Brevet FR2512155A1 — publié le 19830304

L'invention concerne un joint d'étanchéité plat comportant une plaque d'étanchéité avec une ouverture au moins, ainsi qu'un canal circulaire à paroi métallique, aménagé en bordure de l'ouverture et renfermant un produit de remplissage souple, cédant aux sollicitations de serrage du canal L'invention se rapporte essentiellement à un joint de culasse. La construction légère et moderne des moteurs à pistons soulève une fois de plus le problème de plus en plus complexe posé par l'étanchéité fiable et durable entre les différentes parties du moteur, notamment entre la culasse et le bloc moteur En effet, cette construction légère ne permet pas d'utiliser un joint de culasse couvrant de grandes surfaces en restant exposés à des solli- citations de serrage permanentes D'autre part, les déformations thermiques et dynamiques auxquelles un joint de culasse est exposé ne cessent de s'accroi- tre La conception moderne des moteurs fait apparaître ainsi des variations très nettes des sollicitations au niveau de la surface de contact notamment dans la zone des chambres de combustion. Compte tenu de ces difficultés, l'on a utilisé d'ores et déjà des joints d'étanchéité plats du type cité ci-dessus, dont la plaque d'étanchéité constituée d'une plaque d'amiante traditionnelle comporte, dans la zone de l'ouverture, une bordure annulaire en t 6 le métallique et à section transversale en forme d'U, placée de manière qu'entre cette bordure annulaire et le bord de l'ouverture pratiquée dans la plaque d'étanchéité il se forme un canal annulaire logeant un anneau en caoutchouc à section transversale circulaire ou ovale (demande allemande publiée sous le numéro 26 04 253 et brevet américain N O 3 595 589). Ce joint de culasse connu se comporte tout comme un autre joint d'étanchéité plat également connu, sur lequel toutefois l'anneau en caoutchouc est remplacé par un ressort à boudin de forme annulaire (demande allemande mise à l'ins- pection publique sous le numéro 1 974 988). L'inconvénient de l'ensemble des joints d'étanchéité plats du type sus- visé connus, utilisés dans des cas o la pression exercée sur la surface de contact n'est même pas approximativement constante, réside dans le fait que l'élément d'étanchéité constitué par le canal cité plus haut ne peut provo- quer aucune compensation, ou alors et dans le meilleur des cas ne peut provo- quer qu'une compensation très faible et insuffisante entre les différentes pressions agissant sur la bordure de l'ouverture, ce qui fait que essentiel- lement sur les moteurs à piston, de construction de plus en plus légère, 12155 une étanchéité parfaite et durable, notamment dans la zone des chambres de combustion du joint de culasse, ne peut être assurée avec ces joints d'étanchéité plats connus Un autre inconvénient de ces mêmes joints d'étanchéité plats connus réside dans le fait qu'en présence de-s déformations provoquées par les forces de serrage, elles n'opposent qu'un pouvoir de rappel très faible, dia à une force de rappel relativement réduite. Vu ce qui précède, il incombe à l'invention de créer un joint d'étanchéité plat du type défini ci-dessus et notamment un joint de culasse qui assure une étanchéité fiable et durable, même en présence de pressions localement très variables dans la surface de contact et plus précisément dans la zone du bord des ouvertures comme cela se produit essentiellement dans la zone des chambres de combustion des joints de culasse utilisés sur les moteurs à pistons modernes. Le problème ainsi posé est résolu par le fait que pour le bouchage du canal on utilise un produit de remplissage qui se compose, en grande partie au moins, d'un produit à l'état liquide ou plastique et ce au moins au moment de la mise en place du joint d'étanchéité plat et que le canal est constitué d'une cavité fermée hermétiquement sur toute sa longueur par la seule paroi métal- lique propre du canal. Sous matériaux plastiques déformables utilisés comme produit de rem- plissage, il y a lieu d'entendre, en plus des matériaux plastiques au sens le plus étroit du terme, des matériaux