible d'appliquer des revêtementsanti-usure et d'autres traitements superficiels d'une façon facile et peu coateuse sur toute la surface d'une feuille de revêtement, le tout sans avoir compensé ces traitements ni à utiliser de phases additionnelles dans la fabrica- tion du joint En outre, en déposant le motif de joint étanche sur l'âme et non pas sur les feuilles de revê- tement, il devient inutile de pré-enduire les feuilles de revêtement de matières d'enduction écran spéciales pour faciliter le durcissement des matières des bourre- lets telles que les silicones, matières spéciales qui sont maintenant fréquemment nécessaires en raison de la tendance de la matière de revêtement elle-même à inhiber le durcissement Les joints suivant l'invention apportent également la possibilité d'assurer une meilleure maîtrise de la déformation de la culasse. Bien que le motif de joint étanche et les bourre- lets aient été décrits sous la forme d'un élastomère du type silicone, on peut également utiliser d'autres élasto- mères et matières élastiques et ces élastomères et autres matières comprennent le caoutchouc nitrile (caoutchouc polybutadiène-nitrile) ou de néoprène, les époxys tels que les époxys souples et modifiés par le caoutchouc, ainsi que les combinaisons de ces matières Par ailleurs, étant donné que le bourrelet et la feuille de revêtement coopèrent, pour transmettre les forces d'établissement de l'étanchéité dans la zone de chaque bourrelet, il est possible d'envisager l'utilisation de matières plus rigides qui ne sont pas nécessairement élastiques pour établir l'étanchéité dans certains emplacements ou dans tous les emplacements o l'on doit réaliser un joint étanche à l'aide des bourrelets La tendance à l'enfon- cement du bourrelets dans la feuille de revêtement tendra également à améliorer la conformité, en vue de l'étanchéi- té des faces des feuilles de revêtement avec celles de la culasse ou du bloc-cylindres à un degré qu'elles ne pour- raient pas atteindre si les bourrelets se trouvaient sur les surfaces externes, comme dans la technique actuelle- ment classique. Dans la forme de réalisation représentée, le motif de joint étanche et les bourrelets sont fixés à l'âme et les revêtements sont ensuite fixés à l'âme. Suivant les matières utilisées, il peut également être souhaitable de fixer les bourrelets aux revêtements égale- ment pendant le processus de stratification. REVENDICATIONS 1. Joint plat destiné a être disposé entre deux surfaces qu'il s'agit de réunir à joint étanche, carac- térisé en ce qu'il comprend: une âme métallique ( 14), un motif de joint étanche ( 26) fixé à l'âme par adhérence, une couche de revêtement ( 16) fixée à l'âme et qui recou- vre le motif de joint étanche de sorte que le motif de joint étanche est enfermé entre l'âme et la couche de revêtement, au moins une ouverture ( 20, 22) formée dans le joint et autour de laquelle le motif de joint étanche ( 26) est disposé, de telle sorte que, en utilisation, ce motif de joint étanche du joint plat est protégé du con- tact direct avec les surfaces qu'il s'agit de réunir à joint étanche. 2. Joint plat selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite couche de revêtement ( 16) est fixée à l'âme dans une zone qui entoure étroitement le motif de joint étanche ( 26) pour éviter tout déplacement latéral notable dudit motif de joint étanche lorsque le joint plat est mis en compression. 3 Joint plat selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit motif de joint étanche ( 26) est fait d'une matière élastomère qui peut se déformer sous la com- pression et en ce que ladite couche de revêtement ( 16) restreint la déformation de ce motif de joint étanche. 4 Joint plat suivant la revendication 1 destiné à un moteur à combustion interne et adapté pour être interposé entre la culasse et le bloccylindres de ce moteur, ce joint délimitant au moins une ouverture de combustion ( 20) et une série de trous ( 22, 24), caracté- risé en ce que ledit motif de joint étanche ( 26) est déformable et entoure au moins l'une des ouvertures ( 20) ou trous ( 22, 24) pour renforcer l'effet d'étanchéité dudit joint plat dans la zone dudit motif de joint - étanche ( 26). 5. Joint plat suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que ledit motif de joint étanche ( 26) est en élastomère et entoure une ouverture de combustion ( 20) et au moins l'un desdits trous ( 22, 24). 6 Joint plat suivant la revendication 5, carac- térisé en ce que ledit motif de joint étanche ( 26) est fixé à l'âme ( 14) par adhérence et que ladite couche de revêtement ( 16) est fixée à l'âme par adhérence dans une zone qui entoure étroitement ledit motif de joint étanche, en s'opposant de cette façon à tout déplacement latéral -notable dudit motif de joint étanche lorsque le joint plat est mis sous compression. 7. Procédé de fabrication d'un joint plat destiné à être interposé entre deux surfaces qu'il s'agit de réu- nir à joint étanche, caractérisé en ce que: on dispose un motif de joint étanche ( 26) sur la surface d'une âme métallique ( 14), on positionne une couche de revêtement compressible ( 16) sur ladite âme et sur ledit motif de joint étanche de telle manière que le motif de joint étan- che soit enfermé entre l'âme et la couche de revêtement, ledit joint plat délimitant au moins une ouverture ( 20) autour de laquelle ledit motif de joint étanche ( 26) est disposé, on fixe ladite couche de revêtement ( 16) par adhérence sur ladite âme ( 14) sous pression de telle manière que la couche de revêtement ( 16) soit comprimée et densifiée dans la zone dudit motif de joint étanche, de sorte que, en utilisation, ledit motif de joint étan- che du joint plat est protégé du contact direct avec les surfaces qu'il s'agit de réunir à joint étanche. 8 Procédé suivant la revendication 7, caracté- risé en ce que ladite couche de revêtement est fixée à l'âme ( 14) par adhérence dans une zone qui entoure étroi- tement ledit motif de joint étanche ( 26) pour s'opposer A tout déplacement latéral notable dudit motif de joint étanche lorsque le joint plat est mis sous compression, afin de limiter la compression de ladite couche de revê- tement lorsqu'elle est comprimée sous pression. 9. Procédé suivant la revendication 7, caracté- risé en ce que ladite couche de revêtement ( 16) est com- primée sous pression pendant la fixation par adhérence, de telle manière que la hauteur de la saillie de la cou- che de revêtement au-dessus du motif de joint étanche ( 26) ne soit pas supérieure à environ la moitié de la hauteur de ce motif de joint étanche.