Brevet FR2627231A1 — publié le 19890818

"Joint plat notamment joint de culasse pour moteur à combustion interne et procédé pour sa fabrication" L'invention concerne un joint plat, par exemple un joint de culasse pour un moteur à combus- tion interne, ainsi qu'un procédé pour se fabrication, avec au moins une ouverture munie d'une bordure métal- lique présentant une section en forme de U et s'ap- puyant sur le rebord de l'ouverture, et traitée avec une solution d'un agent d'imprégnation. De tels joints sont fréquemment fabriqués à partir d'un matériau mou déposé sur un support en tôle. Le 'matériau du joint doit se déformer sous la pression d'étanchéité jusqu'à un point tel qu'on obtienne, lors du montage l'adaptation nécessaire pour l'étanchéisation sur les surfaces d'étanchéité. Lors de l'utilisation comme joint de culasse, la bordure métallique joue le rôle de protection du matériau mou contre les gaz de combustion très chauds. De plus, elle doit assurer aussi l'étanchéité visà-vis des gaz se trouvant sous haute pression. Les bordures recour- bées en forme de U sur le rebord de l'ouverture ser- vent dans ce cas à produire une pression superficiel- le, localement élevée, pour l'étanchéisation de la pression élevée de la chambre de combustion On sait que des pressions sensiblement plus élevées dans la que des pressions sensiblement plus élevées dans la zone de la chambre de combustion sont nécessaires com- me dans le cas de l'étanchéisation pour l'huile ou un agent de refroidissement. Pour la vérification d'une micro et d'une macro-étanchéité suffisante pendant les premières rotations au démarrage d'un moteur à combustion inter- ne neuf, les surfaces de la bordure faisant face au bloc-moteur et à la culasse sont recouvertes de cou- ches d'élastomère qui doivent être apportées dans des processus de travail séparés onéreux. Ils sont consti- tués le plus souvent dans leur structure de base d'un élastomère à base de silicone se réticulant par action de la chaleur. Une structure similaire comporte un agent d'imprégnation par lequel le joint plat est traité après découpage et bordage, et sert comme liant. Un recouvrement simultané de la bordure et une imprégnation du matériau mou ont échoué jusqu'à pré- sent en ce que pendant le processus d'égouttage dans le raccordement sur l'imprégnation, une formation de gouttes résiduelles incontrôlée et des accumulations sur les surfaces métalliques lisses de la bordure sont inévitables. Dans ce cas des processus de nettoyage séparés de la bordure sont nécessaires pour obtenir une surface nette comme couche de base pour une épais- seur de couche homogène du revêtement d'élastomère contigu. Puisque le processus de nettoyage exige aussi bien une dissolution des accumulations dans un solvant qu'un pelage complet, cette étape de travail est liée à un coût relativement élevé. L'invention se propose d'apporter un joint plat de la technique connue initialement dont la fabrication soit d'un coût moins important pour des propriétés d'étanchéité également bonnes. Ce problème est résolu en ce qu'au moins une des branches de l'U de la bordure est munie sur sa surface extérieure au moins de manière localisée d'une structure dont la forme et la dénivellation sont d'une dimension telle que la solution d'agent d'imprégnation à l'état non chargé en raison de sa tension superfi- cielle est maintenue dans la structure avec un ménis- que dont la convexité est dirigée sur ie bas. Une idée fondamentale de l'invention réside dans le fait que la surface active de la bordure est structurée de façon à ce qu'une quantité résiduelle de l'agent d'imprégnation soit finement répartie et reste collante de façon homogène, de sorte qu'après réticu- lation soient assurées une micro et une macro- étanchéité, tandis qu'on élimine une accumulation in- contrôlée des quantités résiduelles. Puisque la ten- sion superficielle de la solution d'imprégnation est connue, ou peut être déterminé d'emblée, la dimension des anfractuosités peut être choisie totalement en fonction de l'agent utilisé. L'invention présente l'avantage qu'aussi bien l'étape intermédiaire habituelle, jusqu'ici pour le nettoyage des surfaces de bordures que le processus de recouvrement exigé en plus jusqu'à maintenant, dis- paraissent