Brevet FR2672938A1 — publié le 19920821

I JOINT DE CULASSE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D'UN JOINT DE CULASSE PAR CHAMBRE DE COMBUSTION La présente invention a pour objet un joint de culasse pour moteur à combustion interne équipé d'un joint de culasse par chambre de combustion. Il est connu, notamment, pour l'équipement d'un moteur de poids lourds de forte cylindrée, de mettre en oeuvre des joints de culasse unitaires, un joint étant prévu pour chaque chambre de combustion, pour réaliser l'étanchéité de celle-ci vis-à-vis du bloc et de la culasse, ainsi que l'étanchéité des passages d'huile et d'eau à proximité de cette cham- bre Cela permet, à l'aide d'un même type de joint, d'équiper des moteurs dont la conception est bien évidemment la même, mais qui peuvent pos- séder un nombre différent de cylindres. Généralement, un joint de culasse de ce type, comporte une partie principale métallique présentant différentes ouvertures respective- ment pour la chambre de combustion, les passages d'huile et d'eau, et pour les vis de fixation, l'étanchéité vis-à-vis de la chambre de combustion étant réalisée par des anneaux de feu constitués par des culots métalliques sertis sur le bord de l'ouverture La partie métallique est revêtue d'un vernis de surface, et l'étanchéité vis-à-vis des fluides de refroidissement et de lubrification du moteur est réalisée par l'intermédiaire de joints souples en élastomère. Il résulte de la structure des joints traditionnels, dont la partie métallique possède la même épaisseur sur toute sa surface, qu'il convient de réaliser un serrage généralement par six vis, et que ce serrage, suffi- samment important pour réaliser une étanchéité vis-à-vis des gaz de la chambre de combustion, est trop important au niveau des passages de fluide de lubrification et de refroidissement, de telle sorte qu'il se produit un serrage très important et non nécessaire des joints en élasto- mère prévus autour des orifices concernés En outre, la partie métallique du joint comprise entre le bloc et la culasse, est soumise à un phénomène dit de 11 fretting-corrosion'", qui se traduit par une détérioration du joint et des plans de joint, culasse et bloc, au fur et à mesure de l'utilisation du moteur. Le but de l'invention est de fournir un joint de culasse qui, remédiant à ces inconvénients, possède une excellente fiabilité, sans risque de détérioration dans le temps, assure une excellente étanchéité, tant visà-vis des gaz de la chambre de combustion, que vis-à-vis des fluides de refroidissement et de lubrification, et est serré avec un nombre limité de vis, sans modification des spécifications d'assemblage. A cet effet, le joint de culasse qu'elle concerne, comprenant une âme métallique, dans laquelle est ménagée une ouverture principale correspondant à la chambre de combustion, associée à des moyens d'étan- chéité vis-à-vis de celle-ci, ainsi que des ouvertures pour le passage des fluides de refroidissement et de lubrification entourées de cordons d'étanchéité souples en élastomère, et des ouvertures pour le passage des vis de serrage de la culasse est caractérisé en ce que l'âme présente, d'une part, à la périphérie de la chambre de combustion une zone d'épais- seur variable en fonction de la position vis-à-vis de la chambre de combus- tion et des zones de serrage, cette zone comportant un système de rainure- nervure circulaire dont la nervure présente une épaisseur variable en fonction de la position vis-à-vis de la chambre de combustion et des zones de serrage, et d'autre part, des zones comportant les autres orifices, d'épaisseur inférieure à l'épaisseur minimale de la zone entourant la chambre de combustion. Selon une forme d'exécution de ce joint de culasse, l'épaisseur de l'âme dans la zone entourant la chambre de combustion est comprise entre environ 1,20 et 1,25 mm, l'épaisseur de la nervure est comprise entre environ 0,15 et 0,30 mm, et l'épaisseur de l'âme dans la zone com- portant les ouvertures pour les passages de fluides de refroidissement et de lubrification est de l'ordre de 1 mm. La zone entourant la chambre de combustion et comportant le système rainure-nervure constitue elle-même l'anneau de feu Cet anneau de feu à épaisseur évolutive, pour assurer une répartition uniforme du serrage sur la chemise, assure une excellente étanchéité, tout en assurant une moindre déformation de la chemise Compte tenu des différen- ces d'épaisseur respectivement de la zone entourant la chambre de combus- tion et de la zone dans laquelle sont ménagées les ouvertures pour le passage des fluides de lubrification et de refroidissement, il est possible de diminuer le serrage total de la culasse sur le bloc, tout en bénéficiant d'une excellente étanchéité au niveau des passages de fluides, sans nécessi- ter, comme tel est le cas habituellement, d'exercer une pression excessive sur les éléments d'étanchéité aux fluides. En outre, compte tenu de l'épaisseur réduite de l'âme métallique dans la zone comportant les ouvertures pour le passage des fluides, il n'existe pas de serrage sur cette zone, de telle