Brevet FR2687732A1 — publié le 19930827

La présente invention a pour objet un joint de culasse et le procédé de fabrication. On connaît un procédé de fabrication d'un joint d'étanchéité, notamment d'un joint plat pour moteur à combustion interne, décrit dans la demande de brevet français NO FR 91 11319 au nom de la demanderesse. Un tel procédé permet de réaliser des joints à couches multiples comportant une superposition de tales, notamment des tales à picots, liées entre elles par un élastomère formant matrice et mis en place par injection dans un moule. Le problème spécifique des joints de culasse se situe au droit des alésages des chambres de combustion des cylindres du moteur. D'une part, la pression interne est très élevée et le joint doit y résister, d'autre part, les températures atteintes sont également élevées, de l'ordre de 350" C. Nu cours de l'utilisation du moteur, il est nécessaire que l'étanchèité subsiste donc la reprise des efforts doit autre constante pour un couple de serrage donné. Dans la fabrication des joints de culasse de type connu, des sertissures sont prévues au droit des alésages, ces sertissures permettant de faire varier localement la densité du joint et complétant par ailleurs la résistance dudit joint à la température de fonctionnement. L'art antérieur propose de nombreuses sertissures avec différents profils et différentes combinaisons mais les sertissures doivent toutes store prémontées sur la plaque constituant le joint et d'autre part; elles doivent tre monoblocs afin qu'il n'y ait pas de fuite entre les différentes parties constituant une mgme sertissure. C'est ainsi que les sertissures connues sont placées sur la plaque constituant le joint de culasse puis déformées par pliage afin d'enserrer le bord des alésages de ladite plaque. Les couples de serrage doivent tenir compte des pressions engendrées par le fonctionnement du moteur si bien qu'ils sont relativement élevés et que la matière constituant le joint de culasse doit permettre la reprise de ces efforts de serrage, c est donc le r8le supplémentaire des sertissures en plus du rôle premier de résistance à la température. Dans la demande de brevet précitée au nom de la demanderesse, ce sont les picots des tales qui permettent la reprise de ces efforts. En effet, ces picots subissent une double déformation de façon à leur conférer un profil en S susceptible d'assurer une réaction à l'écrasement. De plus, le nombre de tales peut varier localement de façon à augmenter la densité à cet endroit Un autre problème se pose pour les joints de type connu, concernant l'étanchéité & la péri phérie des différents logements usinés dans la culasse et pour l'étanchéité des circuits annexes d'eau et d'huile notamment. Dans ce but les joints de culasse existants sont sèrigraphiés, c est-à-dire qu'un matériau d'étanchéité est réparti en un cordon monolithique et homogène autour de ces différents logements et alésages. La présente invention a pour objet un joint de culasse à plusieurs toles superposées qui autorise le montage de nombreux types d'éléments de renfort au droit des alésages des cylindres, qui est étanche au droit des alésages des circuits annexes tout en supprimant la sérigraphie, qui est parfaitement équilibré en densité, et qui est d'un prix de revient moins élevé que celui de l'art antérieur å matériaux identiques. La présente invention a aussi pour objet un perfectionnement au procédé de fabrication. Ce perfectionnement permet notamment de réaliser des joints de culasse qui peuvent résister en température et en pression au droit des alésages des cylindres, qui suppriment la sérigraphie, qui permettent de compenser certaines imperfections de fabrication du bloc moteur, notamment les tolérances de planéité, qui est d'un prix de revient peu élevé, qui présente de grandes possibilités d'adaptation en fonction de l utilisa- tion, qui permet la réalisation d'une grande variété de profils de sertissures ou de cales, et qui permet dans certains cas de réduire le nombre d'étapes de fabrication. G cet effet, le joint de culasse selon l inven- tion comprend au moins deux toles métalliques superposées, munies de picots déformables élastiquement et noyées dans une matrice d'élastomère moulé et se caractérise en ce qu'il comprend un élément de renfort complémentaire au droit des alésages des cylindres. Selon un mode de réalisation principal de l'in- vention, cet élément de renfort est une sertissure. Cette sertissure a une section en C ou en double C superposés. Selon une autre variante, il est prévu un insert disposé entre deux couches superposées et faisant saillie vers l'intérieur de l'alésage D'autres variantes comprennent des cales du type rondelle, interposées entre les couches