Brevet FR2527270A1 — publié le 19831125

Dispositif d'étanchéité pour moteur à combustion interne La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité pour moteur à combustion interne et, plus particulièrement, les dispositifs d'étanchéité aux gaz de combustion interposés entre cylindre de moteur à combustion interne refroidi par circulation d'un fluide dans une chambre annulaire autour du cylindre et culasse fixée au bloc moiteur. A l'heure actuelle, ce dispositif d'étanchéité est constitué par un joint plat interposé entre la culasse et le bloc et maintenu en compression à l'aide de tiges filetées (boulons ou goujons) et d'écrous. La force à exercer pour assurer l'étanchéité est très supérieure à celle aui suffirait pour résister aux forces créées par la pression dans les chambres de combustion du moteur lors de l'explosion. Par ailleurs, la rupture du joint de culasse est une des causes principales de retour des véhicules en atelier peu de temps après mise en service la raison en est qu'il est difficile et surtout très long de serrer de façon homogène un joint de culasse pincé, puisqu'il faut intervenir à plusieurs reprises sur un grand nombre d'écrous.D'autre part, l'étanchéité aux gaz des joints de culasse classiques n'étant jamais absolue, il est nécessaire d'adjoindre, dans le circuit de refroidissement, des systèmes de dégazage qui compliquent et alourdissent ce circuit. La présente invention vise à fournir un dispositif d'étanchéité répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il rend I'étanc.héité indépendante de l'effort d'assemblage de la culasse sur le ou les cylindres, évite les déformations de la table de la culasse et réduit les ovalisations de cylindres. Au surplus, le dispositif présente l'avantage d'une étanchéité absolue aux gaz d'explosion et permet une simplification du circuit. Dans ce but, l'invention propose un dispositif d'étanchéité du type ci-dessus défini comprenant au moins un joint torique continu en contact avec le cylindre et la culasse, placé dans une gorge ménagée entre le cylindre et la culasse à proximité de la chambre annulaire de façon que le joint reste à une température compatible avec son matériau constitutif. Le terme "joint torique" doit être interprété dans un sens large et comme ne se limitant pas au cas des joints à section droite circulaire au repose mais s'étendant au cas des joints ayant une section quelconque, une condition essentielle restant cependant que le joint soit ininterrompu. Un tel joint permet d'assurer l'étanchéité sans être soumis à une pression homogène minimum. En conséquence, il s,uffit que les moyens de solidarisation de la culasse et du bloc exercent une force de retenue suffisante pour contrebalancer les forces dues à la pression dans la chambre. Les joints toriques sont généralement constitués en élastomère et doivent être à une distance suffisante de la chambre de combustion pour n être pas portés à une température excessive par les infiltrations de gaz de combustion dans le jeu entre culasse et cylindre. Ce dernier peut notamment être constitué par une chemise fixée à la culasse par des moyens de fixation permanente, tels que soudage par faisceau d'électrons, collage, solidarisation par bague filetée, frettage, emmanchement à force, etc. La gorge de réception du joint peut notamment être réalisée par usinage d'une des deux pièces (cylindre ou culasse) ou par juxtaposition des deux pièces. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant un dispositif d'étanchéité entre cylindre et culasse d'un moteur à combustion interne, - la figure 2 montre une variante de la figure 1, dans laquelle la chambre de circulation de fluide de refroidissement est ménagée entre le bloc et la chambre de chaque cylindre; - la figure 3 est un schéma à grande échelle montrant l'adjonction d'un joint métallique antifeu au joint d'étanchéité torique; La figure 1 montre le bloc 10 d'un moteur sur lequel une culasse 11 est fixée à l'aide de goujons et d'écrous écrous (non représentés).Les goujons sont vissés dans des trous taraudés 12 du bloc et les écrous prennent appui sur une bride 13 de la culasse. Les cylindres sont délimités par des chemises glissées dans des alésages de la culasse et délimitant avec elle des chambres annulaire 15 destinées à être parcourues par un fluide de refroidissement (eau en général). La culasse Il prend directement appui sur le bloc 10, sans interposition de joint plat d'étanchéité pincé. L'étanchéité de la chambre 15 vers le carter est assurée par des joints 16 et 17 ininterrompus, placés dans des gorges de la chemise 14 et en appui contre la paroi de la culasse 11. Le dispositif d'étanchéité suivant l'invention comprend au moins un joint torique 18 placé entre la culasse et la chemise, en appui dans le sens radial dans le cas illustré (un appui dans le sens axial par rapport au cylindre étant toutefois possible). En règle générale, le joint d'étanchéité torique 18 sera placé dans une gorge circonférentielle 19 ménagée à cet effet dans la chemise ou dans la culasse. Cette gorge sera placée à proximité immédiate de la chambre 15 