sorte que le phénomène de "fretting-corrosion" est supprimé. Enfin, compte tenu de l'optimisation des conditions de serrage et d'étanchéité procurées par la structure de ce joint, il est possible de diminuer le nombre des vis de serrage, et de ramener ce nombre de six à quatre par exemple. Selon une forme d'exécution de ce joint, possédant une forme générale rectangulaire, à proximité des deux extrémités duquel, considé- rées dans le sens de la longueur, sont ménagés les ouvertures de serrage et les ouvertures pour le passage des fluides de lubrification et de refroidis- sement, la zone de l'âme entourant la chambre de combustion possède une épaisseur maximale dans les parties situées près de l'axe longitudinal, une épaisseur minimale dans les parties situées à proximité d'un axe passant par deux trous de serrage et par le centre de la chambre de combustion, et une épaisseur intermédiaire dans les parties situées à proximité d'un axe transversal. En outre, l'épaisseur de la nervure est maximale dans les parties situées près de l'axe longitudinal et minimale dans les parties situées à proximité d'un axe passant par deux trous de serrage et par le centre de la chambre de combustion. Afin de permettre au cordon d'étanchéité souple de disposer d'une déformation rémanente à la compression, et de tenir compte de déformations éventuelles de la culasse, l'épaisseur des cordons souples d'étanchéité entourant les ouvertures de passage des fluides de refroidis- sement et de lubrification est variable sur la périphérie de ces ouvertures, cette épaisseur étant plus importante du côté de la chambre de combustion que du côté opposé. Avantageusement, la surépaisseur de chaque cordon d'étanchéité par rapport à l'âme du joint est de l'ordre de 0,67 mm du côté tourné vers la chambre de combustion et de l'ordre de 0,60 mm du côté opposé. Cette solution permet d'obtenir un taux de compression constant de l'élastomère constitutif des cordons. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce joint de culasse Figure 1 est une vue de dessus de ce joint Figure 2 est une vue très schématique en coupe du montage d'une partie de ce joint entre le bloc moteur d'un véhicule et la culasse de celui-ci; Figure 3 est une vue en coupe, partielle et à échelle agrandie, d'une partie de la zone de ce joint située à proximité de la chambre de combustion; Figure 4 est une vue à échelle agrandie du profil sur 90 degrés de la zone du joint de figure 3 et de sa nervure; Figure 5 est une vue en coupe transversale du joint selon la ligne V-V de figure 1 Figure 6 est une vue en coupe transversale du joint selon la ligne VI-VI de figure 1. Le joint représenté au dessin comprend une âme métallique 2 de forme générale rectangulaire, possédant une ouverture centrale 3 correspondant à la chambre de combustion A proximité de ses extrémi- tés considérées dans le sens de la longueur, le joint comporte un certain nombre d'ouvertures dont celles 4 sont destinées au passage de vis de centrage ou de serrage, dont celles 5 sont destinées au passage du liquide de refroidissement du moteur, et dont celles 6 sont destinées au passage du liquide de lubrification L'étanchéité au niveau des orifices 5 et 6 est réalisée, de façon connue en soi, en surmoulant sur le bord de ces orifices des cordons 7 de consistance souple en matériau élastomère. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, l'âme du joint présente, à la périphérie de la chambre de combustion, une zone 8 dans laquelle est ménagé un système rainure 9-nervure 10 L'épaisseur E de l'âme dans la zone 8 varie en fonction de la position vis-à-vis de la cham- bre de combustion et des zones de serrage La figure 3 montre le profil de variation de cette épaisseur, celle-ci étant maximale à proximité de l'axe longitudinal du joint, représenté à la droite de la figure 3, cette épaisseur étant de 1,25 mm, et minimale, dans la zone diagonale, de l'ordre de 1,20 mm, et possédant une valeur intermédiaire de l'ordre de 1,23 mm à proximité de l'axe transversal du joint. La figure 3 représente également la variation d'épaisseur e de la nervure 10, cette épaisseur étant maximale à proximité de l'axe longitudinal, de l'ordre de 0,30 mm, comme montré à droite de la figure 3, et minimale dans les zones proches d'un axe, comme montré à la partie gauche de la figure 3. Comme montré notamment à la figure 2, la zone de l'âme métal- lique du joint dans laquelle sont ménagées les ouvertures 4, 5 et 6, possède une épaisseur réduite par rapport à celle de la zone 8 Cette zone, dési- gnée par la référence 12 à la figure 2, possède une épaisseur de l'ordre de 1 mm Il en résulte, comme montré à la figure 2 dans laquelle le bloc moteur porte la référence 13, la chemise porte la référence 14, la chambre de combustion porte la référence 15 et la culasse porte la référence 16, que la partie 12 de l'âme est montée libre entre le bloc 13 et la culasse 16, de telle sorte qu'elle n'est pas soumise à l'action destructrice connue de "fretting-corrosion". Il ressort également de la figure 2 que les cordons en élastomère 7 sont