divers sous une forme pulvérulente. Un tel produit de remplissage est en mesure de s'adapter également aux surfaces qui sont à rendre étanches, l'une par rapport à l'autre et qui sont exposées à des forces de serrage d'ampleur localement variable En effet, lors de la mise en place du joint d'étanchéité plat défini par l'invention, chaque élément constitutif du volume du produit de remplissage se laisse refouler à un endroit quelconque du canal fermé, ce qui permet de compenser les varia- tions des forces de serrage sur toute la longueur du bord de l'ouverture. Etant donné que, sur le joint d'étanchéité plat défini par l'invention, le canal comporte des parois entièrement métalliques et hermétiquement fermées, il est établi que le volume du canai reste pratiquement constant, même sous l'effet des déformations provoquées par les forces de serrage. Ainsi, non seulement l'on réduit les valeurs de pointe des pressions exercées sur les surfaces de contact en général, mais de plus et contrairement 12155 à ce qui se passe avec des joints d'étanchéité traditionnels, l'on provoque ainsi dans la zone des surfaces à étancher entre elles et constituées de matériaux plus facilement déformables des pressions plus importantes. Ces produits sous forme de poudre étant amplement compressibles, l'on préfère utiliser en général comme matériau de remplissage du canal des pro- duits liquides ou plastiques incompressibles Dans ce cas, le degré de compres- sibilité voulu peut être atteint par l'adjonction d'une certaine quantité de gaz. Les commentaires ci-dessus font apparaître que le joint d'étanchéité plat défini par l'invention s'adapte pratiquement à toutes les caractéristiques des déformations dans la zone du bord des ouvertures. Pour les machines qui fonctionnent à des températures supérieures à la température ambiante, notamment les moteurs à combustion interne, il est recommandé de choisir comme produit de remplissage un matériau à l'état liquide ou plastique qui, sous l'effet de la température de fonctionnement du moteur, se transforme en élastomère Un tel joint d'étanchéité plat fourni dans son état primitif ne s'adapte donc à son utilisation définitive qu'au moment de la première utilisation du moteur, étant donné que le premier échauffement du matériau de remplissage provoque sa vulcanisation ou sa polymérisation ou encore sa solidification au travers d'une autre réaction analogue En même tempe se modifie le comportement du joint dans la zone du bord des ouvertures, c'est- à-dire dans la zone du canal défini par l'invention En effet, le comportement initial, essentiellement plastique, se transforme en comportement essentiel- lement élastique Un tel joint d'étanchéité plat crée ainsi les conditions opti- males au moment de sa mise en place tout en continuant à assurer par la suite une étanchéité parfaite et durable du moteur. Le choix du matériau utilisé comme produit de remplissage, notamment la quantité et la nature des produits, peut être calqué sur le comportement à longue durée du joint d'étanchéité plat défini par l'invention (comportement sous les effets de tassement, comportement thermique etc) La paroi métallique du canal a un comportement thermique particulièrement avantageux, notamment sous l'effet des pointes de températures de courte durée qui sont ainsi dérivées par le métal de la paroi et ne peuvent donc pas se répercuter entièrement sur le produit de remplissage Finalement, le choix de la qualité, voire de l'épais- seur de la t 6 le, influent sur le comportement à la déformation de l'élément 12155 d'étanchéité que constitue le canal. La méthode de réalisation la plus simple du canal consiste à replier la tôle métallique sur elle-même et de fixer la paroi ainsi repliée par un cordon de soudure ou de brasure continu Pour éviter lors du soudage ou lors du bra- sage une déformation gênante de cette tôle, il est recommandé de placer au préalable des points de soudure répartis à intervalles réguliers sur toute la longueur du canal et de terminer ensuite la soudure ou la brasure hermétique en partant de ces points et en respectant toujours un