Brevet FR2619185A1 — publié le 19890210

La présente invention se rapporte à la durabilité des joints pour moteur tels qu'utilisés dans des applications de culasse. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à l'amélioration de la conductivité thermique des matériaux des joints, en accentuant particulièrement le transfert de chaleur des points chauds pour des améliorations de la longévité des joints. La demande de Joints de moteur qui ne sont pas en amiante a imposé un effort majeur pour développer des matériaux de garnissage qui sont à la fois durables à la température et peu chers à fabriquer. Typiquement, les composites sans amiante contiennent divers agents liants et constituants de charge afin d'améliorer les propriétés de résistance physique du matériau de garnissage. Divers agents d'imprégnation ont été employés dans certains des composites pour réduire la perméabilité du matériau composite et pour améliorer les caractéristiques d'étanchéité en conditions de haute température. De tels agents ont cependant tendance à se volatiliser sur une certaine période de temps, provoquant une rupture de l'intégrité de la composition. Par ailleurs, étant donné que le joint peut subir une réduction sensible de densité du fait de la perte du liant, de la charge et d'autres agents liants, l'efficacité de l'étanchéité commence à se détériorer presque immédiatement lors de l'utilisation du matériau du joint. Plusieurs efforts ont ainsi été faits pour aider à la transmission de chaleur au loin des zones ouvertes à la combustion et vers des zones adjacentes au passage de l'eau de refroidissement. Une telle tentative pour augmenter la conductivité thermique latérale a consisté à appliquer un certain nombre de bandes en feuilles thermoconductrices aux surfaces extérieures du matériau de garnissage composite. Cela s'est révélé efficace pour prévenir les points chauds localisés. Cependant, certains matériaux en feuille appliqués aux surfaces extérieures des garnissages peuvent être incompatibles avec certains matériaux de revêtement qui sont utilisés en tant qu'agents anti-grippage et/ou anti-usure. De plus, l'utilisation de tels matériaux thermiquement conducteurs de recouvrement a posé des problèmes relativement à la dégradation de surfaces pendant l'installation, en particulier lorsque l'on utilise une feuille de graphite. La présente invention offre un joint pour moteur multicouche thermiquement conducteur, qui contient une âme en métal ayant deux garnissages sans amiante, l'un de chaque côté de l'âme, et un matériau thermiquement conducteur en contact direct avec l'âme sur au moins l'une de ses faces. Les garnissages sans amiante ont des durées de vie utiles sensiblement améliorées par suite de la couche thermiquement conductrice sous-jacente. Dans une forme préférée, la couche conductrice se compose d'un graphite dilaté et la couche conductrice et le garnissage sont tous deux mécaniquement rivetés à l'âme métallique. Le matériau de l'âme est un acier à faible teneur en carbone tandis que le matériau de garnissage se compose d'une composition contenant de l'argile, du caoutchouc et une fibre Aramid. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale fragmentaire d'un joint composite construit selon la présente invention; et - la figure 2 est une vue en coupe transversale fragmentaire d'un autre mode de réalisation préféré de la même invention. En se référant à la figure 1, un Joint 10 de culasse est d'une construction composite ayant une âme métallique interne 12 comprenant des faces opposées planes supérieure et inférieure 14 et 16 respectivement. Une couche en feuille thermiquement conductrice 18 est en contact direct avec la face supérieure plane 14, comme on peut le voir. Deux couches de garnissage du joint en une composition compressible 20 et 22 sont disposées sur les cotés opposés de l'âme métallique 12 à la manière montrée. Un certain nombre de languettes 24 sont crées par des perforations formées dans l'âme 12 pendant sa fabrication pour un rivetage mécanique de la couche thermiquement conductrice 18, ainsi que des couches de garnissage 20 et 22 aux faces planes 14 et 16 de l'âme 12. Dans une forme préférée, les couches sont rivetées ensemble en étant roulées à travers un groupe d'aplatisseurs à rouleaux, comme ceux qui sont compétents en la matière le noteront. Ce rivetage s'est révélé être plus efficace tout en étant meilleur marché que l'utilisation d'adhésifs collants pour une fixation des diverses couches ensemble. Comme on l'a noté, les sections transversales des joints représentées aux figures 1 et 2 ne représentent que des vues partielles et comprennent un organe formant bride 26, 26' ouvrant à la combustion qui est formé d'acier dans le mode de réalisation préféré. On notera que l'organe d'acier 26, 26' est placé pour recevoir une grande quantité de chaleur par le fait qu'il est conçu pour venir en aboutement contre une région