Brevet FR2717243A1 — publié le 19950915

La présente invention a pour objet un joint d'étanchéité plat. Dans un moteur, l'étanchéité entre le bloc moteur et la culasse est réalisée par le joint de culasse, tant au niveau de chaque chambre de combustion, qu'au niveau des passages d'huile et d'eau à proximité de ces chambres. Généralement, leur joint de culasse comporte une partie principale métallique (2) présentant différentes ouvertures respectivement pour les chambres de combustion (3), les passages d'huile (6) et d'eau (5), et pour les vis de fixation (4). Un joint unitaire de ce type, pour une chambre de combustion, est représenté à la figure 1. L'étanchéité vis-à-vis de la chambre de combustion est réalisée par des anneaux de feu constitués par des culots métalliques (7) sertis ou soudés sur le bord de l'ouverture correspondante, tel que représenté en coupe à la figure 4. Les figures 2 et 3 représentent en coupe des joints plats connus assurant l'étanchéité vis-à-vis des passages d'eau et d'huile. Le joint plat représenté sur la figure 2 est constitué d'un empilement de couches de métal embouties, revêtues d'un matériau assurant la micro-étanchéité. Des lamelles réalisées sur les couches supérieure et inférieure assurent l'étanchéité entre le bloc moteur et la culasse. Le revêtement a une épaisseur proche de 25 microns. II ne permet pas d'assurer la reprise du joint, qui l'est alors par les lamelles métalliques. Dans les zones où la rugosité de surface est importante, la micro-étanchéité n'est pas correctement assurée par le revêtement. D'autre part, pour éviter la relaxation des lamelles métalliques, il est nécessaire de mettre celles-ci à plat, et donc de conserver la reprise du joint. Pour mettre les lamelles à plat au niveau des passages d'huile et d'eau, une charge importante doit être appliquée sur celles-ci. La charge potentielle au niveau des anneaux de feu est alors réduite et par conséquent, des fuites au niveau de ces anneaux sont possibles. Une solution à ces inconvénients semble être l'augmentation de l'épaisseur du revêtement, dans le but d'améliorer l'étanchéité à l'huile et à l'eau. Ceci n'est cependant pas possible. En effet, le revêtement est généralement en élastomère et une couche trop importante de ce revêtement serait attaquée par les hautes températures de combustion au niveau des anneaux de feu. La figure 3 représente un joint plat, où l'étanchéité au niveau des passages d'eau et d'huile est réalisée par l'intermédiaire de joints souples en élastomère. Ainsi, les fonctions étanchéité au gaz d'une part, à l'eau et à l'huile d'autre part sont découplées. Des anneaux de feu (figure 4) assurent l'étanchéité aux gaz de combustion, les joints souples en élastomère, d'une hauteur d'environ 0,6 mm, celle à l'eau et à l'huile. Le serrage du joint de culasse doit être suffisamment important pour réaliser une étanchéité vis-à-vis des gaz de la chambre de combustion, mais il est alors trop important au niveau des passages de fluide de lubrification et de refroidissement. Le joint élastomère subit alors des sollicitations mécaniques importantes et peut être détérioré. Le but de l'invention est de fournir un joint d'étanchéité plat, qui, au niveau des passages de liquides, assure les fonctions de reprise de joint et de micro-étanchéité, tout en pouvant être soumis à une charge importante, sans être détérioré. A cet effet, le joint qu'elle propose est un joint d'étanchéité plat comportant au moins une ouverture permettant le passage d'un fluide, notamment de liquide, comprenant une âme métallique dans laquelle est ménagée au moins une ouverture pour le passage du fluide, associée à des moyens d'étanchéité vis-à-vis de celui-ci, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité vis-à-vis du fluide comportent au moins une partie métallique, présente au moins dans la zone de chaque ouverture, déformable élastiquement et faisant saillie hors du plan de joint à l'état non contraint, et au moins deux cordons en matière souple, entourant l'ouverture, I'un sur la face supérieure, I'autre sur la face inférieure de la partie métallique déformable élastiquement. Ainsi, la micro-étanchéité est assurée par la matière souple et la reprise du joint est partagée entre la partie métallique déformable élastiquement et les cordons de matière souple. En faisant varier la rigidité de la partie métallique, I'épaisseur des cordons de matière souple, leur position sur la partie métallique et leur géométrie, le dispositif peut être optimisé, afin d'obtenir une étanchéité parfaite et une fatigue mécanique de la matière souple minimale. De préférence, l'épaisseur des cordons