Brevet FR2681904A1 — publié le 19930402

L'invention concerne un bouchon de vidange composite à utiliser dans le carter d'huile d'un moteur d'automobile, ou dans les cas o l'on souhaite permettre une vidange et un remplacement périodiques d'un fluide, néces- sitant l'enlèvement d'un bouchon. L' ensemble d'obturation étanche selon 1 'invention comprend un corps de bouchon et un agencement de joint possédant un certain nombre de particularités nominales particulièrement adaptées à résoudre des problèmes toujours présents dans le domlaine de l'étanchéité des bouchons de vidange. Des millions de moteurs d'automobiles sont conçus pour fonctionner avec un minimum absolu d'entretien A l'heure actuelle, des intervalles entre vidange de 8000 à 12 000 kilomètres ou plus ne sont pas rares; dans le passé, une légère fuite au niveau des bouchons de vidange n'était pas critique, attendu que le remplacement de l'huile était à la fois plus commun et fréquent. Pour des raisons d'environnement ainsi que pour des raisons de couverture de garantie, une fiabilité prati- quement absolue est devenue une exigence dans l'industrie automobile Avec le coût croissant des moteurs d'automobiles, le remplacement d'un moteur sous garanti est non seulement très coûteux, mais est aussi une opération demandant beaucoup de travail La tendance à réduire l'encombrement des mécanis- mes modernes pour des économies d'espace et de poids a encore aggravé la tendance à rendre très inaccessibles les moteurs et leurs pièces. Il est de la plus grande importance qu'une pièce lubrifiée et enfermée de façon étanche ne se détériore pas par suite d'une fuite au niveau du bouchon de vidange. L'art antérieur n'a pas réussi à procurer un système entièrement satisfaisant et économique d'obturation étanche du carter d'huile La présente invention, par contre, propose un tel produit perfectionné, à bon marché. L'invention propose un bouchon de vidange composite ayant un élément à bouchon comportant une partie de tige filetée, une partie de corps qui comprend une butée de profondeur définie par des surfaces épaulées tournées radialement et axialement, une bride intégrale ayant des surfaces tournées radialement et axialement et une tête à plusieurs surfaces de flanc pour l'engagement d'un outil, le bouchon composite comprenant en outre un élément élastoméri- que solidarisé par liaison à une surface de la butée de profondeur et aux surfaces axiale et radiale de la bride, le joint élastomérique d'étanchéité présentant aussi une surface d'étanchéité de face frontale s'étendant au-delà du plan de la face frontale ou d'extrémité de la butée de profondeur dans la direction de la tige, afin de déterminer le degré de compression de l'élastomère lorsque le bouchon est totalement installé. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale, avec arrachement partiel, montrant le bouchon de vidange composite selon l'invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale, avec coupe partielle, montrant le bouchon de vidange de l'invention par rapport à un carter d'huile associé d'un moteur de véhicule, et montrant l'ensemble à bouchon dans une étape intermédiaire de mise en place; la figure 3 a est une vue partielle, partiellement schématique, montrant le bouchon de vidange composite par rapport au carter d'huile juste avant l'engagement entre l'élément d'étanchéité du bouchon et une face frontale du carter; la figure 3 b est une vue similaire à la figure 3 a, mais montrant le contact initial entre la face frontale d'étanchéité et une partie du carter d'huile; la figure 3 c est une vue similaire aux figures 3 a et 3 b, montrant le bouchon et le carter dans une disposition totalement assemblée et en place, la butée de profondeur engageant la paroi du carter; et la figure 4 est une vue en élévation latérale du bouchon de l'invention utilisé dans une forme modifiée de carter d'huile. Bien que l'ensemble à bouchon de vidange selon l'invention puisse être réalisé sous différentes formes, on en donnera une description détaillée dans laquelle le corps du bouchon est réalisé en métal, la pièce d'étanchéité est