de chambre de combustion. Comme cette dernière représente un point chaud, on peut voir que la couche thermiquement conductrice 18 fonctionne pour conduire la chaleur au loin de la bride 26, 26' ouvrant à la combustion, vers une zone plus froide comme cela serait représenté par un passage de refroidissement à travers le joint (non représenté). En se référant uniquement à la figure 1, dans une forme préférée de la présente invention, la couche thermiquement conductrice se compose d'un matériau de graphite dilaté. Dans le même mode de réalisation, l'âme métallique 12 se compose soit d'un acier inoxydable ou à faible teneur en carbone, de préférence plaqué d'étain. L'âme du mode de réalisation préféré a une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,3 mm, tandis que la couche thermiquement conductrice 18 a une épaisseur comprise entre 0,18 et 0,25 mm. Dans le même mode de réalisation préféré, les garnissages, qui sont d'une composition comprenant l'argile, le caoutchouc et des fibres Aramide (de la classe des fibres de polyamide), sont utilisés par paires, chaque garnissage ayant une épaisseur préférée de 0,51 à 0,63 mm. Bien que du graphite dilatable ait une conductivité thermique qui, sous diverses formes, est au moins trois fois supérieure à celle de l'acier à faible teneur en carbone, d'autres matériaux peuvent être utilisés, en tant que couches thermiquement conductrices 18, comme, par exemple, de l'aluminium ou du cuivre. Aux plages indiquées d'épaisseur, dans un moteur à combustion d'automobile, l'utilisation d'une couche 18 d'une feuille de graphite s'est révélée être extrêmement efficace dans l'élimination des points chauds associés aux zones ouvertes à la combustion du Joint 10. Evidemment, ces plages d'épaisseur varieront avec l'application. Le mécanisme de transfert de chaleur s'est révélé efficace, même si la couche thermiquement conductrice se trouve en dessous du garnissage. Ainsi, le Joint pour moteur thermiquement conducteur multicouche 10 de la présente invention offre un moyen par lequel des revêtements de silicium et/ou de Téflon peuvent être employés malgré l'inclusion d'une couche de graphite dans le corps du joint. Dans cette dernière application, le graphite ne sera jamais en contact avec les revêtements de surface du joint. En se référant maintenant à la figure 2, elle montre un autre mode de réalisation de l'invention o l'on emploie deux couches thermiquement conductrices 18', l'une collée à la face plane supérieure 14' de l'âme 12', l'autre collée à la face plane inférieure 16' de l'âme 12'. A tous les autres points de vue, le joint composite ' de la figure 2 est identique à celui de la figure 1. Ceux qui sont compétents en la matière noteront que la mise en place des couches thermiquement conductrices telles que révélées ici améliore la conformabilité du joint aux surfaces rugueuses sans compromis ou dégradation de l'intégrité aux couches conductrices 18, 18'. De même, les tolérances d'enfoncement se rapportant à la bride 26, 26' deviennent moins critiques car les couches conductrices sont maintenant noyées dans les couches de garnissage 20. REVENDICATIONS 1. Joint composite caractérisé en ce qu'il comprend une âme métallique de structure (12) ayant des faces planes opposées, une première couche (18) d'un matériau disposée directement contre l'une desdites faces, ladite première couche ayant une conductivité thermique plus importante que celle de ladite âme métallique et une seconde couche (20, 22) d'un matériau de garnissage de Joint compressible, disposée directement contre ladite première couche, lesdites première et seconde couches étant mécaniquement rivetées à ladite âme. 2. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (18) se compose d'un matériau de graphite dilaté. 3. Joint composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'âme métallique (12) est perforée et définit un certain nombre de languettes sur les deux faces planes. 4. Joint composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche (20, 22) se compose d'un matériau composite sans amiante. 5. Joint composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde couche (20, 22) se compose d'un matériau composite d'argile, caoutchouc et fibre Aramide. 6. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (18) se compose d'une feuille d'aluminium. 7. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (18) se compose d'une feuille de cuivre. 8. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme métallique comprend un acier à faible teneur en carbone ayant une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,3 mm. 9. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche a une épaisseur comprise entre 0,18 et 0,25 mm. 10. Joint composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de secondes couches, une de chaque c8té de ladite âme, o chaque seconde couche (20, 22) a une épaisseur comprise entre 0,51 et 0,63 mm.