Brevet FR2591302A1 — publié le 19870612

L'invention se rapport à un joint combiné d'admission et d'échappement pour moteurs a combustion interne, formé d'une plaque de joint qui comprend elle- même au moins une couche intercalaire métallique inter- posée entre deux couches métalliques extérieures, et dans laquelle sont ménagées au moins une ouverture de passage d'échappement et une ouverture de passage d'ad- mission voisine de la première, qui sont chacune limi- tées par un élément d'étanchéité. Dans les moteurs modernes, la formation du mélange doit se produire avec une précision telle que l'on doit imposer des spécifications très sévères pour la qualité de l'étanchéité à l'admission parce cu'il n'est plus possible de tolérer d'entrées d'air parasi- te qui ne pourraient satisfaire aux contrôles des gaz d'échappement habituels dans l'industrie automobile. Or, une fermeture réellement étanche à l'admission est sans probl3mes lorsqu'on utilise des joints plats sé- narés pour l'admission et pour l'échappement puisque, en effet, le joint d'admission n'est mas exnosé aux températures élevées de l'échappement, de sorte qu'on peut se servir pour le joint d'admission, par exemple d'une plaque de joint métallique sur laquelle des cor- dons d'étanchéité en matière élastomère ont été déno- sés, par exemple dans la technique de sérigraphie. Il en va différemment dans le cas des joints combinés d'admission et d'échappement que l'on exige de plus en plus. On connaît, pour cela, des joints du type précité équipés d'éléments d'étanchéité métalliques mais qui ne garantissent pas les qualités d'étanché- ité qui sont actuellement exigées. La même observa- tion vaut pour les joints combinés d'admission et d'échappement connus, faits d'une matière tendre et d'un métal et dans lesquels des couches de matière tendre fibreuse sont interposées entre des couches métalliques; toutefois, du fait de la perméabilité aux gaz de ces couches tendres fibreuses, il n'est pas possible de garantir une étanchéité absolue de la région d'admission. L'invention a pour but d'obtenir un joint combiné d'admission et d'échappement possédant de bonnes propriétés d'étanchéité durables à l'admis- sion en se servant d'un joint plat du type mentionné. Ce problème est résolu, selon l'invention, parole fait que l'élément d'étanchéité de l'ouverture de passage d'admission comprend une collerette d'étan- chéité en matière élastomère qui limite cette ouver- ture, ainsiqu 'un support métallique qui fait sail- lie radialement vers l'extérieur sur cette colleret- te d'étanchéité à laquelle il est fixé, ce support formant un anneau et présentant en section la forme d'une nervure, et ce support est engagé sur tout le tour entre les deux couches extérieures et dans la ré- gion comprise entre l'ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement et l'ouverture de passage d'ad- mission, la couche intercalaire présente un évidement dirigé vers cette dernière ouverture et, de cette fa- çon, se termine à une certaine distance du support dans cette région. Alors que, tout autour de l'ouvertu- re de passage d'admission, sauf dans la direction de l'ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement, le support de l'élément d'étanchéité caoutchouc-métal affecté à l'ouverture de passage d'admission se termi- ne s'il y a lieu partout directement contre la couche intercalaire métallique, l'évidement selon l'invention a donc pour effet que, dans la direction de l'ouvertu- re de passage de sortie des gaz d'échappement, un cous- sin d'air jouant le rôle d'une région thermoisolante protège l'élément d'étanchéité affecté à l'ouverture de passage d'admission des températures élevées des gaz d'échappement chauds, de sorte que, en dépit du fait que la région d'admission aussi bien que la région d'échappement sont fermées à joint étanche par un seul et même joint, on peut utiliser dans la région d'admis- sion un élément d'étanchéité en élastomère qui garantit une très bonne étanchéité durable des ouvertures de passage d'admission. Par ailleurs, le joint selon l'in- vention neut être fabriqué sans difficulé puisque l'é- videment peut être produit sans accroissement du coût lors du découpage de la couche intercalaire métallique. Pour la collerette d'étanchéité en élastomère, il est recommandé d'utiliser des élastomères relativement ré- sistants à la température, comme par exemple, les élas- tomères silicones, les élastomères fluorés et les élas- tomères de fluorosilicones, ou encore des élastomères en caoutchouc nitrile hydrogéné. Etant donné que, dans le joint selon