Brevet FR2619187A1 — publié le 19890210

Joint d'étanchéité plat, en particulier joint de culasse pour moteurs à combustion interne et compresseurs La présente invention concerne un joint d'étanché- ité plat, en particulier un joint de culasse pour moteurs à combustion interne et compresseurs, qui comprend un sup- port, lequel présente au moins un orifice de passage dont le bord est entouré d'une bordure. Des joints de culasse pour moteurs à combustion interne ou compresseurs remplissent trois fonctions princi- pales, à savoir celles d'assurer l'étanchéité aux gaz, au fluide de refroidissement et au lubrifiant, ce qui tient à ce que la culasse et le bloc-cylindres sont construits séparément. Pour assurer une étanchéité sans faille il faut certaines pressions superficielles minimales. Les forces nécessaires à ces dernières sont appliquées par l'intermé- diaire de vis de culasse. Des joints de culasse connus sont constitués par un composite de matières souples-contenant des fibres sur une couche médiane métallique le plus souvent régulée des deux côtés. Après application au rouleau de la matière sou- ple sur la couche médiane les contours intérieurs et exté- rieurs sont découpés et au moins les passages pour les chambres de combustion sont munis de bordures métalliques à section en U. A la charge statique axiale due aux forces de vissage exercées se superposent en cours de fonctionnement du moteur des forces dynamiques. S'y ajoutent, en particu- lier pour des constructions utilisant des matériaux diffé- rents pour la culasse et le bloc-cylindres, des mouvements de coulissement dits quasi statiques dus à la dilatation thermique inégale des éléments constitutifs du moteur au cours des différents états de fonctionnement de ce dernier. Ceci impose des contraintes additionnelles aux bordures. Du fait de la construction légère des moteurs modernes les parties étanchéifiantes dites de fond, par exemple des régions situées à l'extérieur des lignes de force des vis de culasse, subissent de fortes contraintes dynamiques, ce qui peut conduire à la défaillance du joint. Dans ce cas des parties des revêtements en matière souple du joint peuvent 'etre poussées vers l'extérieur ou la couche médiane peut également se rompre. En outre, la déformation de la culasse et du bloc- cylindres provoque des distorsions dans les parois des cylindres ainsi que dans les paliers du vilebrequin et de l'arbre à cames. Les distorsions de montage sont causées principalement par la matière constitutive et la conception du joint de culasse. Pour réduire les dégâts causés au joint d'étanché- ité il est connu par exemple de réaliser d'une manière par- ticulière l'élément en t8le intérieur reliantles deux ai- les qui bordent le support ou de munir ces ailes d'un reve- tement qui diminue le frottement par adhérence. Grâce au brevet allemand 3101921 il est connu un joint de culasse plat dans lequel la bordure est munie d'un revêtement ré- duisant le frottement, alors que la surface restante du support est revêtue d'un moyen pour augmenter le frotte- ment. Il est en outre connu (demande de brevet allemand mis à l'inspection publique Ne 1264902) de revêtir le sup- port d'un élastomère fluoré pour réduire le frottement et de noyer ensuite dans cette couche des matières telles que du corindon, du verre, du quartz ou analogues qui augmen- tent le frottement sur une partie ou sur toute l'étendue de la surface restante. Dans ces joints de culasse plats connus les condi- tions de glissement et de frottement dans le plan du joint peuvent certes *tre modifiées mais un endommagement ou destruction du joint ne saurait etre évité dans tous les cas. Pour limiter les distorsions de cylindres et de paliers il est courant de modifier la géométrie des bordu- res (bords bridés) métalliques du joint de culasse qui sont utilisées pour des raisons d'étanchéité. A cette fin sont prévus par exemple des élargissements locaux qui peuvent s'étendre, en partie sous forme d'éléments rattachés, jusqu'au bord du joint et éventuellement enfermer ce bord sous la forme d'un crampon. En outre, des orifices de pas- sage du joint de culasse, comme par exemple des trous pour l'huile, le fluide de refroidissement et les vis, lesquels n'ont pas besoin d'être munis de bords bridés pour des raisons d'étanchéité, sont néanmoins couramment garnis de bordures métalliques. L'utilisation de crampons en tôle présentant une forme en U et enfermant le bord du joint est également courante. Ces dispositions peuvent modifier la répartition de la pression étanchéifiante sur le joint de culasse de telle manière que les distorsions subies par les éléments de construction se trouvent réduites. Cependant, une redistribution à cet égard idéale de la pression étan- chéifiante n'est alors obtenue que très rarement puisque l'emplacement desdits renforcements métalliques est tou- jours lié localement & des bords bridés nécessaires pour des raisons d'étanchéité, & des passages prévus dans le joint et/ou au bord du joint et que par conséquent ces ren- forcements ne sont en général pas placés à l'endroit idéal du joint o ils permettraient de réduire les distorsions à un minimum. La présente invention a pour but de réaliser un joint d'étanchéité plat du genre mentionné en premier de telle manière que les distorsions mécaniques à l'état monté du joint puissent