et/ou de part et d'autre des couches. Le procédé de fabrication d'un joint de culasse selon l'invention qui comprend les étapes de superposition d'au moins deux tales métalliques munies de picots déformables élastiquement, noyées par injection dans un élastomère grâce à un moule au profil du joint, se caractérise en ce que, préalablement au positionnement dans le moule et à l'injection, on monte à la périphérie des alésages des cylindres un élément de renfort complémentaire. Selon une variante de réalisation du procédé, il est prévu de superposer au moins eux tôles métalliques prédécoupées, munies de picots déformables élastiquement, de disposer l'ensemble de telles dans un moule muni de butées de préserrage après avoir serti les éléments de renfort, et d'injecter un élastomère à une pression inférieure à la pression de préserrage des butées de façon à éviter la pénétration d'élastomère entre les éléments de renfort et les tôles. Selon une autre variante de réalisation du procédé, les tales métalliques prédécoupées munies de picots déformables élastiquement sont disposées dans un moule comprenant des empreintes de déformation puis une telle non déformée constituant l'élément de renfort est disposée au droit du chant des alésages correspondants aux cylindres. Le moule est ensuite fermé sous forte pression afin de déformer la tle constituant l'élément de renfort suivant le profil des empreintes, puis l'élastomère est injecté dans le moule. Le procédé de fabrication quel que soit le mode de réalisation se caractérise également en ce qu'on ménage une sur-épaisseur d'élastomère au droit des différents logements et des alésages des circuits annexes d'eau et d'huile notamment. L'invention est décrite ci-apres selon un mode de réalisation principal avec ses variantes en regard des dessins annexés qui représentent - figure 1, une vue en coupe transversale d'un joint de culasse d'une sertissure en C et monodéformation, - figure 2, une vue en coupe transversale d'un joint de culasse d'une sertissure en C et double déformation, - figures 3 et 4, des vues schématiques en coupe transversale d'un joint de culasse d'une sertissure en double C superposés, - figure 5, une vue en coupe transversale d'une variante de joint de culasse avec sertissure en double C combinée avec un insert, - figures 6 et 7, des vues schématiques en coupe transversale d'un joint de culasse avec cales intégrées, - figure 8, est une vue schématique en coupe transversale d'une variante de joint avec insert en saillie, - figures 9 et 9B, des vues en coupe transversale des deux étapes d'une variante du procédé de fabrication dit "å déformation simultanée", et - figure 10, une vue schématique de dessus d'un joint de culasse avec étanchéité au droit des circuits annexes et des logements. Sur la figure 1 on a représenté un joint de culasse 10, muni d'une sertissure 12 à profil en C. L'élastomère moulé est référencé 13 tandis que les tôles picotées sont référencées 15. La fabrication du joint de culasse et de cette sertissure s'effectuent de la façon suivante - des toles picotées 15 sont superposées en fonction de la densité recherchée et de l appli- cation concernée ;; - ces toles sont découpées en fonction des alésages des cylindres, des logements et des circuits annexes, conformément au bloc moteur une déformation des toles est ménagée å la périphérie des alésages des cylindres de façon à créer un bossage 17 - une sertissure 12 a section en L est introduite dans les alésages des cylindres puis repliée en forme de C afin d'enserrer les tales superposées au droit du bossage - l'ensemble est ensuite disposé dans un moule dans lequel on injecte un élastomère 13 sous pression qui va se loger entre les tales, et de part et d'autre de celles-ci ; la propagation de l'élastomère est arrêtée par la sertissure au droit des zones de contact tôle/sertissure - le joint est retiré du moule prBt à l'utilisa- tion. Sur la figure 2, il est prévu des bossages 17 sur les tales supérieure et inférieure mais à concavités opposées. D'autre part, une t6le lisse 18 est interposée entre les deux tales picotées supérieure et inférieure. Sur la figure 3, la sertissure 12 comprend deux parties supérieure 14 et inférieure 16. La plaque constituant le joint comprend trois tôles superposées 18, 20, 22, la tale médiane 20 étant en retrait par rapport aux tôles supérieure 18 et inférieure 22 de façon que les sertissures préalablement conformées en C soient introduites l'une et l'autre autour des tales supérieure et inférieure respectivement. Dans ce cas également, l'élastomère moulé est arrêté au droit du sertissage ce qui lui évite de pénétrer entre la sertissure et les tales. Sur la figure 4, la sertissure 12 est également en deux