Brevet FR2521638A1 — publié le 19830819

La présente invention a pour objet un joint de culasse pour moteur à combustion interne. Un Joint de culasse est situé entre le bloc moteur et la culasse et doit remplir plusieurs fonctions et notamment assurer l'étanchéité au liquide de refroidissement et au liquide de lubrification, qui circulent entre le bloc moteur et la culasse; assurer l'étanchéité aucgaz de combustion à des pressions et des températures élevées; régler l'épaisseur disponible entre la culasse et le 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 A maintenir le contact et conserver l'étanchéité initiale, malgré la déformation du moteur survenant au cours du fonctionnement de celui-ci. Habituellement, les fonctions d'étanchéité du joint de culasse sont différenciées: l'étanchéité au liquide de refroidissement eau-glycol et à l'huile de lubrification est en général réalisée par le matériau de base du joint constitué& par des cartons d'amiante agrafés sur une tôle perforée, un tissu métalli- que enduit sur ses deux faces d'un mélange fibres dtamiante-6 lastomère, etc, l'étanchéité au gaz est généralement réalisée par des anneaux de feu métalliques en acier, acier électrozingué, acier plaqué d'aluminium etc L'ensemble de ces étanchéités est obtenu grâce A un fort serrage de la culasse sur le bloc moteur par l'inter- m&diaire de vis de serrage Ce fort serrage a cependant l'inconvénient d'engendrer des déformations de la culasse et des chemises s'il y en a, d'autant plus grandes qu'il est plus &levé. En outre, l'utilisation d'amiante pour la réalisation du Joint pose un problème au niveau de la manipulation de ce matériau compte tenu de l'insalubrité de celui-ci. Pour remplir les conditions d'étanchéité aux fluides, il est également connu d'utiliser des cordons dtélastomères, en particulier dtélastomères silicones, associés à un joint du type précité. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des joints décrits ci-dessus, en fournissant un joint évitant l'emploi d'amiante et permettant de réduire très fortement le serrage total nécessaire A assurer ces étanchéités. A cet effet, dans le Joint qutelle concerne, du type comprenant une armature centrale constituée par une plaque métallique et des joints d'étanchéité aux passages de fluides constitués par des cordons d'élastomère déposés sur la surface de la plaque centrale, lttanch&ité au gaz est réalisée au niveau de chaque chambre de combustion par un anneau de feu qui, constitué par un système entièrement métallique, présente des nervures symétriques par rapport a la plaque métallique formant l'tme du joint. Les joints en élastomère étant disposés de façon symétrique par rapport au plan de chaque plaque, sont comprimés lors du serrage sans opposer une résistance importante A celui-ci, de telle sorte que la charge du serrage est presque totalement reportée sur les anneaux de feu, pour assurer une bonne étanchéité aurgaz Comme la charge nécessaire A assurer une bonne étanchéité aurgaz est identique A celle qui correspond A la solution classi- que, la charge totale est fortement réduite du fait de sa concentration sur les anneaux de feu, cette réduction étant de l'ordre de moitié par rapport au cas traditionnel La valeur de la charge nécessaire A l'obtention de l'étanchéité étant plus faible qu'habituellement, les risques de déformation de la culasse et des chemises sont très nettement réduits. La disposition asymétrique des cordons d'étanchéité et des nervures des anneaux de feu par rapport à la plaque centrale, assure une compression égale des cordons d'étan- chéité de l'ordre de 30 % en épaisseur, assurant une bonne étanchéité sans fatigue des joints, ce qui ne serait pas le cas si la disposition des joints de part et d'autre de la plaque était dissymétrique, la compression étant par exemple de 10 % et de 50 % pour les deux cordons situés de part et d'autre de la plaque. Selon une première forme d'exécution de ce joint de culasse plus spécialement destinée aux moteurs à essence, chaque anneau de feu comprend, au niveau d'une chambre à étancher, deux tôles nervurées prenant appui de part et d'autre de la plaque centrale,recouvertcs par une tôle pbssèdant une partie de section en C. Selon une autre forme d'exécution du joint de culasse selon l'invention, plus spécialement destinée aux moteurs diesel, chaque anneau de feu comprend, au niveau d'une chambre à étancher: deux tôles nervurées prenant appui de part et d'autre de la plaque centrale, dont l'extrémité de l'une est dans le plan d'une face de la plaque et dont l'extrémité de l'autre est décalée en direction de la première d'une valeur égale à la moitié de l'épaisseur de la plaque, une tôle d'épaisseur égale à la moitié de l'épais- seur de la plaque possèdent une partie en forme de C dont l'extrémité libre, dans le prolongement de la plaque centrale, sert d'appui aux deux tôles nervurées et dont l'autre extrémité vient en recouvrement de la tôle nervurée dont l'extrémité a subi un décalage par rapport à la plaque centrale et, une tôle possédant une partie en-forme de C venant en recouvrement des deux tôles nervurées et de la dernière tôle citée. Cet agencement assure une symétrie des anneaux de feu