même sens de progression. L'invention offre également la possibilité d'éliminer les matériaux non métalliques tendres utilisés jusqu'à présent pour la fabrication des plaques d'étanchéité Il s'agit essentiellement de plaques en fibres d'amiante trempées dans un liant approprié En application de l'invention, il est en effet possible d'utiliser une plaque en tôle monocouche ou multicouches qui pourra être équi- pée d'éléments d'étanchéité sous forme de canaux définis par l'invention aux endroits exigeant une parfaite étanchéité linéaire Sur un joint de culasse toutes les ouvertures de passage de la plaque d'étanchéité, c'està-dire les zones des bords de ces ouvertures, sont dotées d'un canal du type défini par l'invention, lequel peut parfaitement être réalisé dans la tôle de la plaque d'étanchéité. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif Sur ces dessins: la figure 1 est une vue de dessus d'un joint de culasse les figures Z à 5 sont des vues en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 de divers exemples de réalisation, et la figure 6 est une vue schématique d'une ouverture de passage d'une chambre de combustion pratiquée dans un joint de culasse illustrant le procédé de fabrication du joint défini par l'invention. Le joint de culasse 10 représenté sur la figure 1 se compose d'une plaque d'étanchéité 12 avec des ouvertures de passage des chambres de combustion 14, des ouvertures de passage des circuits d'huile 18 et des ouvertures de passage des vis 20 Selon le modèle d'exécution de la figure 2, la plaque d'étanchéité 12 se compose d'une tôle 22 protégée le cas échéant par une couche de laque ou de produit synthétique Cette tôle a été recourbée sur elle-même dans la zone du bord de l'ouverture de passage, notamment l'ouverture de passage de la chambre de combustion 14 sur la droite du dessin, pour constituer un canal circulaire 24 enrobant une cavité 26 parfaitement étanche On obtient ainsi une collerette 28 maintenue sur la plaque d'étanchéité 12 proprement dire, d'une manière parfaitement hermétique par un procédé de soudage électrique dit à la molette Une telle molette 30 est schématisée en pointillé dans la figure 2. La cavité du canal de l'exemple de réalisation de la figure 2 est remplie entièrement avec un produit de remplissage 32 défini par l'invention Il peut s'agir d'un élastomère au fluor ou d'un élastomère aux silicones qui a été in- troduit à l'état non vulcanisé dans la cavité 26 du canal et qui présente une struc ture chimique telle que la chaleur produite par la première mise en marche du moteur provoque sa vulcanisation et, a fortiori, son passage de l'état essen- tiellement plastique à l'état essentiellement élastique. L'étanchéité du canal 24 peut être obtenue indifféremment par soudage, par brasage ou par coll&ge. La figure 3 montre un exemple de réalisation différent de l'objet de l'in- vention, lequel occupe une position approximativement symétrique, au plan d'une tôle 22 ', constituant la plaque d'étanchéité 12 Etant donné que les autres éléments sont identiques à ceux des figures 1 et 2, ils ont été identifiés par les mêmes références assorties du signe "prime". Les exemples de réalisation des figures 1 à 3 comportent une plaque d'étanchéité 12 sous forme d'une simple plaque de tôle, alors que l'exemple de réalisation de la figure 4 présente une structure plus conventionnelle Il comporte en effet d'une manière traditionnelle une tôle porteuse 22 " qui, tout comme la tôle 22 ' de la figure 3, forme un canal 24 ", mais porte en plus sur ses deux faces le revêtement traditionnel 50 " en matériau non métallique tendre La cavité 26 " du canal 24 " de cette figure 4 est remplie essentiellement, mais non pas complètement, d'un matériau à l'état liquide ou plastique 32 " au momen du remplissage En plus de ce matériau de base, la cavité 26 " du canal con- tient un gaz 33 " qui assure au canal 24 " une certaine compressibilité. La figure 5 présente un exemple de réalisation identique à ceux des fi- gures 2 et 3, qui comporte également une tôle 2 Za, enrobée, le cas échéant, d'un enduit léger dont le bord, dans