Brevet FR2528911A1 — publié le 19831223

*- "Garniture d'étanchéité de tête de cylindre pour moteur à combustion". L'invention concerne une garniture d'étanché- ité de tête de cylindre pour moteurs à combustion, consti- tuéed'une structure en couche de graphite flexible renfor- cée par des inserts métalliques, cette structure compor- tant plusieurs ouvertures alignées avec les perçages du cy- lindre et d'autres évidements du moteur, et étant munie au voisinage de ces ouvertures, d'un revêtement protégeant le graphite contre l'érosion et les brdlures. Les garnitures d'étanchéité de têtes de cy- lindres constituées principalement d'amiante, sont l'objet de critiques croissantes à cause de leurs nuisances possi- blee pour la santé Du point de vue technique également, ces garnitures ne sont pas satisfaisantes, surtout dans le cas d'une forte sollicitation thermique et c'est ainsi que de nombreuses autres substances, seules ou en combinai- sons, ont fait l'objet de recherches pour s'adapter à ce but Les garnitures d'étanchéité de têtes de cylindres en film de graphite présentent une résistance thermique remar- quable et sont insensibles au vieillissement On obtient en général les films de graphite à partir de graphite natu- rel sous forme de flocons qui sont transformés par des aci- des, agissant de façon oxydante, en combinaison incorporant du graphite Ces combinaisons sont décomposées thermique- ment, les particules s'expansant alors pour constituer des 2.- formations gonflées en forme d'accordéon, qui, sans adjonc- tion de liants, peuvent être laminées ou pressées pour don- ner des films flexibles ou des structures en couches Par le terme structures en couches, on entend ici des formes qui, du fait de l'orientation des particules expansées, présentent une structure en couches prononcée détestable optiquement et qui, en conséquence, présentent pour leurs propriétés vectorielles, telles que par exemple la conduc- tibilité thermique et électrique, ou bien les coefficients de dilatation thermique, un degré dtanisotropie élevé (DE-PS 1 253 130) Il est également connu de renforcer mé- caniquement les structures en couches et d'augmenter parti- culièrement leur résistance au cisaillement par des inserts métalliques sous la forme de tissus à mailles larges, de minces tôles perforées avec des appendices en forme de pointes, etc (DE-OS 25 18 351). Les garnitures d'étanchéité de têtes de cy- lindres en structures en couches de graphite renforcées sont munies d'un certain nombre d'ouvertures qui sont ali- gnées avec les alésages de cylindres du moteur à combustion, ainsi qu'avec d'autres perçages ou évidements, qui servent, par exemple au transport de fluide de refroidissement ou de lubrification Lors du fonctionnement du moteur, les ouvertures correspondant aux alésages de cylindres, sont particulièrement soumises à des sollicitations élevées, du fait des cycles périodiques de pression et de tempéra- ture, et les modifications de structures ainsi provoquées, favorisent l'attaque des gaz de combustion érosifs et aci- des sur la structure en couches Pour améliorer la résis- tance des garnitures de têtes de cylindres constituées par des structures en couches de graphite, il est connu, par le document US-PS 3 841 2899 de presser la structure en couches, dans les zones entourant annulairement chaque alé- sage de cylindre, à une densité plus forte que le reste de la garniture On part ainsi d'une garniture de tête de $- 3.- cylindre qui présente dans cette zone annulaire, une épais- seur plus forte que le reste de la garniture Lors du bri- dage, l'ensemble de la garniture est comprimé à la même épaisseur, la zone annulaire plus épaisse étant alors plus fortement comprimée par exemple à presque 100 % de la den- sité théorique De telles garnitures de t 4 tes de cylindres sont plus résistantes du fait de la plus grande résistance à l'érosidn et à l'oxydation de la zone plus dense, sans que la pression d'application de la garniture soit notable- ment plus élevée. Les garnitures d'étanchéité de têtes de cy- lindres avec des zones comprimées au voisinage des parties en regard des alésages et d'autres évidements du moteur à combustion interne, ne présentent en général des durées de vie satisfaisantes que pour des sollicitations faibles et moyennes Au con Sact de gaz de combustion qui présentent des teneurs élevées en acide et en substances solides, la durée de vie de la garniture n'est pas suffisante Dans ces conditions, on utilise, en conséquence, des garnitures de têtes de cylindres dont la surface au voisinage des orifi- ces est revêtue de couches métalliques minces ou de tales minces Des exemples pour de tels revêtements résistant aux oxydations et à l'érosion sont constitués par des t 8 les d'acier zinguées ou plaquées d'aluminium et comportant une épaisseur d'environ 0,15 à 0,25 mm, et qui sont rapportés sur la garniture de têtes de cylindres par les procédés classiques de sertissage Dans ce procédé, la structure de la garniture est forcément plus fortement comprimée dans les parties revêtues -ou serties que dans les parties non revêtues de celle-ci La différence dans les conditions habituelles de compression et d'épaisseur est de l'ordre de 40 à 50 %# si bien que les forces de retrait dans la zone non revtenue, sont accrues à peu près de cette quanti- té Ces tensions provoquent fréquemment la formation de crevasses dans le revêtement métallique qui perd, de ce 4.