l'invention, la collerette d'étanchéité en élastomère est fixée au support annulaire sur tout son pourtour et que, de son côté, ce sumport est tenu entre les couches métalliques extérieures du joint sur toute la longueur de sa périphérie, ce joint donne à la collerette en élastomère une bonne tenue dans toute son étendue, ce qui est d'une importance particulière dans le cas d'une forme ovale de la collerette d'étan- chéité (les ouvertures d'admission ont habituellement une forme ovale). Les joints plats à ouvertures de passage multiples dont les unes sont entourées d'éléments d'étanchéité métalliques et les autres éléments d'é- tanchéité en élastomère font déjà partie de l'état de la technique (voir, par exemple, Supplément Z4 MTZ Motortechnische Zeitschrift 46 (1985) 3, page VI, et demande de brevet DE-A-30 010 730); il s'agit ici exclusivement de joints de culasse dans lesquels un élément d'étanchéité caoutchouc-métal forme le joint étanche d'une ouverture de passage de fluide de re- froidissement. Ces joints de culasse connus sont des joints métalliques multistrates comprenant deux cou- ches métalliques extérieures qui emprisonnent entre elles une couche intercalaire métallique. Cette der- nière est quelque peu en retrait par rapport aux bords de découpe des couches extérieures de la périphérie de l'ouverture de passage du fluide de refroidissement, de sorte qu'une support métallique, présentant la for- me d'une nervure annulaire et cui tient l'élément d'étanchéité en élastomère, peut être intercalé entre les couches extérieures et tenu par ces dernières. Toutefois, il n'est pas prévu entre le support de l'élément caoutchoucmétal et la couche intercalaire métallique d'espace intermédiaire aui formerait un coussin d'air isolant de la chaleur. Dans un autre joint de culasse multicouchemétallique, la couche in- tercalaire métallique fait saillie radialement vers l'intérieur au-delà des couches intérieures dans la région de l'ouverture de passage du fluide de refroi- dissement et maintient la collerette d'étanchéité, vulcanisée sur ces couches extérieures, qui forme le joint étanche sur l'ouverture de passage du fluide de refroidissement tandis que la couche intercalaire métallique est quelque peu en retrait à la périphé- rie de l'ouverture de passage de la chambre de com- bustion, de sorte qu'une collerette d'étanchéité mé- tallique munie d'une nervure support qui y est for- mée en saillie radialement vers l'extérieur, peut être emprisonnée entre les couches extérieures de la plaque du joint mais, ici cette nervure support se termine directement contre la couche intercalaire mé- tallique. Dans ce joint de culasse connu, la couche intercalaire métallique présente certes un avidement mais cet évidement s'étend radialement vers l'exté- rieur de l'ouverture de passage de.la chambre de com- bustion vers le bord extérieur de la plaaue d'étan- chéité et, à savoir, à une grande distance de l'ouver- ture de passage du fluide de refroidissement parce que, dans ce joint de culasse, l'évidement forme seu- lement un conduit d'évacuation pour les gaz qui sor- tent de la chambre de combustion en franchissant 1'é- lément d'étanchéité de la chambre de combustion. On ne peut donc déduire de cet état de la technique au- cune indication sur la manière dont un élément d'é- tanchéité en matière élastomère meut être protégé des hautes températures des gaz d'échappement. Dans un joint de culasse monocouche, métal- lique à l'exception des collerettes d'étanchéité en élastomère, il est aussi bien connu (brevet US-A-4 114 906) de protéger ces collerettes en élastomère qui forment joint étanche sur les ouvertures de pas- sage du fluide de refroidissement vis-à-vis des tempé- ratures élevées provenant de l'ouverture de passage de la chambre de combustion, qui en est très proche, en ménageant une fente d'air qui joue le rôle d'une zône isolante de la chaleur. A cet effet, on découpe dans la plaque de joint métallique du joint de culasse, pour chaque ouverture de passage du fluide de refroi- dissement, deux ouvertures concentriques, en arcs de cercle, qui forment une intersection et qui possèdent des rayons différents, l'ouverture en arc de cercle de grand rayon se trouvant sur le côté de l'ouverture de passage de fluide de refroidissement qui regarde vers l'ouverture de passage de chambre de combustion voisi- ne et le bord en arc de cercle de l'ouverture en arc de cercle de petit rayon étant encastré dans la colle- rette d'étanchéité en élastomère dont le rayon exté- rieur est quelque peu plus petit que le rayon de la plus grande des ouvertures