relativement à la plaque centrale, permettant de réaliser une compression symétrique des cordons d'élastomère disposés de part et d'autre de la plaque. Il est intéressant de noter que l'épaisseur de l'anneau de feu en position serrée est légèrement supérieure à celle de la partie située en arrière de la préchambre de combustion, dans le cas d'un moteur diesel, cette différence d'épaisseur permettant d'assurer une excellente étanchéité aux gaz au niveau de l'anneau de feu proprement dit. En outre, ce joint de culasse comporte des bavettes et renforts qui permettent, avec ltintercylindre, d'obtenir un renforcement mécanique dans les deux axes de chaque anneau de feu. Les cordons d'élastomère constituant les joints d'étanchéité au niveau des passages de fluides peuvent être réalisés de différentes façons, l'essentiel étant de limiter au maximum le fluage latéral C'est ainsi qu'il est possible de mouler chaque cordon d'élastomère sur la plaque centrale proprement dite, de mouler les cordons à travers des trous pratiqués dans la plaque centrale, ou encore de mouler les cordons indépendamment de la plaque et de les coller sur cette dernière. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexa représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce joint de culasse Figure l est une vue en plan d'un joint de culasse selon l'invention destiné à équiper un moteur diesel à combustion interne; Figure 2 est une vue en coupe transversale de ce joint de culasse et à échelle agrandie selon la ligne 2-2 de figure 1; Figure 3 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie de ce joint, selon la ligne 3-3 de figure 1; Figure 4 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie de ce joint selon la ligne 4-4 de figure 1 Figure 5 est une vue illustrant un mode de réalisation d'un cordon élastomère destiné à assurer l'étanchéité vis- à-vis des fluides; Figure 6 est une vue en plan d'un joint de culasse destiné à équiper un moteur à essence; Figure 7 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie de ce joint selon la ligne 7-7 de figure 6; Figure 8 est une vue en coupe transversale correspon- dant à celle de figure 7 d'une variante d'exécution de ce joint. Le joint de culasse ( 2),représenté aux figures 1 à 4, est destiné à équiper un moteur diesel à quatre cylindres. Ce joint de culasse comprend, de manière connue, une plaque centrale ( 3) métallique présentant un certain nombre d'orifices ( 4) pour les chambres de combustion du moteur, et d'orifices ( 5) pour les passages de liquides de lubri- fication et de refroidissement Le serrage de la culasse sur le bloc moteur avec interposition du joint de culasse ( 2) est réalisé par l'intermédiaire de vis traversant des ouvertures ( 6) ménagées dans le joint de culasse. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, l'étanchéité aux fluides, à savoir liquide de refroidisse- ment eau-glycol, et huile de lubrification, est réalisée par l'intermédiaire de joints élastomères ( 7), combinés avec des anneaux de feu ( 8) entièrement métalliques Les joints élastomères correspondant à un passage de fluide sont disposés de manière symétrique par rapport à la plaque centrale métallique ( 3) Ces joints peuvent être obtenus soit par moulage directement sur la plaque, de part et d'autre de celle-ci, soit par moulage avec passage à l'intérieur de trous ( 9) ménagés dans l'épaisseur de la plaque, comme montré à la figure 5, ou encore par moulage indépendamment de la plaque avec fixation sur celle-ci par exemple par collage, l'essentiel étant que le joint résiste au maximum au fluage latéral Les joints formant cordons d'étanchéité aux fluides peuvent être réalisés en différents matériaux, et notamment en élastomère silicone, nitrile, polyacrylique, fluoré, etc Chaque anneau de feu est constitué par un système entièrement métallique comprenant deux tôles nervurées, respectivement ( 10 et ( 12), destinées à venir prendre appui de part et d'autre de la plaque centrale ( 3), l'extrémit& de la plaque ( 12) étant décalée en direction de la plaque ( 10), relativement au plan de la plaque centrale ( 3) Au niveau de l'anneau de feu, les deux tôles ( 10) et ( 12) viennent en appui contre l'extr&mité d'une tôle ( 13) en forme de C, d'épaisseur égale A la moitié de l'épaisseur de la plaque centrale ( 3), cette tôle ( 13) venant en recou- vrement de la tale nervurée ( 12), qui présente un décalage vers la tale ( 10) relativement -A la plaque centrale ( 3). L'ensemble des tales nervuré&es ( 10, 12) et de la t 8 le ( 13) est recouvert par une tale ( 14) de section en C au niveau de l'anneau de feu Cet agencement permet d'obtenir une sym&trie rigoureuse des anneaux de feu relativement à la plaque centrale ( 3). Il est a noter que l'épaisseur en position serrée au niveau des anneaux de feu est légèrement sup&rieure à l'&paisseur en arrière de ceux-ci A titre d'exemple, l'ét&paisseur peut être de 1,70 millimètre au point ( 15) de la figure 2, alors qu'elle n'est que de 1,65 millimètre au point ( 16), ce qui permet d'assurer une excellente étanch&- ité aux gaz, compte tenu de la légère sur 6 paisseur au niveau de la partie active des anneaux de feu. Les différentes vues en coupe ainsi que la vue de face