Brevet FR2526508A1 — publié le 19831110

La présente invention est relative à des joints de culasse de cylindre pour moteurs à combustion interne à piston mobile. Les joints de culasse de cylindre sont généralement constitués par une tôle de support recouverte, sur ses deux faces, par une couche de matériat mou formé de fibres d'amiante enrobées dans une matière plastique Cette plaque d'étanchéité comporte plusieurs ouvertures de passage, pour l'accès à l'enceinte de combustion et la circulation de l'huile et de l'eau de refroidisse- ment, la zone marginale de ces ouvertures, au moins de celles qui permettent le passage dans l'enceinte de combustion, étant entourée par une bordure en tôle métallique ayant une section en forme de U. L'extension de l'emploi de moteurs de puissance toujours croissante et de construction toujours plus aisée implique l'utilisation de pièces soumises à des efforts toujours plus considérables, pouvant se déformer facilement, c'est-à-dire élastiquement, lors du montage et du fonctionnement des moteurs. Cette évolution conduit impérativement à rechercher des joints de culasse de cylindre dans lesquels les couches de matériaux mous soient adaptables et très élastiques, pour que l'on ne soit pas obligé de trop serrer les écrous des culasses de cylindres et que, malgré les déformations subies par les parties de moteur entre lesquelles l'étanchéité doit être assurée, le joint de culasse de cylindre remplisse son office. Lorsqu'on utilise les bordures ayant une section en forme de U, que l'on trouve généralement dans les joints de culasse de cylindre en amiante et métal, dans des joints de culasse comprenant des couches de matériau mou de grande élasticité, on observe, en beaucoup plus grand nombre encore que dans les joints de culasse de cylindre en amiante et métal, des ruptures de fatigue par flexion, dans les zones de transition entre les deux flancs de la bordure en tôle métallique qui s'appliquent contre la plaque d'étanchéité et la partie de la bordure en tôle métallique qui forme un pont reliant les flancs l'un à l'autre, et qui limite l'ouverture de passage dans l'enceinte de combustion, ces zones de transition étant soumises à des efforts alternés d'autant plus considérables que les couches de matériau mou ont une plus grande élasticité. Ce risque de rupture par fatigue se manifestant déjà dans les joints de culasse de cylindre classiques en amiante et métal, on a réalisé, pour les passages dans l'enceinte de combustion, des bordures en deux parties, chacun des flancs de la bordure comportant alors une sorte de collier qui limite 2 2535610 l'ouverture de passage dans l'enceinte de combustion et se superpose au collier de l'autre flanc (DE OS n' 2 Z 36 622) L'inconvénient de ce système réside dans le fait qu'il faut beaucoup plus de matériel pour réaliser le joint de culasse de cylindre. Le but de l'invention est de répondre à une demande urgente en contribuant à la réalisation de joints de culasse de cylindre comportant des couches en matériau mou de très grande élasticité et ayant une longue durée de service. Ce but est atteint, suivant l'invention, par un joint de culasse de cy- lindre comportant au moins une couche de matériau mou, constitué par une couche de graphite de grande élasticité, et au moins une ouverture de passage dans l'enceinte de combustion, dans la zone marginale de laquelle la couche de graphite est recouverte par une bordure en tôle métallique, et dans lequel on réalise une bordure en tôle métallique qui ne comporte qu'un flanc, parallèle à la surface du joint d'étanchéité, qui se termine essentiellement au niveau de l'arête marginale de l'ouverture située sur la face opposée à celle du flanc. Les couches de graphite de grande élasticité, constituées par ce que l'on appelle du graphite expansé, sont connues et utilisées de préférence comme couches de matériau mou, en raison de leur stabilité lors de variations de tem- pérature, et aussi parce qu'elles permettent de réaliser un joint de culasse de cylindre ne contenant pas de fils d'amiante Une bordure en tôle métallique pour passage d'enceinte de combustion, réalisée suivant l'invention, présente l'avantage de ne comporter qu'un seul flanc porteur, et de protéger cependant la couche de matériau mou au niveau de sa surface découpée pour former l'ou- verture de passage dans l'enceinte de combustion, et de l'entourer -en délimi- tant nettement l'enceinte de combustion D'autre part, elle ne comporte pas de zone de transition exposée aux ruptures, que l'on trouve,dans les bordures en tôle métallique connues ayant une section en forme de U entre la partie for- mant pont reliant les deux flancs des bordures en tôle métallique connues et au moins l'un des flancs, et, enfin, elle permet de réaliser un joint de culasse de cylindre dans des conditions économiquement avantageuses, car les pièces en tôle métallique constituant la bordure, ou incorporées à celle-ci, sont réa- lisées par un simple estampage, le collier étant formé au moyen d'un outil d'étirage usuel, et le travail nécessaire au reploiement de l'une des extrémités du collier pour former un deuxième flanc se trouvant supprimé. 