etre réduites de manière simple et un endommagement du joint tre évité à coup sGr. Ce but est atteint selon l'invention, pour un joint d'étanchéité plat, en particulier un joint de culasse pour moteurs à combustion interne et compresseurs, qui comprend un support, lequel présente au moins un orifice de passage dont le bord est entouré d'une bordure, par le fait qu'en des endroits critiques de la surface étanchéifiante du corps de base, ou support, est prévu, dans la région située à l'extérieur de la bordure, au moins un élément additionnel séparé qui est relié de manière fixe au corps de base. Grâce au mode de réalisation selon l'invention les éléments additionnels peuvent être prévus en certains en- droits déterminés à l'avance, qui d'une part risquent d'etre endommagés et d'o, d'autre part, des distorsions de cylindres et de paliers peuvent être influencées, de telle sorte qu'en ces endroits s'exerce une pression accrue sans que pour autant les forces de cisaillement dynamiques pro- duites conduisent à un endommagement de la matière consti- tutive du joint. Grâce aux éléments additionnels les dis- torsions des cylindres et des paliers peuvent être contrô- lées de manière très précise de sorte qu'elles se trouvent considérablement réduites et que des endommagements du joint conditionnées par ces distorsions sont évités. En outre, les éléments additionnels ont pour avantage qu'en même temps des oscillations nuisibles de la culasse en direction des axes des cylindres se trouvent amorties par suite de la constante de rappel élastique différente de ces endroits. Avantageusement, la surface des éléments additi- onnels est revêtue d'un moyen pour réduire le frottement, afin d'éviter que les éléments additionnels ne soient endommagés par des mouvements de cisaillement dynamiques de la culasse. Selon une caractéristique de l'invention l'élément additionnel est en métal, de préférence en tCle, et peut etre fixé sur le corps de base par collage ou ancré sur ce dernier par des éléments & liaison de forme, ces éléments & liaison de forme pouvant avantageusement être des éléments d'ancrage saillants, de préférence des crampons, dents ou analogues, qui sont engagés dans le corps de base et peuvent être formés par une partie marginale repliée de l'élément additionnel. Selon une autre caractéristique de l'invention l'élément additionnel est muni d'un revetement diminuant le frottement, lequel revêtement est avantageusement une couche à glissement, de préférence une couche de polytétra- fluoroéthylène, de graphite ou de disulfure de molybdène et pouvant être prévu sur toute la surface de l'élément addi- tionnel. Selon une forme de réalisation de l'invention l'élément additionnel est constitué par une tole découpée et préalablement revêtue. Une caractéristique particulière de l'invention consiste en ce que l'élément additionnel fixé au corps de base est revêtu après coup par un procédé connu en soi comme par exemple un procédé d'impression en sérigraphie ou au pochoir. Selon une dernière caractéristique de l'invention plusieurs éléments additionnels sont prévus sur le corps de base. L'invention est expliquée plus en détail ci-des- sous à l'aide d'un exemple de réalisation représenté au dessin annexé sur lequel: la figure 1 montre une partie d'un joint de culas- se plat selon l'invention; la figure 2 représente une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 représente une coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. Les figures 1 à 3 montrent un joint de culasse plat pour un moteur à combustion interne ou un compresseur, lequel joint a pour mission d'assurer l'étanchéité de la culasse et d'un bloc du moteur à combustion interne aux gaz, au fluide de refroidissement et au lubrifiant. Le joint de culasse plat 1 se compose essentielle- ment d'un corps de base en une matière souple contenant des fibres, laquelle comporte un liant élastomère et des char- ges et est éventuellement renforcée par une couche médiane - en tôle régulée ou en tissu métallique. La matière souple est en outre de préférence imprégnée. Le corps de base 2 présente des orifices de passage3 à 5 pour les chambres de combustion, le fluide de refroidissement et des vis à tête. Les orifices de passage cylindriques 3 sont protégés par des bordures 6 en ttle présentant en coupe transversale une forme en U. Le corps de base 2 comprend, comme indiqué plus haut, une couche médiane métallique régulée qui est munie des deux cotés d'un revêtement en matière souple contenant des fibres. La construction du corps de base n'est pas représentée sur les figures. Après l'application au rouleau des revêtements en matière souple sur la couche médiane les contours intérieurs et extérieurs du corps de'base 2 sont découpés et au moins les orifices de passage pour les cham- bres de combustion sont munis de bordures 6 en U. Ces bor- dures (de préférence) métalliques peuvent au besoin égale- ment être prévues autour d'orifices de passage véhiculant de l'huile et/ou de l'eau. Afin d'améliorer la qualité d'étanchéification dans le domaine du micrométrique et pour la commodité de l'entretien les surfaces du corps de base 2 peuvent en outre éventuellement encore être revetues. Dans la région située & l'extérieur des lignes de force des vis de culasse se produisent souvent des con- traintes mécaniques