réalisée en un élastomère qui résiste aux hautes températures et l'application porte sur le carter d'huile d'un moteur d'automobile. En référence au dessin, un ensemble composite 10 à bouchon de guidage est représenté, comprenant deux éléments principaux, un corps 12 de bouchon et un élément élastoméri- que 14 d'étanchéité. Comme cela est davantage illustré sur les figures, le corps 12 du bouchon comprend une partie de tête 15 ayant une surface supérieure 16 et plusieurs surfaces extérieures 18 de flancs pour l'engagement d'un outil aboutissant à leurs extrémités inférieures, dans une bride 20 de positionnement d'un joint d'étanchéité, élargie radiale- ment Bien que le bouchon 10 soit représenté avec sa tête placée à la partie inférieure et son nez s'étendant vers le haut, pour des raisons classiques, la tête est appelée extrémité "de dessus" ou "supérieure" du bouchon Le terme "intérieur", dans le sens axial, signifie en direction du nez ou du bout du bouchon, c'est-à-dire vers l'intérieur de la zone fermée de façon étanche. La bride 20 présente une surface axialement extérieure, biseautée 22, une surface 24 de liaison d'un joint d'étanchéité s'étendant globalement axialement, et une surface frontale plate 26 s'étendant radialement (figure 3 c). Une autre partie du corps 12 comprend un ensemble 28 à butée de profondeur sous la forme d'un épaulement ayant une surface annulaire 30 s'étendant axialement et une surface frontale annulaire 32 de diamètre réduit par rapport à la surface frontale 26 de la bride 20 (figures 3 a à 3 c). Comme montré sur la figure 1, la surface axiale 30 de la butée 28 de profondeur et les surfaces frontales axiales 24, 26 de la butée 28 de profondeur servent de surfaces de liaison pour le joint élastomérique d'étanchéité décrit ci-après. Le corps du bouchon comprend aussi un nez ou bout 34 de diamètre réduit servant de parties cylindriques de guidage pour pénétrer dans l'ouverture ménagée dans l'élément d'application prévu, une surface conique ou biseautée 36 et une tige 38 (figure 2) présentant plusieurs filets extérieurs Dans la forme représentée, une surface circonférentielle 42 sans filet est représentée, s'étendant axialement sur une courte distance à partir du bord intérieur de la face frontale 32 de la butée de profondeur. En référence à présent à l'élément 14 en élas- tomère, il est à noter qu'il s'agit d'un élément moulé d'une seule pièce de réalisation annulaire, ayant une section transversale de forme globalement en L Le corps 44 en élastomère comprend une surface circonférentielle extérieure 48 de paroi de configuration globalement cylindrique, une surface intérieure 50 de liaison qui est fixée à la surface 24 de la bride 20 de positionnement du joint d'étanchéité, une surface frontale 52 du joint d'étanchéité, tournée axialement et s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la surface cylindrique 48 pour aboutir dans une surface conique ou biseautée 54 dont le bord intérieur se termine à l'épaulement formé par la jonction des surfaces 30, 32 définissant la butée de profondeur 28. La figure 2 montre une pièce complémentaire habituelle avec laquelle le bouchon composite 10 est associé lors de l'utilisation Ici, une partie de fond 56 d'un carter d'huile de moteur (non représenté en détail) est illustrée comme comprenant une zone s'étendant vers l'intérieur, d'une épaisseur accrue, ou bossage 57, présentant une surface intérieure taraudée 58 qui définit une ouverture désignée globalement en 60 pour recevoir la partie filetée 40 de fixation du corps 12 du bouchon Dans la forme représentée, le bossage 57 est réalisé d'une seule pièce avec la partie de fond 56 du carter d'huile, car le carter est réalisé en aluminium moulé ou en une matière analogue La figure 2 montre que la surface extérieure 61 du carter comprend une partie frontale finie ou fraisée 62 conçue pour s'ajuster étroitement et de façon étanche aux fluides avec la face frontale 52 de l'élément élastomérique d'étanchéité. Comme montré sur la figure 2, le commencement d'une pose normale consiste simplement à insérer l'extrémité 34 de guidage, de