et que dans le même temps l'obtention des. anfractuosités peut être obtenue de façon relativement simple. En outre, on obtient l'avantage que le joint plat, selon l'invention, avec sa meilleure efficacité d'étanchéité peut être, également introduit sur des moteurs à combustion interne dans lesquels les surfa- ces opposées, et à rendre étanches, ne sont pas cons- tituées de métaux différents, mais par exemple sont constitués de fonte grise moulée. Le contour de surfa- ce de la bordure, en coopération avec les ménisques convexes de l'agent d'imprégnation finement réparti, empêche avec les surfaces du joint résiduelles, non recouvertes additionnellement, en raison du 'frottement important, un déplacement transversal des surfaces op- posées l'une à l'autre et assure malgré cela l'effet d'étanchéité fine exigé. Ce résultat n'est pas seule- ment obtenu après un laps de temps déterminé du moteur concerné mais déjà immédiatement après le montage, ce qui peut être mis en évidence à l'aide d'un gaz d'es- sai. L'empêchement d'un déplacement transversal peut être d'une certaine importance en particulier sur des moteurs de construction spéciale, par exemple sur un moteur en V avec un distributeur en forme de V mis en place, par ce que dans ce cas, il peur se produire au montage des contraintes transversales. Quoique les avantages de l'invention puis- sent être obtenus en particulier sur des joints plats avec un matériau d'étanchéité mou, il convient néan- moins fondamentalement aux joints plats à base métal- lique d'être constitués de couches de tôle d'acier différentes et d'une bordure de passage. Eu égard au procédé de fabrication, selon lequel une bande de tôle recourbée est mise en forme au moyen d'un outil de presse en un repli servant de bordure, le problème est résolu en ce que la structure par le formage correspondant de l'outil de presse est obtenue simultanément avec la formation du repli. Cette manière de procéder a l'avantage que lors de la production de la structure, aucune étape de travail supplémentaire n'est nécessaire. L'outil a, dans ce cas, la fonction d'un outil de frappe et celle d'un outil de presse. Pour réduire les contraintes de frappe et de pressage il est avantageux que la bordure soit réali- sée à partir d'une tôle d'acier recouverte de métal mou. Il s'avère particulièrement avantageux que le recouvrement soit réalisé en aluminium. On obtient une répartition homogène des gouttelettes adhésives en ce que la structure est constituée d'anfractuosités en forme de cratère se trouvant décalées les uns par rapport aux autres. On peut aussi obtenir un bon effet d'étanchéisation en ce que la structure soit constituée au moins d'une gorge s'étendant parallèlement à la bordure de l'ouverture, avantageusement en forme de coin ou de U. Par exemple lors de l'usinage par électro- érosion de l'outil, il se forme des bosses et des creux se situant irrégulièrement les uns par rapport aux autres, de façon analogue à une surface de papier de verre, de sorte que les couches d'étanchéité en élastomère réalisées à partir d'un grand nombre de mé- nisques tournés vers l'extérieur soient ancrés dans la structure. L'obtention d'un film d'étanchéité est faci- lité, en outre, du fait que la structure est consti- tuée de bossages et d'anfractuosités contigUes. Il se forme de cette façon une sorte de massif dans lequel l'ancrage de l'agent d'étanchéité est particulièrement bien assure. Fondamentalement il apparait non indispensa- ble que la totalité de la surface de la bordure soit, munie d'une structure. Bien plus, il peut aussi être avantageux pour réduire la tendance au glissement que la structure occupe au moins une largeur de bande pré- déterminée sur la surface concernée d'une ou des deux branches du U. Pour obtenir plusieurs zones d'étan- chéité reliées les unes aux autres, il est recommandé de disposer plusieurs bandes de cette sorte espacées les unes des autres. Additionnellement ou en variante, il peut également s'avérer suffisant que la structure existe sur des sections prédéterminées le long de la bordure de l'ouverture. Grâce à cette disposition, les points critiques d'étanchéité sont pris individuellement en considération. D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que: - au moins une élévation est formée parallè- lement au rebord de l'ouverture, - la structure occupe au moins une bande de largeur prédéterminée à la surface d'une branche de U, - plusieurs bandes de cette sorte sont pla- cées de façon espacée les unes à côté des autres, - la structure existe sur des sections pré- déterminées le long du rebord de l'ouverture, - la structure est présente sur les deux branches de U, - par une conformation correspondante de l'outil de presse, on obtient la structure au cours d'un processus de travail avec la conformation de la bordure. Dans ce qui suit, l'invention va être décri- te plus en détail à l'aide des exemples de réalisation représentées sur les figures. - la figure 1 montre une vue schématique d'un joint plat, - la figure 2 montre une vue transversale à travers une bordure d'une ouverture de traversée du joint plat, - les figures 3 et 4 montrent schématiquement une sec- tion de surface de la bordure, selon la figure 2, - les figures 5 et 6 montrent chaque fois schématique- ment une vue de la bordure, selon la figure 2. La figure 1 montre un joint de culasse com- portant quatre ouvertures de traversée 1 comme exemple d'un joint plat qui porte en toutes circonstances la référence 2. Le joint plat se compose d'un stratifié conventionnel en matériau mou 3 sur un support en tôle d'acier se trouvant à l'intérieur. Le matériau mou 3 est de manière connue muni à l'aide d'une solution d'imprégnation d'un élastomère à base de silicone ré- ticulable à chaud. Les ouvertures circulaires 1 sont munies de bordures. métalliques 4 pour l'étanchéisation des tra- versées des chambres de combustion, qui sont placées sur les bords de l'ouverture. Les bordures 4 présen- tent une section en forme de U comportant deux bran- ches 5, entre lesquelles le matériau mou 3 est compri- mé le long de l'ouverture de traversée. Sur la figure 1, une des branches 5 se situant dans le plan de la figure est visible, tandis que l'autre branche est recouverte. La figure 2 rend visible une coupe partielle le long de la ligne II-II à travers le joint plat 2. La culasse ou les branches du côté du bloc-moteur, respectivement 5 et 6, sont structurées sur leur sur- face extérieure comme on le décrit par la suite, en particulier à l'aide des figures 1 à 6. Un support de tôle pour le matériau mou 3 est désigné par 23. La structure peut être constituée d'anfrac- tuosités cunéiformes 10 et de bossages 11, comme cela est représenté à la figure 3 pour un seul exemple. La cavité 10 en forme de cratère et le bossage 11 peuvent être façonnés avec un rebord à peu près circulaire ou en forme de tranchée allongée. En outre, il est essen- tiel qu'une zone prédéterminée soit recouverte sur la surface de la branche de U concernée 5, 6 perpendicu- lairement à la bordure de l'ouverture de traversée 1, que ce soit par des anfractuosités 10 en forme de cra- tère décalées les unes par rapport aux autres et/ou des bossages 11 en forme de gradins. Les bossages 11 peuvent être constitués en ce que le matériau de la bordure 4 s'étale sur les arêtes. La forme de la cavité 10 et du bossage 11 est facilitée en ce que la bordure 4 est constituée d'une tôle d'acier 12 munie d'un revêtement d'alumi- nium 13. l'imprégnation du matériau mou 3 déjà men- tionnée a lieu après que la structure ait été incrus- tée dans la surface extérieure des branches 5, 6, o le processus d'incrustation dans un processus de tra- vail comportant la compression de la bordure 4 peut être désigné aussi comme un bordage, peut avoir lieu dans le joint plat 2. En raison de la structure, une quantité résiduelle de la solution d'imprégnation 14 reste poisseuse sur les branches de U 5, 6 et forme après réticulation une couche d'étanchéité. Le diamè- tre et les différences de niveau de la structure 9 sont, en outre, d'une dimension telle que la solution d'agent d'imprégnation à l'état non chargé est mainte- nue avec une répartition homogène et forme un ménisque qui est incurvé sur le bord 16 de la cavité 10 ou du bossage 11. On utilise aussi la capillarité de la solution d'imprégnation 14. Sur la figure 4 on rend visible la formation d'un bossage 17 en forme de plateau pour la structura- tion de la surface extérieure des branches 5, 6. A l'intérieur