3 25265 o 8 Lorsque les joints de culasse de cylindre suivant l'invention com- portent comme support une tôle ordinaire, les couches de matériaux de grande élasticité peuvent être collées sur la tôle de support, mais il est également possible de réaliser par estampage, dans la tôle de support, des dents que l'on recourbe vers le haut et sur lesquelles on applique, par calandrage, les couches de matériau mou. Au lieu de graphite expansé, on peut évidemment utiliser également d'autres matériaux de grande élasticité, sans avoir à renoncer pour autant aux avantages de l'invention. Il est avantageux, pour réaliser l'ancrage de la bordure dans la couche de matériau mou de grande élasticité, que son collier, monté sur l'ouverture de passage dans l'enceinte de combustion, soit enfoncé, au niveau de son bord libre, de quelques dixièmes de millimètres dans la couche de matériau mou, ce qui donne une sorte d'effet d'agrafage Cette insertion dans la couche de matériau mou peut s'effectuer soit le long de tout le bord du collier, soit au niveau de prolongements réalisés, par exemple, sous la forme de languettes et s'appliquant sur le bord de la couche de matériau mou délimitant l'ouver- ture En variante, ou en complément, le flanc de la bordure en tôle métallique peut être fixé à la plaque d'étanchéité par collage, rivetage, soudage par points ou tout autre procédé analogue. D'autres caractéristiques, avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description faite ci-après de quelques exemples de réalisa- tion préférés de l'invention, en se référant aux dessins, sur lesquels: la Figure 1 est une vue en plan d'un joint de culasse suivant ltinven- tion représentant le côté recouvert par les flancs des bordures; les Figures 2 à 8 sont des coupes partielles, suivant la ligne 2-2 de la Figure 1, représentant sept modes de réalisation différents de la bordure en tôle métallique suivant l'invention. Le joint de culasse de cylindre 10 représenté sur la Figure 1 com- porte deux passages 12 pour l'entrée dans l'enceinte de combustion, constitués par des ouvertures sans références, ménagées dans la plaque d'étanchéité proprement dite Celle-ci est constituée par une tôle de support 20 et par deux couches 16, 18 en matériau mou de grande élasticité, qui sont reliées à la tôle de support, de manière à constituer avec elle une unité solide, par des dents d'ancrage Z 2, réalisées à partir de la-tôle de support par estampage et 4 25 USOS ployage Il serait cependant possible également de fixer les couches de maté- riau mou à la tôle de supportpar exemple par collage Les bords 28 des ouver- tures de la plaque d'étanchéité, qui délimitent les ouvertures des passages 12 pour l'entrée dans l'enceinte de combustion, sont entourés par des bordures 14 en tôle métallique, constituées par un flanc 24 et un collier 26 Le flanc 24 s'applique à plat contre la couche de matériau mou inférieure 18, tandis que le collier 26, qui recouvre le bord 28 de l'ouverture, s'enfonce légèrement dans le bord supérieur 30 de la couche de matériau mou supérieure 16, ce qui donne un effet d'agrafage, maintenant la bordure 14 en tôle métallique contre le joint de culasse du cylindre Lors du serrage des écrous de culasse, le flanc 24 s'enfonce dans la couche inférieure 18 du matériau mou, ce qui assure une meilleure étanchéité du matériau mou dans la zone des ouvertures 12 de passage dans l'enceinte de combustion. Les modes de réalisation illustrés par les Figures 3 à 8 ne feront l'objet d'une description, ci-dessous, que dans la mesure o ils diffèrent du mode de réalisation représenté sur la Figure 2. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 3, la bordure en tôle métallique 14 ', composée du flanc 24 ' et du dollier 26 ', comporte, au niveau du bord supérieur de celui-ci, plusieurs prolongements d'agrafage 32 ', ménagés à une certaine distance les uns des autres, qui, avec le flanc 24 ', maintiennent la bordure en tôle métallique 14 ' contre la plaque d'étanchéité. Dans le mode de réalisation représenté par la Figure 4, la bordure en tôle métallique 14 " comporte, au niveau du bord supérieur du collier 26 ", un repli 32 " ayant une section en forme de crochet, qui présente l'avantage de renforcer le bord supérieur du collier 26 " et pourrait, pour l'ancrage de la bordure en tôle métallique, être enfoncé dans la couche de matériau mou supé- rieur 16 Il est cependant possible également de maintenir la bordure en tôle métallique en fixant son flanc 24 " à la couche de matériau mou inférieure 18, par exemple par collage Des remarques analogues s'appliquent au cas de la Figure 5, dans lequel la bordure 14 "' en tôle métallique est partiellement for- mée de deux couches, du fait qu'elle est rabattue dans la zone 32 "' du collier 26 "'. La Figure 6 représente une bordure en tôle métallique 14, entière- ment formée de deux couches, qui présente l'avantage que la zone de transi- 4 4 tion entre le flanc 24 et le collier 26 est renforcée et plus solide. 