en arc de cercle, de sorte que la fente d'air précitée se forme dans la circon- férence extérieure de la bague d'étanchéité en élas- tomère et le bord en arc de cercle de la grande ou- verture. Dans ce joint de culasse connu, la colleret- te d'étchitéen saTren'estd= pasaspr la plaque du joint que sur moins des deux tiers de sa circonféren- ce, ce qui exige des dispositions spéciales pour fi- xer la position de la collerette d'étanchéité en élas- tomêre dans la direction axiale de l'ouverture de pas- sage de fluide de refroidissement qu'il s'agit d'étan- cher; pour cela, on doit usiner, dans une chemise de cylindre qui reçoit l'ouverture de passage du fluide de refroidissement, un fraisage concentrique à l'ou- verture de passage du fluide de refroidissement, ou on loge la collerette d'étanchéité en élastomère; ceci ne peut pas être transposé aux joints combinés d'admission et d'échappement et, actuellement ne se- rait plus accepté même dans le cas des joints de cu- lasse. Par ailleurs, il est déjà connu, dans le cas des joints de culasse fait d'une plaque de joint composée d'une matière tendre (demande de brevet DE- 1 576 720), de refroidir spécialement les éléments d'étanchéité constitués par des bagues métalliques serties qui sont utilisées pour les ouvertures de pas- sage des chambres de combustion. A cet effet, les ba- gues métalliques serties à section droite en C, sont tenues sur la plaque du joint par des languettes de la plaque de joint, qui font saillie radialement vers le centre de l'ouverture de passage de la chambre de combustion correspondante et qui s'engagent entre les ailes de la bague métallique sertie considérée, tan- dis qu'entre ces languettes, s'étendent à la périphé- rie extérieure de cette bague métallique sertie, des évidements ménagés dans la plaque de joint et qui pré- sentent la forme de fentes s'étendant radialement vers l'extérieur et, qui sont en liaison avec des ouvertu- res de circulation de l'eau de refroidissement prati- quées dans la culasse. O u t r e 1 e f a i t q u' i 1 n e s t p a s possible de refroidir un joint d'admission et d'échap- pement par l'eau de refroidissement, la transposition de cette construction connue à la région de la colle- rette d'étanchéité en élastomère d'un joint d'admis- sion-échappement qui étanche l'ouverture de passage d'admission ne conduit pas à un produit utilisable, puisque, déjà dans le joint de culasse selon le bref vet US-4 114 906, la collerette d'étanchéité en élas- tomère n'est tenue par la plaque du joint que d'une manière totalement insuffisante. Enfin, on connait, par la demande de bre- vet publiée avant examen DE-S-27 28 970, un joint d'admission multistrate possédant des couches exté- rieures en matière tendre et une couche intercalaire coulée en une résine synthétique thermorésistant qui est perforée à la périphérie de la région qui entoure l'ouverture de passage d'admission, afin de réduire, grâce aux inclusions d'air ainsi formées, la transmis- sion de chaleur à travers le joint d'admission perpen- diculairement à son plan, et ceci dans le but d'éviter un trop fort échauffement du carburateur. La transpo- sition de cette technique à un joint combiné d'admis- sion et d'échaDpement ne conduit pas au résultat que l'invention permet d'atteindre parce que, dans le cas d'une couche intercalaire métallique, il s'établirait dans le plan du joint, entre les perforations, de nom- breux ponts thermiques qui ne pourraient pas protéger la collerette d'étanchéité en élastomère des tempéra- tures élevées de la chambre de combustion. Selon une forme préférée de réalisation qui assure une protection optimale de l'élément d'é- tanchéité caoutchouc-métal de l'ouverture de passage d'admission, la longueur de l'évidement correspond au moins approximativement à la longueur de la région de la plaque de joint qui se trouve entre les deux ouver- tures de passage, de sorte qu'il ne peut pas se pro- du re de transmission de chaleur sur le court trajet allant du bord de l'ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement au bord de l'ouverture du massa- ge d'admission. En principe, on peut imaginer de prolonger l'évidement jusqu'au bord extérieur de la plaque de joint, pour obtenir, au moins d'un côté, un important découplage thermique entre les régions périphériques des deux ouvertures de passage mais, étant donné que, d'un autre côté, ceci affaiblirait gravement la soli- dité de la plaque de joint, il est recommandé de li- miter l'évidement à une certaine distance du bord ex- térieur de la plaque de joint. Pour éviter l'usure de la collerette