d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de la zone 12 de l'âme du joint. Pour obtenir un taux de compression constant de l'élastomère malgré les déformations de la culasse, chaque cordon d'étanchéité 7 possède une épaisseur variable sur sa périphérie, cette épaisseur étant supérieure dans la zone 7 a située du côté de la chambre de combustion que dans la zone 7 b tournée du côté opposé à la chambre. A titre d'exemple, l'épaisseur 7 a est de l'ordre de 0,67, tandis que l'épaisseur de la zone 7 b est de l'ordre de 0,60. Comme montré à la figure 6, ce joint comporte autour de chaque ouverture 4 destinée au serrage un système rainure-nervure, la nervure 17 étant tournée du côté du bloc, ce système possédant une capacité de déformation pour absorber un excédent de charge de serrage. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un joint de culasse de conception simple, dont les variations d'épaisseur peuvent être obtenues au cours d'opérations mécaniques telles qu'un usinage et/ou matriçage, procurant une excellente étanchéité tant au gaz de combus- tion qu'au fluide de refroidissement et de lubrification, sans fretting- corrosion, et possédant une excellente fiabilité. En outre, il est, par sa structure, d'une mise en oeuvre économi- que puisque le nombre de vis de serrage peut être réduit. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce joint décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embras- se au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que la localisation des variations d'épais- seur pourrait être différente dans la mesure o la forme du joint et l'emplacement des zones de serrage seraient également différents, ou encore que les rainure 9 et nervure 10 pourraient être tournées sur une face différente du joint. REVENDICATIONS I. Joint de culasse pour moteur à combustion interne équipé d'un joint de culasse par chambre de combustion, comprenant une âme métallique, dans laquelle est ménagée une ouverture principale correspon- dant à la chambre de combustion, associée à des moyens d'étanchéité visà-vis de celle-ci, ainsi que des ouvertures pour le passage des fluides de refroidissement et de lubrification entourées de cordons d'étanchéité souples en élastomère, et des ouvertures pour le passage des vis de serrage de la culasse, caractérisé en ce que l'âme ( 2) présente, d'une part, à la périphérie de la chambre de combustion une zone ( 8) d'épaisseur varia- ble en fonction de la position vis-à-vis de la chambre de combustion et des zones de serrage, cette zone comportant un système de rainure- nervure ( 9-10) circulaire dont la nervure ( 10) présente une épaisseur variable en fonction de la position vis-à-vis de la chambre de combustion et des zones de serrage, et d'autre part, des zones ( 12) comportant les autres orifices ( 4, 5, 6), d'épaisseur inférieure à l'épaisseur minimale de la zone entourant la chambre de combustion. 2. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (E) de l'âme dans la zone ( 8) entourant la chambre de combustion est comprise entre environ 1,20 et 1,25 mm. 3. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) de la nervure ( 10) est comprise entre environ 0,15 et 0,30 mm. 4. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme dans la zone ( 12) compor- tant les ouvertures ( 4, 5, 6) pour les passages de fluides de refroidissement et de lubrification, est de l'ordre de 1 mm. 5. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, possédant une forme générale rectangulaire, à proximité des deux extrémités duquel, considérées dans le sens de la longueur, sont ménagées les ouvertures de serrage et les ouvertures pour le passage des fluides de lubrification et de refroidissement, caractérisé en ce que la zone ( 8) de l'âme entourant la chambre de combustion possède une épaisseur maximale dans les parties situées près de l'axe longitudinal, une épaisseur minimale dans les parties situées à proximité d'un axe et une épaisseur intermédiaire dans les parties situées à proximité d'un axe transversal. 6. Joint de culasse selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la nervure ( 10) est maximale dans les parties situées près de l'axe longitudinal, intermédiaire dans les parties situées près de l'axe transversal du joint, et minimale dans les zones situées à proximi- té. 7 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur des cordons souples d'étanchéité ( 7) entourant les ouvertures ( 5, 6) de passage des fluides de refroidissement et de lubrification est variable sur la périphérie de ces ouvertures, cette épaisseur étant plus importante du côté de la chambre de combustion ( 15) que du côté opposé. 8. Joint de culasse selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surépaisseur de chaque cordon d'étanchéité ( 7) est de l'ordre de 0,67 mm du côté tourné vers la chambre de combustion et de ltordre de 0,60 mm du côté opposé. 9 Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque ouverture ( 4) de serrage est entourée par un système rainure-nervure ( 17) possédant une capacité de déformation pour absorber un excédent de charge de serrage.