la zone d'une ouverture de passage d'une chambre de combustion par exemple, est enserré dans une bande de tôle en 12155 forme d'U, 24 b qui constitue un canal circulaire rempli d'un produit de remplis- sage 32 a défini par l'invention et dont les deux ailes enserrant la tôle 22 a sont fixées sur celle-ci par des cordons de soudure 30 a Ce type de joint offre des avantages certains au niveau de la fabrication et permet éventuellement d'utili- ser pour la tôle 2 Ma un matériau de moins bonne qualité et de limiter ainsi à l'ouverture Ae passage de la chambre de combustion, c'est-à-dire à la bande de tôle 24,4 le matériau de très bonne qualité. La figure 6 illustre le procédé de fabrication du canal 24 des figures 1 et 2 Selon l'invention, l'on amorce dans une première étape l'obturation de la cavité 26 du canal en plaçant des points de soudure ou de brasure aux points 1, II et III, répartis à égale distance sur le pourtour du canal Puis l'on pro- cède au soudage ou au brasage en amorçant l'opération simultanément à la hauteur de chacun de ces points et en suivant la direction indiquée par les flèches L'on crée ainsi le cordon 52 indiqué en pointillé. L'on utilisera utilement soit des tôles d'acier du commerce d'une épais- seur de 0, 1 à 0, 4 mm, soit des aciers fortement alliés. 12155 REVENDICATIONS 1 Joint d'étanchéité plat comportant une plaque d'étanchéité avec une ouverture au moins, ainsi qu'un canal circulaire à paroi métallique aménagé en bordure de l'ouverture et renfermant un produit de remplissage souple cédant aux sollicitations de serrage du canal, caractérisé en ce que la paroi métallique du canal ( 24) enrobe la cavité ( 26) d'une manière absolument hermé- tique sur toute sa longueur et en ce que le produit de remplissage ( 32) est cons- titué, en grande partie au moins, d'un produit à l'état liquide ou à l'état plas- tique et ce au moins au moment de la mise en place du joint d'étanchéité plat. 2 Joint d'étanchéité plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à l'état liquide ou plastique est essentiellement incompressible. 3 Joint d'étanchéité plat selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit de remplissage ( 32) renferme une fraction gazeuse déterminée qui donne au canal la compressibilité voulue. 4 Joint d'étanchéité plat selon-l'une quelconque des revendications 1 à 3 destiné aux appareils fonctionnant à des températures supérieures à la tem- pérature ambiante, caractérisé en ce que le matériau à l'état liquide ou plas- tique utilisé se transforme en élastomère sous l'effet de la température de fonctionnement du joint d'étanchéité plat. 5 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau à l'état liquide ou plastique utilisé est soit une huile dite caloporteur, soit un produit synthétique à Élétat liquide ou plastique, notamment un élastomère au fluor ou aux silicones non vulcanisé. 6 Joint d'étanchéité plat selon d'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal ( 24 ', 24 ") est formé à partir d'une tale métallique recourbé e sur elle-même et obturée par un cordon de soudure ou de brasure circulaire et continu. 7 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le canal est réalisé dans la tôle porteuse monocouche ou multicouches du joint d'étanchéité plat. 8 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que le canal est formé dans une bande de tôle ( 24 b), approximativement en forme d'U, dont les ailes qui enserrent l'extrémité d'une plaque de tôle (Z Za) du joint d'étanchéité plat sont reliées à ce dernier Par des cordons de soudure ou de brasure circulaires ( 30 a). 9 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque d'étanchéité est constituée d'une plaque de tôle monocouche ou multicouches. 10 Procédé de fabrication d'un joint d'étanchéité plat selon l'une quel- conque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on amorce les opéra- tions de soudage ou de brasage simultanément à plusieurs endroits répartis à distances égales le long du canal et en ce que, à partir de ces points, le canal est obturé progressivement et dans un même sens. PAR PROCURAT Icx