et à distance de la chambre de combustion de façon que la température du joint, généralement constitué en matériau élastomère, reste modérée lorsque le moteur a atteint sa température normale de fonctionnement. De plus, il est nécessaire que le joint 18 ne soit pas soumis lors du fonctionnement à une différence de pression alternée : enwrègle générale, le jeu qui subsiste entre la partie terminale de la chemise 14 et la culasse est suffisamment faible pour atténuer les variations de pression à un point tel que le joint 18 n'est pas soumis à des différences de pression alternées. La chemise sera généralement solidarisée mécaniquement de la culasse par des moyens qui peuvent être très divers. On a notamment utilisé le soudage par faisceau d'électrons de la partie terminale haute de la chemise sur la culasse, mais cette solution a l'inconvénient d'être coûteuse. On peut également utiliser un emmanchement en force ou un collage à l'aide d'une colle polymérisable anaérobie adhérant au matériau constitutif de la culasse il et de la chemise 14. Du fait que l'étanchéité est assurée par un joint torique 18 dont la surface de contact avec la culasse est limitée et n'exige pas un serrage (que les boulons. de fi xation de la culasse ne pourraient d'ailleurs exercer, étant donné le montage circonférentiel du joint), ces boulons ou goujons peuvent être beaucoup plus légers que dans un moteur normal. Dans la pratique, leur section totale peut être diminuée dans un rapport qui dépasse 5/1. Cet allégement des boulons peut s'accompagner d'un alle- gement correspondant des organes avec lesquels ils coo pèrent, notamment de la bride 13. Au surplus, on voit que la régularité de serrage des écrous ou boulons n'a pas la même importance que dans le cas d'un joint de culasse plat, où elle est essentielle à la tenue du joint et au maintien de l'étanchéité. Au lieu d'être ménagée entre ia chemise 14 et la culasse 11, la chambre de circulation de fluide de refroi dissement 15 peut être ménagée entre chemise 14 et bloc 10. C'est cette disposition qui est représentée dans le cas de la figure 2, où les organes correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. Cette disposition exige un joint complémentaire 20 pour éviter les fuites de liquide de refroidissement de la chambre 15 vers l'intervalle entre culasse et bloc. Pour améliorer la protection du joint torique d'étan chéité 18 contre les gaz brûlés susceptibles de s'infiltrer entre culasse 11 et chemise 14, on peut interposer sur le trajet un joint supplémentaire métallique 21, comme représenté schématiquement sur la figure 3. Ce joint en métal fin joue un rôle d'antifeu et il est prévu pour exercer par ses branches une pression de contact élevée sur la chemise 14 et la culasse 11. - L'invention est susceptible de nombreuses autres variantes encore de réalisation. En particulier, il est possible d'assurer l'étanchéité en utilisant non pas un joint torique par cylindre, mais un joint pour tout un groupe de cylindres ou même pour l'ensemble du moteur. De plus, I'invention n'est pas uniquement applicable aux moteurs munis de chemises amovibles. Elle est également susceptible d'être appliquée à des moteurs dans lesquels la paroi du cylindre est usinée directement dans une paroi prolongeant le bloc moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité aux gaz d'explosion interposé entre cylindre de moteur à combustion interne, refroidi par circulation d'un fluide dans une chambre annulaire (15) autour du cylindre, et culasse (11) fixée au bloc moteur (10), caractérisé en ce qu'il comprend un joint torique continu (18) au moins en contact avec le cylindre et la culasse, placé dans une gorge (19) ménagée entre le cylindre et la culasse à proximité de la chambre annulaire (15) de façon que le joint reste à une température compatible avec son matériau constitutif lors du fonctionnement du moteur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le joint contient du matériau élastomère. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la gorge (19) de réception du joint est obtenue par usinage d'une des deux pièces (cylindre ou culasse) ou par juxtaposition des deux pièces. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi du cylindre est constituée par une chemise (14) rapportée dans la culasse et solidarisée mécaniquement de celle-ci, chemise dans laquelle sont ménagées la portée du joint d'étanchéité (18) et une gorge de réception d'un second joint d'étanchéité (16) destiné à éviter les fuites à partir de la chambre de circulation de fluide de refroidissement. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cul-asse (11) est solidarisée du bloc (10) par des moyens de fixation exerçant une force de pression très inférieure à celle qui serait nécessaire pour assurer l'étanchéité à l'aide d'un joint de culasse plat. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un joint métallique anti-feu, exerçant une pression de contact élevée sur le cylindre et sur la culasse, interposé sur le trajet de fuite des gaz brûlés de la chambre de combustion vers le joint d'étanchéité torique (18).