de la figure 1 montrent l'existence de bavettes et de renforts, qui permettent, avec l'intercylindre, d'obtenir un renforcement mécanique dans les deux axes de l'anneau de feu. Les figures 6 à 8 représentent une variante d'exécution de ce joint, destiné plus spécialement A équiper un moteur à essence. Dans ce cas, chaque anneau de feu comprend, comme montré aux figures 7 et 8, deux tôles nervurées ( 17) dispos&es de part et d'autre de la plaque centrale ( 3) et maintenues plaquées contre celle-ci, par une tôle ( 18) possèdant une section en C au niveau de la chambre de combustion. Dans la forme d'exécution représentée A la figure 7, les nervures ( 19) sont tournées vers l'extérieur, tandis que, dans la forme d'exécution représentée à la figure 8, les nervures ( 19) sont tournées vers l'intérieur Cette dernière solution est particulièrement intéressante dans le cas de culasse en alliage léger du fait que l'appui sur celle-ci étant réalisé non pas en une zone, mais en deux zones, à savoir de part et d'autre de la nervure, la pression exercée est mieux répartie, ce qui évite de "marquer" la culasse. D'un point de vue pratique, il ressort de la structure de ce joint de culasse que, lors du serrage de la culasse sur le bloc moteur, les joints d'étanchéité ( 7) vont se comprimer sans opposer une grande résistance, de telle sorte que la presque totalité de la charge de serrage va être reportée sur l'anneau de feu Cette caractéristique permet d'obtenir une excellente étanchéité au niveau des chambres de combustion, avec une charge de serrage d'une valeur sensiblement inférieure à la charge de serrage nécessaire avec les joints traditionnels. La réalisation de ce joint peut être faite avec une plaque centrale en acier zingué, acier inoxydable, aluminium ou alliage léger, avec des anneaux nervurés en acier, acier électro- zingué, acier inoxydable, acier plaqué d'aluminium, et avec des anneaux de feu en acier électro-zingué, acier plaqué d'aluminium, acier inoxydable Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une- grande amélioration à la technique existante en fournissant un joint de culasse apte à assurer une excellente étanchéité aux liquides et aux gaz, malgré une charge de serrage relativement réduite, et n'utilisant pas d'amiante dans sa composition, ce qui est intéressant d'un point de vue de la salubrité du travail nécessaire à la réalisation de ce joint. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint, décrites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au con- traire, toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS - 1 Joint de culasse pour moteur à combustion interne, du type comprenant une armature centrale constituée par une plaque métallique ( 3) et des joints d'étanchéité ( 7) aux passages de fluides constitués par des cordons dtélastomère déposés sur la surface de la plaque centrale, caractérisé en ce que lt'étanchéité au gaz est réalisée au niveau de chaque chambre de combustion ( 4) par un anneau de feu qui, constitué par un système entièrement métallique, présente des nervures symétriques par rapport A la plaque métallique formant l'aâme du joint. 2 Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque anneau de feu comprend, au niveau d'une chambre A étancher, deux tôles nervurées ( 17) prenant appui de part et d'autre de la plaque centrale ( 3), recouverte par une t 1 ôle ( 18) poss Adant une partie de section en C. 3 Joint de culasse selon la revendication 2, caractérisé en ce que les nervures ( 19) de chaque tôle nervurée ( 18) sont tournées vers l'extérieur. 4 Joint de culasse selon la revendication 2, caractérisé en ce que les nervures ( 19) de chaque tôle nervurée ( 17) sont tournées vers l'intérieur. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque anneau de feu comprend, au niveau d'une chambre A étancher: deux tôles nervurées ( 10, 12) prenant appui de part et d'autre de la plaque centrale ( 3), dont l'extrémité de l'une ( 10) est dans le plan d'une face de la plaque et dont l'extrémité de l'autre ( 12) est décalée en direction de la première d'une valeur égale à la moitié de l'épaisseur de la plaque, une tôle ( 13) d'épaisseur égale A la moitié de l'épaisseur de la plaque possédant une partie en forme de C dont l'extrémité libre, dans le prolongement de la plaque centrale, sert d'appui aux deux tôles nervurées ( 10, 12) et dont l'autre extrémité vient en recouvrement de la tôle nervurée dont l'extrémité a subi un décalage par rapport à la plaque centrale et, une tôle ( 14) possédant une partie en forme de C venant en recouvrement des deux tôles nervurées et de la dernière t 8 le cit 6 e. 6 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux cordons d 1 élastomère ( 7) correspondant à un passage de fluide, sont moulés sur les faces ext 6 rieures de la plaque centrale ( 3). 7 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 A 5, caractérisé en ce que les cordons d't 6 lastomère ( 7) sont moulés A travers des trous ( 9) pratiqu&s dans la plaque centrale. 8 Joint de culasse selon l'tune quelconque des revendications 1 A 5, caractérisé en ce que les cordons d'élastomère ( 7) sont moulés indépendamment, puis collés sur les deux faces de la plaque centrale ( 3).