diamètre réduit, de la partie de fixation dans l'ouverture 60, réalisant un engagement mutuel entre les filets 58 de la surface taraudée de la paroi latérale et les filets 40 de la tige 38 du bouchon Ensuite, le fait de continuer à faire tourner le bouchon le fait avancer jusqu'à ce qu'il soit totalement en place Ceci est déterminé par l'engagement dur entre la face frontale 32 de la butée 28 de profondeur et un bord intérieur de la face frontale 62 sur la paroi 56 du carter Ceci produit une action d'étanchéité très fiable, comme décrit ci-après. Comme montré sur la figure 3 a, juste avant l'engagement initial, il existe une distance D-1 entre la face frontale 52 de l'élément d'étanchéité et la surface frontale 62 du carter d'huile La poursuite de la rotation sur une fraction de tour provoque un engagement initial face à face de ces parties, comme montré sur la figure 3 b; cepen- dant, il existe encore un espace axial D-2 entre la face frontale 62 du joint et la face frontale 32 de la butée de profondeur A partir de ce point, la poursuite de la rotation provoque une déformation limitée du corps 44 de l'élément d'étanchéité pour réaliser un joint étanche convenable. A cet égard, comme montré sur la figure 3 c, la paroi extérieure 48 du corps 44 du joint d'étanchéité s'éloigne légèrement par cisaillement de sa position relaxée ou venant de moulage sur la bride 20, tandis que la partie 47 du corps élastomérique 44 s'étendant entre la face frontale 26 de la bride et la face 52 de contact du corps du joint est soumise à une déformation par compression. Attendu que les élastomères sont essentiellement non compressibles lorsqu'ils sont confinés, cette action d'application d'une charge d'extrémité provoque un léger renflement de la zone 54 formant le bord intérieur du corps élastomérique 44 en même temps que le corps extérieur 44 se bombe et se cisaille Comme illustré sur la figure 3 b, une partie de cette déformation commence à apparaître avant la mise en place complète du bouchon, mais la poursuite de la rotation du bouchon aplatit essentiellement totalement le renflement 54 et déforme le corps extérieur comme décrit ci- dessus et comme montré sur la figure 3 c Une forte augmen- tation de la résistance à la rotation est engendrée par l'engagement initial et ensuite maintenu entre le corps élastomérique 44 et la face 62 de la paroi 56 du carter d'huile, en particulier à l'emplacement o l'élastomère est emprisonné entre ces faces et est donc soumis à une charge de compression La production et la résolution exactes de ces forces dépendent des dimensions des pièces mais, compte tenu des propriétés des matières en question, plus la surface 26 de la bride est large et plus la section 47 est mince, plus les forces de compression croissent rapidement proportionnel- lement à une valeur donnée du mouvement axial du bouchon. Naturellement, l'épaisseur globale du corps élastomérique et la dimension relative de l'espace ou de la distance D-2 par rapport à l'épaisseur de la section de corps confinée 47 affectent l'action globale d'étanchéité. La charge de compression croissante est arrêtée de façon maîtrisée et positive comme également illustré sur la figure 3 c, lorsque la face frontale 32 de la butée de profondeur bute contre le bord surfacé 62 du carter d'huile pour établir un contact métal sur métal Cet agencement de butée positive, lors de l'utilisation, engendre un accrois- sement supplémentaire et brusque du couple, ce qui déclenche le mécanisme d'encliquetage de la clé à impact ou autre outil mécanique habituellement utilisé pour réaliser l'assemblage et empêche tout mouvement supplémentaire du bouchon Le couple spécifié, le réglage de la clé et la conception du bouchon sont harmonisés de façon que les valeurs appropriées puissent être atteintes Lorsque ceci est réalisé, on obtient un joint étanche et fiable, ainsi qu'un joint qui peut être établi de façon répétée et fiable. En référence à présent à la figure 4, celle-ci montre une autre variante de l'invention Ici, le bouchon loa est de la même réalisation que sa contrepartie des figures 1 à 3 c Dans la