d'é- tanchéité en élastomère, qui résulterait des déplace- ments relatifs du bloc moteur et de la pipe d'échap- pement ou de la pipe d'admission, et dans une forme particulièrement avantageuse de réalisation du joint selon l'invention, le support de la collerette d'étan- chéité en élastomère est intercalé avec jeu entre les couches extérieures de la plaque de joint, c'est-a-di- re que l'épaisseur du support est plus petite que la distance d'écartement des couches extérieures de la plaque du joint, qui est elle- même déterminée car l'épaisseur de la au des couche(s) intercalaire(s). De cette façon, on peut obtenir que l'élément d'étan- chéité de l'ouverture de passage d'admission et, avec lui, la collerette d'étanchéité en élastomère peuvent accompagner les déplacements précités. Pour garantir la mobilité de l'élément d'étanchéité affecté à l'ou- verture de passage d'admission, même lorsque la pipe est serrée, il est recommandé de donner à la plaque de joint une configuration telle qu'une région annulai- re de la plaque de joint qui entoure l'ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement présente une plus forte épaisseur que les autres régions de la plaque de joint. On parvient à ceci en faisant en sorte, par exemple, que la région entourant l'ouver- ture de Passage de sortie des gaz d'échappement com- prend une couche intercalaire supplémentaire ou une plaque plus épaisse, afin de pouvoir ainsi supporter une pression plus grande, et de soulager la région dans laquelle est logé le support de la collerette d'étanchéité en élastomère. On a déjà proposé, dans le domaine des joints de culasse, pour des ouvertures de passage de liquides, des collerettes d'étanchéité en élastomère montées mobiles (brevet US-A-4 535 999). Selon cet enseignement de la technique, les collerettes d'é- tanchéité en élastomère comprennent chacune un sup- port métallique, formant un anneau et présentant en section la forme d'une nervure, qui est noyé dans la collerette d'étanchéité en élastomère correspondante, à l'exception de languettes qui font saillie radiale- ment vers l'extérieur. Chacune de ces languettes est engagée entre les ailes d'un rivet creux métallique à section en C et qui est tenu dans la plaque de joint de manière à avoir du jeu dans la direction perpendiculaire au plan de la plaque du joint, afin de maintenir mobiles dans cette direction les colle- rettes d'étanchéité en élastomère. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion qui suit faite en regard du dessin annexé, qui représente une forme de réalisation particulièrement avantageuse du joint combiné d'admission et d'échappe- ment selon l'invention, la Fig. 1 est une vue de dessus d'un tel joint destiné à un moteur à quatre cylindres; et la Fig. 2 est une coupe de ce joint selon la li- gne 2-2 de la Fig. 1. La Fig. 1 illustre une plaque de joint 10 présentant quatre ouvertures de passage de sorties des gaz d'échappement 12 et quatre ouvertures de passage d'admission 14; ces ouvertures sont disposées de manière que, à côté de chaque ouverture de passage d'admission 14 se trouve au moins une ouverture de passage de sortie de gaz d'échapnement 12. La plaque de joint 10 présente en outre des ouvertures de pas- sage 16 pour des vis ou goujons. La construction de la plaque de joint 10 ressort plus clairement de la Fig. 2. Selon cette Figure, la plaque de joint est composée au total de quatre couches de plaques métalliques, à savoir, une couche extérieure supérieure et une couche extérieure inférieure, 20 et 22 respectivement, entre lesquelles se trouvent une couche intercalaire principale 24 et une deuxième couche intercalaire 26. Les différentes plaques sont faites de pièces découpées dans lesquel- les les différentes ouvertures de passage ont été es- tampées et, sur chaque côté de chaque ouverture de passage d'admission 14 sur lequel cette ouverture est contigUe à une ouverture de passage de sortie de gaz d'échappement 12, les couches intercalaires 24 et 26 présentent un évidement 28 dont le bord 28a forme, selon l'invention, un rectangle allongé Ä angles for- tement arrondis et muni d'un raccordement aui le relie à l'ouverture de passage d'admission 14 et qui est ou- vert sur son bord et décalé vers l'un des petits côtés. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig. 1, les évidements 28 (selon la Fig. 1) s'étendent, vers le haut et vers le bas, au-delà des ouvertures 12 de passage de sortie des gaz d'échappement et le bord 28a de l'évidement nasse beaucoup plus près de l'ouverture correspondante de passage de sortie des gaz d'échappement 12 que de l'ouverture de passage d'admission 14. Un élément d'étanchéité qui limite une ou- verture de passage de sortie des gaz d'échappement 12 est formé par le fait que la couche extérieure infé- rieure 22 est tout d'abord recourbée vers le haut, de sorte qu'elle traverse l'ouverture 12 de passage de sortie des gaz d'échappement, après quoi elle est ra- battue et pressée vers le bas sur la couche extérieure supérieure 20; on obtient de cette façon, l'élément d'étanchéité désigné par 30 sur le dessin et qui forme un sertissage de l'ouverture de passage 12. Pour assu- rer l'adaptation en épaisseur dans cette région, l'ou- verture découpée dans la deuxième couche intercalaire 26 pour l'ouverture de passage de sortie des gaz d'é- chappement 12 considérée est plus grande que l'ouver- ture découpée dans la couche intercalaire principale 24 (voir Fig. 2). Chacune des ouvertures de passage d'admis- sion 14 est bordée d'un élément d'étanchéité 32 caout- chouc-métal qui est composé d'une colleretted'étan- chéité 34 en élastomère et d'un support d'élément d'é- tanchéité 36 qui présente la forme d'une nervure annu- laire engagée avec jeu axial (dans la direction perpen- diculaire au plan de la plaque de joint 10) entre les couches extérieures 20, 22 (voir Fig. 2); ceci est ob- tenu par le fait que l'épaisseur du support 35 de l'é- lément d'étanchéité 36 est plus petite que la somme des épaisseurs des couches intercalaires 24 et 26. Ainsi que ceci ressort de la Fig. 1, les couches intercalaires 24 et 26 entourent le support 36 de l'élément d'étanchéité avec un jeu radial extrême- ment réduit sur toute leur étendue, sauf dans la ré- gion des évidements 28, o un coussin d'air situé en- tre les couches extérieures 20, 22 est voisin des sup- ports 36 des éléments d'étanchéité (voir Fig. 2), afin de protéger les collerettes d'étanchéité 34 en élasto- * mère des températures élevées des gaz d'échappement dans la région des ouvertures de passage de sortie des gaz d'échappement 12. REVENDICATIONS 1. Joint combiné d'admission et d'échappe- ment pour moteurs à combustion interne fait d'une pla- cue de joint qui comprend elle-môme au moins une cou- che intercalaire métallique interposée entre deux cou- ches métalliques extérieures, et dans laquelle sont ménagées au moins une ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement et une ouverture de passage d'admission voisine de la première qui sont chacune limitées par un élément d'étanchéité, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (32) de l'ouverture de passage d'admission (14) comprend une collerette d'é- tanchéité (34) en matière élastomère oui limite cette ouverture ainsi qu'un support métallique (36) qui fait saillie radialement vers l'extérieur sur cette colle- rette d'étanchéité à laquelle ilestfixé et qui forme un anneau présentant en section la forme d'une nervure, engagé sur tout le tour entre les deux couches exté- rieures (20, 22) et en ce que, dans la région compri- se entre l'ouverture de passage de sortie des gaz d'échappement et l'ouverture de passage d'admission (12 et 14 respectivement), la couche intercalaire (24, 26) présente un évidement (28) qui est dirigé vers cette dernière ouverture et se termine à une certaine distance du support (36) dans cette région. 2. Joint selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le bord (28a) de l'évidement se trouve à une plus grande distance du support (36) que de l'ouverture de passage (12) de sortie des gaz d'échappement. 3. Joint selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur de l'évidement (28) correspond au moins approximati- vement à la longueur de la région de la plaque de - joint qui se trouve entre les deux ouvertures de pas- sage (12, 14). 4. Joint selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'évidement (28) se termine à une certaine distance du bord extérieur de la plaque de joint (10). 5. Joint selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le support (36) est intercalé avec jeu entre les couches extérieures (20, 22) de la plaque de joint (10). 6. Joint selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'épaisseur du support (36) est plus petite que la distance entre les couches extérieures (20, 22) qui est déterminée par l'épaisseur de la ou des couche(s) intercalaire(s) (24, 26). 7. Joint selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'une région annulaire de la plaque de joint (10) qui entoure l'ouverture de passage (12) de sortie des gaz d'échappement présente une plus grande épaisseur que les autres régions de la plaque de joint.