du plateau 17 se trouvent plusieurs séries contig es de cavités 10' avec une section en forme de U. L'intervalle entre les cavités 10' est dans ce cas d'une valeur-telle, que la solution d'imprégnation 14 est liée à partir des cavités voisines 10' à un film d'étanchéité fermé, dès que chacun des ménisques cor- respondants 15 est aplati selon la ligne en trait mix- te 19. Une' pression correspondante est obtenue au cours du montage du joint plat sur son emplacement déterminé, quand il est introduit entre les surfaces à étanchéifier. Par le nivellement, il se forme après polymérisation de la solution d'imprégnation un bour- relet périphérique fermé. A la figure 5, on redonne un modèle de structure à l'aide d'une coupe.en forme'de secteur de la branche 5, qui se compose de deux bagues circulaires 20 disposées concentriquement avec un intervalle avec chacune un grand nombre de cavités en forme de cratère et de bossages décalés les unes par rapport aux autres, qui sont représentés chacun par un point. Par cette répartition dans les zones structurées et non structurées on obtient d'un côté la rugosité mini- male exigée pour empêcher les déplacements transver- saux en la position d'étanchéité, et de l'autre côté la micro et macro-étanchéité souhaitée. Dans un autre exemple de modèle, la figure 6 montre des zones en forme d'anneau 21 sur la branche 5 avec des tranchées courbes concentriques et des gra- dins 22. - R E V E N D I CATIONS 1 ) Joint plat et procédé pour sa mise en oeuvre, par exemple joint de culasse pour moteur à combustion interne comportant au moins une ouverture de passage qui est munie d'une bordure métallique pré- sentant une section en forme de U et s'appuyant sur l'ouverture de passage et qui est traité par une solu- tion d'un agent d'imprégnation, caractérisé en ce qu'au moins une des branches du u (5, 6) de la bordure (4) est muni au moins sur sa surface extérieure de manière localisée d'une structure dont la forme et la différence de niveau sont d'une dimension telle que la solution d'agent d'imprégnation (14) à l'état non chargé en raison de sa tension superficielle est main- tenue dans la structure avec un ménisque (15) dont la convexité est dirigée vers le bas. 2 ) Joint plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bordure (4) est constituée d'une tôle d'acier (12) recouverte d'un métal mou. 3 ) Joint plat selon la revendication 2, caractérisé en ce la couche de recouvrement est cons- tituée d'aluminium. 4 ) Joint plat selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la structure se compose d'anfractuosités (10) en forme de cratère et/ou de bossages (11) disposés de façon décalés les uns par rapport aux autres. ) Joint plat selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la structure se compose au moins d'une gorge s'étendant parallèlement au rebord de l'ouverture. 6 ) Joint plat selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il existe une conformation de gorge en forme de coin. 7 ) Joint plat selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il existe une conformation de gorge en forme de U. 8') Joint plat selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une élévation (11) est formée parallèlement au rebord de l'ouverture. 9 ) Joint plat selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la structure occupe au moins une bande de largeur prédéterminée à la surface d'une branche de U (5, 6). 10 ) Joint plat selon la revendication 9, caractérisé en ce que plusieurs bandes de cette sorte sont placées de façon espacées les unes à côté des au- tres. 11 ) Joint plat selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la structure existe sur des sections prédéterminées le long du rebord de l'ouverture. 12 ) Joint plat selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la structure est présente sur les deux branches de U. 13 ) Procédé pour la mise en oeuvre d'un joint plat selon la revendication 1, selon lequel une bande de tôle repliée en U au moyen d'un outil de presse est mise sous forme d'une collerette plate ser- vant de bordure, caractérisé en ce que par une confor- mation correspondante de l'outil de presse, on obtient la structure au cours d'un processus de travail avec la conformation de la bordure (4).