parties 14, 16 mais la plaque ne comprend que deux tales 18, 22. Par ailleurs, chaque partie des sertissures est repliée sur elle-mCme de façon que l'extrémité libre des branches vienne au droit du chant des deux tales respectivement. Sur la figure 5, le joint de culasse représenté utilise le montage de la variante de la figure 4 mais dans cette adaptation il est prévu une tale médiane 20 entre les tales supérieure 18 et inférieure 22, cette tale médiane 20 ayant un alésage de diamètre supérieur à celui des tôles supérieure et inférieure. De plus, il est prévu un insert 30 qui est une rondelle métallique munie d'un bossage périphérique 32 intérieur qui vient en saillie entre les deux demi-sertissures. Par ailleurs, cet insert a préalablement été traité, notamment par traitement thermique, de façon à avoir des qualités élastiques importantes telles que celles des feuillards à ressort. Sur les figures 6 et 7, la plaque constituant des variantes de réalisation du joint de culasse comprend trois tales 18, 20, 22 superposées munies de cales 24. Sur la figure 6, les cales 24, en forme de rondelles, sont disposées sur et sous les tales supérieure 18 et inférieure 22. Dans ce cas également, l'élastomère s'arr&commat;te lors de l'injection au droit des cales. Sur la figure 7, les cales 24 également en forme de rondelles, sont interposées respectivement entre les tales supérieure 18 et médiane 20 et entre les tôles médiane 20 et inférieure 22. Sur la figure 8 la plaque comprend trois tales superposées, l'alésage de la tôle médiane 20 ayant un diamètre supérieur à celui des tôles supérieure et inférieure. Un insert 26 en forme de rondelle est disposé entre les tales supérieure 18 et inférieure 22 de façon que le chant extérieur de la rondelle soit en vis à vis du chant de la tale médiane. Sur la périphérie intérieure de la rondelle, il est prévu un joint d'étanchéité 28 en élastomère chargé qui est adhérisé sur l'insert. Comme dans le cas du mode de réalisation représenté à la figure 1, les différentes variantes représentées aux figures 2 à 8 sont introduites dans un moule et subissent une injection d'élas tomère. L'adhérisation qui en découle permet de maintenir les demi-sertissures par exemple, les rondelles ou les inserts, et de plus la matière assure l'étanchéité aux lieux de fuite potentiels. Ces lieux de fuite privilégiés se situeraient en l'absence d'un tel élastomère entre les extrémités des demi-sertissures des figures 3 et 4 notamment. Ainsi le procédé selon l'invention permet de réaliser de nombreuses variantes de joint de culasse impossibles à mettre en oeuvre antérieurement ou requérant un nombre d'étapes et des matériaux tels que toute réalisation industrielle était exclue. Il est possible de faire varier de façon très précise la densité locale des différents joints en combinant la nature, l'épaisseur et les découpes des tales ainsi que la composition et le type d'élastomère. Le procédé selon l'invention et décrit en regard du mode de réalisation de la figure 1 comprend des variantes de réalisation. La première variante comprend les étapes suivan tes - superposition d'au moins deux tôles métalliques prédécoupées, munies de picots déformables élastiquement, - mise en place des éléments de renfort sur l'empilement, - mise en place de l'empilement dans un moule muni de butées de préserrage des éléments de renfort, - injection d'élastomère dans le moule à une pression inférieure à la pression de préserrage des butées de façon à éviter la pénétration d'élastomère entre les éléments de renfort et les tôles. Une telle variante peut être utilisée avantageusement pour les joints de culasse des variantes représentées aux figures 3, 4, 6, 7 et 8, c'est à-dire les montages à demi-sertissure, å rondelle et à insert. La seconde variante est représentée sur les figures 9R et 9E et comprend les étapes suivantes - superposition d'au moins deux tales métalliques prédécoupées, munies de picots déformables élastiquement - mise en place de l'empilement dans un moule muni d'empreintes 34 de déformation, - mise en place d'une tôle spécifique 36 constituant l'élément de renfort sans déformation préalable, le chant de la tale de l'élément de renfort venant en vis à vis du chant de l empi- lement, ainsi que représenté sur la figure 94, - fermeture du moule sous forte pression de façon å déformer la tale de l'élément de renfort avec le profil des empreintes du moule, ainsi que représenté à la figure 9B, - injection d'élastomère 13 dans le moule. Ce procédé présente également l'avantage d'éviter toute pénétration d'élastomère autour de l'élément de renfort au droit des points de serrage lors de l'utilisation. Par ailleurs, l'injection d'élastomère ne provoque aucune déformation de