importantes qui peuvent conduire à la défaillance du joint plat. En outre, la déformation de la culasse et du bloc moteur cause des distorsions dans les parois des cylindres ainsi que dans les paliers du vilebre- quin et de l'arbre à cames. Afin d'éviter un endommagement du joint plat et de réduire des distorsions mécaniques à l'état monté sont en outre prévus, dans la région située à l'extérieur des bordures 6, des éléments additionnels spéciaux 7, 8 séparés de ces dernières. Ils sont fixés en des endroits du joint de culasse, c'est-à-dire du corps de base, qui ont été déterminés au préalable lors d'essais, lesquels ont été effectués en vue d'éviter des dégâts au joint de culasse et de réduire les distorsions d'éléments de construction à un minimum. Les éléments additionnels 7, 8 sont de préférence en tôle. Ils sont retenus ou ancrés, au moyen d'une couche d'adhésif 9 (figure 3) ou d'éléments à liaison de forme 10 (figure 2), de manière fixe respecti- vement sur ou dans sur la surface étanchéifiante 11 du corps de base 2 éloignée de la culasse. Comme le montre la figure 2, les éléments à liai- son de forme 10 sont des dents présentant en coupe trans- versale une forme sensiblement en U et des éléments margi- naux ou profilés du genre crampon. Au moyen des éléments à liaison de forme 10 l'élément additionnel 7 est pressé du côté de la surface 11 dans le corps de base 2 de façon à obtenir une retenue sûre. Les éléments à liaison de forme sont avantageusement formés de dents marginales qui sont repliées vers l'intérieur et vers le bas. Afin de réduire le frottement au niveau des élé- ments additionnels 7, 8 ceux-ci sont de préférence sur toute leur surface revêtus, du coté supérieur 12 éloigné du corps de base 2, d'une couche à glissement 13 (figure 3). Cette dernière est constituée de préférence par du polyté- trafluoroéthylène, du graphite, du disulfure de molybdène ou analogues. L'élément additionnel revêtu 7, 8 est de préféren- ce fabriqué à partir d'une tôle découpée et revêtue au pré- alable. Le revêtement 13 peut cependant également être ap- pliqué après montage de la tôle additionnelle sur le corps de base 2 par un procédé connu en soi comme par exemple par impression en sérigraphie ou au pochoir. Grâce au revêtement à glissement 13 les efforts subis par les couches de matière souple du joint sont effi- cacement réduits. En outre, les éléments additionnels 7, 8 exercent une action de soutien sur la culasse. Les éléments additionnels 7, 8 peuvent etre montés en les endroits o se produisent les mouvements dynamiques les plus importants et ils permettent d'influencer, positivement de la manière voulue, les distorsions d'éléments de construction soumis à des contraintes. Pour la fabrication des éléments addition- nels 7, 8 peuvent etre économiquement utilisées des tôles déjà préalablement revêtues d'un côté. Les éléments additionnels 7, 8 peuvent être prévus sur l'une ou chacune des deux couches de matière souple du corps de base 2, suivant les effets désirés qu'il s'agit d'obtenir avec les éléments additionnels à l'état monté. REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité plat, en particulier joint de culasse pour moteurs à combustion interne et compres- seurs, qui comprend un support, lequel présente au moins un orifice de passage dont le bord est entouré d'une bordure, caractérisé en ce qu'en des endroits critiques de la surfa- ce étanchéifiante (11) du corps de base (2) est prévu, dans la région située à l'extérieur de la bordure (6), au moins un élément additionnel séparé (7, 8) qui est relié de manière fixe au corps de base (2). 2 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément additionnel (7, 8) est en métal, de préférence en tôle. 3 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce' que l'élément additionnel (8) est fixé au corps de base (2) par collage. 4 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément additionnel (7) est ancré dans le corps de base (2) au moyen d'éléments à liaison de forme (10). - Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments à liaison de forme (10) sont des éléments d'ancrage saillants, de préférence des crampons, dents ou analogues qui s'engagent dans le corps de base (2). 6 - Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments à liaison de forme (10) sont constitués par une partie marginale repliée de l'élé- ment additionnel (7). 1 1 7 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément additionnel (8) est muni d'un revêtement (13) réduisant le frottement. 8 Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement (13) est une couche à glissement, de préférence une couche de polytétrafluoro- éthylène, de graphite ou de disulfure de molybdène. 9 - Joint d'étanchéité selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le revêtement (13) est prévu sur toute la surface. - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément additionnel (8) est formé d'une tale découpée et préalable- ment revêtue. 11 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément addi- tionnel (8) fixé au corps de base (2) est revêtu ultérieu- rement par un procédé connu en soi comme par exemple un procédé d'impression en sérigraphie ou au pochoir. 12 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs éléments additionnels (7, 8) sont montés sur le corps de base (2).