forme de réalisation de la figure 4, l'applica- tion est légèrement différente par le fait que la paroi 61 du carter d'huile est réalisée dans une tôle de métal emboutie ou étirée, et la face frontale 62 a de la paroi du carter est formée par emboutissage, estampage ou rectification Les filets 58 a définissant l'ouverture 60 a sont formés dans un écrou prisonnier 63 qui est fixé à la paroi 61 a par un dépôt de soudure ou de brasure En ce qui concerne les autres points, l'application est la même. En référence à présent à des dimensions avanta- geuses, l'épaisseur D-2 identifiée ci-dessus doit être inférieure à la dimension axiale de la paroi 30 de la butée de profondeur Dans une forme préférée de réalisation, cette dimension D-2 est d'environ la moitié ou inférieure à la moitié de la profondeur de la paroi 30 Lorsque l'étendue radiale de la surface frontale 26 devient plus grande, la section élastomérique confinée 47 devient plus raide et, par conséquent, la face 26 doit être égale ou supérieure à la profondeur de la paroi 30. Habituellement, l'élément élastomérique 14 d'étanchéité est réalisé en un élastomère synthétique tel qu'un élastomère de nitrile ou analogue Un élastomère d'une composition différente peut être choisi pour une résistance à la température encore plus élevée et pour résister à une déformation permanente par compression sur une certaine période de temps, en particulier dans une atmosphère à température relativement élevée De telles compositions peuvent comprendre des élastomères fluorés contenant une charge ou non, des nitriles modifiés ou d'autres compositions convenables Etant donné que l'élément élastomère d'étan- chéité subit des forces de cisaillement relativement élevées lors de l'installation, comme cela apparaît, une caractéris- tique importante de l'élastomère est qu'il possède une raideur relativement grande en compression et une résistance importante au cisaillement On connaît dans la technique des élastomères convenant à un tel but, y compris ceux mentionnés de façon spécifique ci-dessus. Selon l'une des caractéristiques du bouchon de vidange composite, la surface axiale de décalage a une longueur égale à au moins un tiers de l'étendue radiale de la surface frontale sur la bride de positionnement du joint d'étanchéité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au bouchon de vidange décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Bouchon de vidange composite à utiliser avec un carter d'huile de véhicule ayant une paroi ( 56) de carter qui présente un moyen ( 60) destiné à recevoir un organe fileté de fixation assujetti avec une force élevée, la paroi du carter présentant une surface frontale annulaire ( 62) tournée vers l'extérieur destinée à être placée en contact étanche aux fluides avec le bouchon de vidange composite associé, le bouchon de vidange composite étant caractérisé en ce qu'il comporte un élément de bouchon métallique et un élément élastomérique ( 14) d'étanchéité, 1 'élément de bouchon comprenant un corps ( 12) ayant une partie de tête ( 15) définie en partie par des surfaces extérieures ( 18) de flanc pour l'engagement d'un outil, une bride ( 20) de position- nement de joint d'étanchéité, élargie radialement et présen- tant une surface cylindrique extérieure ( 24) et une surface frontale ( 26) d'engagement d'un joint d'étanchéité, un épaulement ( 28) de butée de profondeur ayant une surface frontale radiale ( 32) et une surface axiale ( 30) de décalage, et une tige filetée ( 38) de fixation, l'élément élastomérique d'étanchéité comprenant un corps ( 44) d'étanchéité lié de façon intégrée à la bride de positionnement et à la surface de l'épaulement de décalage sur la butée de profondeur, le corps d'étanchéité présentant aussi une face frontale ( 52) de corps d'étanchéité s'étendant radialement et dirigée axiale- ment vers l'intérieur, le corps principal d'étanchéité et la face constituant une surface d'étanchéité qui s'étend axialement vers l'intérieur de la face frontale de la butée de profondeur de manière que, lors de la mise en place, la face frontale du corps d'étanchéité soit en contact étroit d'étanchéité avec une partie ( 62) de la paroi du carter et que, à la suite de l'engagement entre la face frontale de la butée de profondeur et la paroi du carter, le corps d'étan- chéité soit comprimé à un degré prédéterminé entre la face frontale de la bride et la paroi du carter. 