l'élément de renfort puisque celui-ci est maintenu par les empreintes du moule. L'élément de renfort est positionné préalablement à la déformation avec une précision qui peut être approximative puisque le bossage obtenu au serrage est parfaitement positionné par le moule donc correctement positionné par rapport au bloc moteur qui recevra le joint de culasse ainsi obtenu. En effet, la précision du bossage et notamment le centrage résulte à la précision du moule qui peut Autre très élevée avec les méthodes et dispositifs d'usinage utilisés. Le procédé selon l'invention permet également d'assurer une étanchéité des différents logements du bloc moteur et des alésages des circuits annexes tels que les circuits d'eau et d'huile de façon simple, avec un prix de revient très faible et de façon simultanée lors de l'o- pération d injection. En effet, il suffit de prévoir dans le moule des rainurages à la périphérie des logements ou des alésages de façon que la plaque constituant le joint de culasse soit munie en sortie de moule d'une surépaisseur 38 d'élastomère correspondante. Une telle plaque est représentée à la figure 10. Les conditions de fonctionnement en température et en pression sont en effet moins sévères et de telles surépaisseurs jouent parfaitement le rôle des lignes de joint d'étanchéité sérigraphiés sur les joints de l'art antérieur. L'avantage immédiat qui en découle est celui de supprimer cette opération particulière, précise, spécifique et par conséquent d'un prix de revient élevé. REVENDICCITIONS 1. Joint plat, notamment joint de culasse pour moteur à combustion interne interne comprenant au moins deux tales ( 20, 22) métalliques superposées, découpées, munies de picots déformables élastiquement et noyées dans une matrice (13) d'élastomère moulé caractérisé en ce qu'il comprend un élément de renfort complémentaire disposé au droit des alésages des cylindres du moteur. 2. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort est une sertissure (12, 14, 16). 3. Joint de culasse selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette sertissure a une section en C. 4. Joint de culasse selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette sertissure a une section en double C superposés. 5. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort comprend des cales (24) du type rondelle interposées entre les tales et/ou de part et d'autre des tales. 6. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort est un insert (26) disposé entre deux tôles superposées et faisant saillie vers l'intérieur de l'alésage 7. Procédé de fabrication d'un joint plat notamment d'un joint de culasse pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - superposition d'au moins deux tales picotées et découpées en fonction des alésages des cylindres, des logements et des circuits annexes avec déformation par bossage des tales en périphérie des alésages des cylindres, - mise en place des éléments de renfort avec sertissage au droit des alésages des cylindres, - mise en placede l'empilement des tales avec les éléments de renfort montés dans un moule, - injection sous pression d'élastomère dans le moule, - retrait du joint hors du moule. 8. Procédé de fabrication du joint plat notamment d'un joint de culasse pour moteur à combustion interne selon l'une quelconquedes revendications 1, 4, 5 et, caractérisé en ce qu ilcomprend les étapes suivantes : - superposition d'au moins deux tôles picotées et découpées en fonction des alésages des cylindres, des logements et des circuits annexes, - mise en place des éléments de renfort préformés sur l'empilement au droit des alésages des cylindres, - mise en place de l'empilementet des éléments de renfort préformé dans un moule muni de butées de préserrage des éléments de renfort, - injection d'élastomère dans le moule & unepression inférieure à la pression de préserrage, - retrait du joint hors du moule. 9. Procédé de fabrication d'un joint plat, notamment d'un joint de culasse pour moteur à combustion interne, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comprend les étapes suivantes - superposition d'au moins deux tales picotées et découpées en fonction des alésages des cylindres, des logements et des circuits annexes, - mise en place de l'empilement dans un moule muni d'empreintes de déformation, - mise en place, au droit des alésages des cylindres, d'une tôle spécifique\ constituant l'élément de renfort, sans déformation préalable, de façon que le chant de cette tôle soit en vis à vis du chant de l'empilement, - fermeture du moule sous forte pression de façon à déformer la tale de l'élément de renfort au profil des empreintes, - injection sous pression d'élastomère dans le moule, - retrait du joint hors du moule.