25506 so Dans certairis cas, il est particulièrement avantageux d'utiliser une bordure en tôle métallique 145, comme celle que représente la Figure 7, qui a une section ayant à peu près la forme de deux éléments rectilignes perpendi- culaires l'un à l'autre, reliés par une zone de transition de petites dimensions. Dans ce mode de réalisation, le collier 26 ne comporte aucune voussure, et il est donc plus facile à réaliser qu'un collier de forme arrondie, ce qui évite 5 d'avoir à refouler la zone de transition entre le flanc 24 et le collier 26, ce qui serait nécessaire si l'on donnait à ce collier une forme arrondie, comme c'est le cas dans les modes de réalisation représentés auparavant De plus, dans ce mode de réalisation, l'intervalle perdu, gênant, dans l'ouverture de passage vers l'enceinte de combustion, est réduit au minimum. Dans le mode de réalisation représenté par la Figure 8, le collier 26 d'une bordure en tôle métallique 146 a une section ayant à peu près la forme d'un V ou d'un U, comportant des côtés non parallèles l'un à l'autre Une bor- dure en tôle métallique de ce type est particulièrement élastique et adaptable. Il y a lieu d'ajouter que, dans les joints de culasse de cylindre com- portant des couches de matériau mou usuelles constituées par des fibres d'amiante mélangées de liant, il est déjà connu d'utiliser des bordures en tôle métallique qui, pour les passages d'entrée dans l'enceinte de combustion, présentent la forme de section habituelle en U, mais qui, sur l'un des flancs des bordures en tôle métallique, comportent des prolongements en forme de languettes qui forment des bordures en tple métallique de passages d'entrée dans l'enceinte de combustion pour des trous voisins, destinés au passage de l'eau ou de l'huile sous pression Dans la zone des passages de l'eau ou de l'huile sous pression, ces bordures en tôle métallique connues ne comportent qu'un flanc et un collier entourant l'ouverture correspondante, mais il n'existe aucune comparaison entre ce type de bordures connu et les bordures en tôle métallique des passages d'entrée dans l'enceinte de combustion, ni en ce qui concerne le but visé, ni en ce qui concerne les efforts imposés, de sorte que le type de bordures connu ne pouvait pas suggérer l'idée de l'invention. 6 252650 REVENDICATIONS 1 Joint de culasse de cylindre de moteurs à combustion interne, comprenant au moins une couche constituée de graphite de grande élasticité et au moins une ouverture de passage dans l'enceinte à combustion, dans la zone marginale de laquelle la couche de graphite est recouverte par une bordure en tôle métallique, caractérisé en ce que la bordure en tôle métallique ( 14) ne comporte qu'un seul flanc, parallèle à la surface du joint d'étanchéité ( 10), et se termine essentiellement au moins au niveau de l'arête marginale de l'ouverture située sur la face opposée à celle sur laquelle s'applique le flanc ( 24). 2 Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de la bordure en tôle métallique ( 14) présente sensiblement la forme d'un L couché dont la branche couvrant le bord de l'ouverture a une convexité tournée vers le centre de l'ouverture. 3 Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de la bordure en tôle métallique ( 14) a la forme de deux éléments rectilignes perpendiculaires l'un à l'autre, raccordés par une zone de faible rayon de courbure. 4 Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à proximité de l'un des bords de l'ouverture, la bordure en tôle métal- lique ( 14 ') comporte des prolongements en forme de languettes ( 32 ') qui re- couvrent l'arête marginale de l'ouverture ménagée dans la couche de graphite. Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à proximité de l'une des arêtes marginales de l'ouverture, la tôle de la bordure ( 14 ") est repliée dans la direction du flanc, de manière que la sec- tion ait une forme en crochet vers l'intérieur ( 3 " 2). 6 Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à proximité de l'une des arêtes marginales de l'ouverture, la tôle de la bordure ( 14 "') est repliée sur elle-même ( 32 "'). 7 Joint de culasse de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bordure en tôle métallique ( 14) comporte plusieurs couches.