- fait, sa fonction de protection. l'invention a en conséquence pour but de créer une garniture d'étanchéité de tête de cylindre du type initialement mentionné, qui ne comporte pas de tels défauts et dans laquelle le revêtement de la structure en couches constitué de graphite, la protège de façon pleine- ment efficace contre l'érosion et l'oxydation. Ce but est atteint grâce à une garniture de tête de cylindre dans laquelle l'épaisseur de la structure en couches dans ses parties revêtues, est inférieure, au moins de l'épaisseur du revêtement, à l'épaisseur de la partie non revêtue Si l'épaisseur de la tôle constituant le revêtement est par exemple de 0,2 mm, l'épaisseur de la structure en couches dans la partie revêtue est au moins, pour cette épaisseur, plus petite que la partie li- bre de la structure en couches On prélèrera des structu- res en couches qui, sur l'étendue de la garniture d'étan- chéité de tête de cylindre, comportent un nombre variable de couches de graphite, à savoir moins de couches dans les parties revêtues de la structure en couches et davantage de couches dans la partie non revêtue Pour la réalisation de structures en couches avec un nombre échelonné de cou- ches, ces structures sont avantageusement obtenues par com- pression des particules de graphite expansées dans une ma- trice, en utilisant des poinçons inférieur et supérieur profilés, ou bien par laminage de films de graphite munis d'ouvertures ou d'ajours sur un noyau en films ne présen- tant pas de solutions de continuité La densité brute et donc le degré de compression des couches de graphite est, de façon plus précise, déterminée par le degré d'expansion des particules de graphite utilisées pour leur réalisation, ainsi que par les conditions-d'utilisation de l'étanche- ment, des couches avec une densité brute de 1,0 à 1,5 g/em 3 sont toutefois particulièrement avantageuses en raison du large domaine d'application d'une telle garniture. 5.- A la base de l'invention, se trouve la no- tion qu'un degré élevé de compression de la structure en couches dans les parties revêtues de la garniture de tête de cylindre, parties qui se trouvent à la limite des ori- fices de la surface de la garniture d'étanchéité, aboutit fréquemment à des crevasses dans cette zone, du fait des forces de retrait importantes et provoque un endommagement ou même une destruction du revêtement Grâce à la diminu- tion de l'épaisseur des parties revêtues de la structure en couches, les forces de retrait dans les zones critiques de la garniture d'étanchéité de tête de cylindre sont abais- sées à un niveau ne portant pas atteinte à la résistance du revêtement, grâce à quoi, notamment la durée de vie de la garniture est accrue de façon importante. L'invention va être décrite à titre d'exemple en se référant aux dessins. la figure 1 montre une garniture d'étanchéi- té de tête de cylindre, la figure 2 est une coupe schématique d'une garniture de tête de cylindre, La structure en couches en graphite flexible est constituée des couches 1 ', 1 " et 1 't et comporte les ouvertures 2 et 3 Les ouvertures 2 coïncident, lors de l'utilisation de la garniture de tête de cylindre dans un moteur à combustion, avec les alésages de cylindre, les ouvertures 3 avec d'autres évidements du moteur servant au transport de fluide de refroidissement et de lubrification. Dans une zone 4 entourant annulairement les ouvertures 2, la structure en couches l est uniquement constituée de la couche 1 " qui est revêtue par la tôle 5 L'épaisseur de la couche 1 " est inférieure à 2 fois l'épaisseur de la tôle Pour augmenter la résistance mécanique, lawstructure en couches 1 contient la tôle avec des saillies en forme de pointes recourbées en dehors du plan de la t 8 le. Pour la réalisation de la garniture d'étan- 6.- chéité de tête de cylindre, on lamine par exemple, sur les deux c 8 tés d'une tôle à pointes, dont l'épaisseur est de 0,15 à 0,25 mm, y compris les pointes d'environ 1,8 à 2,0 mm, des feuilles de graphite dont l'épaisseur est de 0,4 à 0,6 mm et dont la densité brute est de l'ordre de 1,0 g/cm 3 Dans une seconde opération, on lamine sur cha- cun des deux c 8 tés, un autre film de graphite de même na- ture, ces films ayant été préalablement munis d'ajours dont les dimensions et les intervalles correspondent aux parties de la garniture d'étanchéité, munies d'un revête- ment A partir de la structure en couches, dont la densité brute sans la t 8 le à pointes insérée est de 1,3 à 1,5 g/cm 3, sont estampées les étanchéités et dans celles-ci, les dif- férentes ouvertures symétriquement par rapport aux ajours, puis ces parties de la structure en couches sont revêtues par sertissage avec des tôles au voisinage des ouvertures. 7.- REVENDIOATION 8 R B V E N D ICAT I O N S 1. Garniture d'étanchéité de tête de cylin- dre pour moteur à combustion constitué d'une structure en couches ( 1 ', 1 ", 1 "') en graphite flexible renforcée par des inserts métalliques qui comportent plusieurs ouvertu- res ( 3) alignées avec les alésages de cylindre, ainsi qi'a- vec d'autres évidements du moteur, et qui est muni, au voi- sinage de ces ouvertures, d'un revêtement protégeant le gra- phite contre l'érosion et les br lures, garniture caracté- risée en ce que l'épaisseur de la structure en couches, dans ses parties revêtues, est inférieure à l'épaisseur de la partie non revêtue d'au moins l'épaisseur du revête- ment. 2. Garniture d'étanchéité de tête de cylin- dre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parties revêtues de la structure en couches sont constituées de moins de couches de graphite que la partie non revêtue. 3. Garniture d'étanchéité de tête de cylin- dre selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la densité brute des couches de graphite est de 1,0 à 1,5 g/cm 3.