2 Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le corps du bouchon comprend en outre une partie intérieure ( 34) de bout de guidage, de diamètre réduit, s'étendant depuis l'extrémité de la tige filetée opposée à la partie de tête du bouchon. 3 Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément élastomérique d'étanchéité est réalisé en un élastomère qui résiste aux hautes températures. 4 Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément élastomérique d'étanchéité est réalisé en une matière du type élastomère fluoré. Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la dimension axiale D-2 entre la face frontale du corps d'étanchéité dans l'état non installé et la face frontale de la butée de profondeur est inférieure à l'étendue axiale de la surface de l'épaulement de décalage sur la butée de profondeur. 6 Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la dimension axiale D-2 entre la face frontale du corps d'étanchéité dans l'état non installé et la face frontale de la butée de profondeur est inférieure à environ la moitié de l'étendue axiale de la surface de l'épaulement de décalage sur la butée de profon- deur. 7 Bouchon de vidange composite selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la surface axiale de décalage a une longueur égale à au moins un tiers de l'éten- due radiale de la surface frontale sur la bride de position- ne-ment du joint d'étanchéité. 8 Combinaison d'un carter d'huile de véhicule et d'un bouchon de vidange composite ( 10) pour ce carter, ce dernier comportant une paroi de fond ( 56) présentant une ouverture ( 60) qui est définie par une paroi latérale taraudée ( 58), la combinaison étant caractérisée en ce que le il bouchon de vidange composite comporte un élément de bouchon métallique et un élément élastomérique ( 14) d'étanchéité, l'élément de bouchon comprenant un corps ( 12) ayant une partie de tête ( 15) définie en partie par des surfaces extérieures ( 18) de flanc pour l'engagement d'un outil, une bride ( 20) de positionnement de joint d'étanchéité, élargie radialement et présentant une surface cylindrique extérieure ( 24) et une surface frontale ( 26) pour l'engagement d'un joint d'étanchéité, un épaulement ( 28) de butée de profondeur ayant une surface frontale radiale ( 32) et une surface axiale ( 30) de décalage, et une tige filetée ( 38) de fixation, l'élément élastomérique d'étanchéité comprenant un corps ( 44) d'étanchéité lié de façon intégrée à la bride de position- nement et à la surface de l'épaulement de décalage sur la butée de profondeur, le corps d'étanchéité présentant aussi une face frontale ( 52) de corps d'étanchéité, s'étendant radialement et dirigée axialement vers l'intérieur, la face frontale du corps principal du corps d'étanchéité constituant une surface d'étanchéité qui s'étend axialement vers l'inté- rieur de la face frontale de ladite butée de profondeur, la face frontale du corps d'étanchéité, dans la position installée du bouchon, étant en contact étroit d'étanchéité avec une partie ( 62) de la paroi du fond du carter, ledit corps d'étanchéité étant ainsi comprimé pour former un joint étanche aux fluides par l'engagement entre la face frontale de la bride et la paroi du carter. 9 Combinaison selon la revendication 8, carac- térisée en ce que le corps du bouchon comprend en outre une partie intérieure ( 34) de bout de guidage de diamètre réduit s'étendant depuis l'extrémité de la tige filetée opposée à la partie de tête du bouchon. Combinaison selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément élastomérique d'étanchéité est réalisé un un élastomère qui résiste aux hautes tempéra- tures. 11 Combinaison selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément élastomérique d'étanchéité est réalisé en une matière du type élastomère fluoré.