de matière souple varie entre 0,06 mm et 0,3 mm et la matière souple utilisée est avantageusement un matériau élastomère. Le cordon de matière souple peut être déposé sur la partie métallique sur le pourtour de l'ouverture permettant le passage du liquide par sérigraphie. Dans une première forme d'exécution, la partie métallique déformable élastiquement est constituée par lamelle métallique dont une partie forme, au repos, un angle avec le plan du joint. Dans une autre forme d'exécution selon l'invention, les moyens d'étanchéité comportent deux lamelles métalliques entre lesquelles se trouve, dans le plan de joint, une lame métallique centrale, et six cordons de matière souple, un cordon étant disposé sur chaque face inférieure et supérieure des lamelles et de la lame centrale. Une troisième forme d'exécution selon l'invention est proposée, selon laquelle les moyens d'étanchéité comportent un système de rainurenervure, un cordon de matière souple sur la nervure et un cordon de matière souple dans le fond de la rainure. Ce dispositif peut s'appliquer à de nombreux types de joints et il s'adapte particulièrement bien à l'étanchéité au niveau des ouvertures destinées au passage des fluides de refroidissement et de lubrification d'un joint de culasse pour moteur à combustion interne. L'objet de l'invention est donc également un tel joint de culasse. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant des joints plats d'étanchéité connus, ainsi qu'à titre d'exemples non limitatifs, trois formes d'exécution du joint plat d'étanchéité et d'un joint de culasse selon l'invention. Figure 1 est une vue de dessus d'un joint unitaire de culasse selon l'invention, Figures 2 et 3 sont des vues en coupe, à échelle agrandie, de joints plats d'étanchéité connus, Figure 4 est une vue en coupe à échelle agrandie selon la ligne IV-IV de la figure 1, Figures 5 à 7 sont des vues en coupe à échelle agrandie selon la ligne V-V de la figure 1. Le joint représenté au dessin comprend une âme métallique en acier, de forme générale rectangulaire, possédant une ouverture centrale 3 correspondant à la chambre de combustion. A proximité de ses extrémités considérées dans le sens de la longueur, le joint comporte un certain nombre d'ouvertures, dont celles 4 destinées au passage de vis de centrage ou de serrage, dont celles 5 destinées au passage du liquide de refroidissement du moteur et dont celles destinées au passage du liquide de lubrification. L'étanchéité au niveau de l'ouverture centrale est réalisée de façon connue en soi, par des anneaux de feu constitués par des culots métalliques 7 sertis sur le bord de cette ouverture. L'étanchéité au niveau des ouvertures 5, 6 respectivement pour les passages des liquides de refroidissement et de lubrification réalisée selon une première forme d'exécution à l'aide du dispositif représenté en coupe à la figure 5. Au bord de l'ouverture 5 ou 6, I'âme métallique 2 du joint est pliée, sur tout le pourtour de l'ouverture d'un angle d'environ 200, formant ainsi une lamelle 8 à la périphérie du passage prévu pour le liquide, déformable élastiquement. Un cordon 9 en élastomère, de section sensiblement semicirculaire, d'une épaisseur d'environ 0,2 mm est disposé, à proximité du bord de l'ouverture 5 ou 6, sur la lamelle 8, sur le côté vers lequel la lamelle est pliée. Un second cordon 9, identique au premier, est disposé sur l'autre face de la lamelle 8, à proximité du pli entre l'âme du joint et la lamelle. Ces cordons 9 ont été de préférence, déposés sur la lamelle 8 par sérigraphie. Lorsque la culasse est serrée sur le bloc moteur, une charge s'exerce alors sur la lamelle 8 et les cordons 9 en élastomère. La combinaison de cette lamelle 8 et de ces cordons 9 se comporte alors de la même façon que deux ressorts de raideurs différentes montés en série. La lamelle 8 a un rôle de reprise du joint. Cette reprise est constante dans le temps si l'acier utilisé est un acier de qualité. Le cordon 9 en élastomère a également un rôle de reprise du joint, ainsi qu'un rôle de conformabilité, qui varie suivant son épaisseur. De plus, les cordons 9 assurent la fonction de micro-étanchéité. La figure 6 représente une seconde forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention. Dans cette forme d'exécution, I'âme métallique 2 du joint n'est pas pliée, mais des lamelles 10 sont soudées sur le bord de l'ouverture 5 ou 6 sur tout son pourtour. Ces lamelles 10 présentent une section dans laquelle une première partie est parallèle à l'âme 2 du joint et est soudée avec cette dernière, une seconde partie forme un angle avec la première et enfin une troisième partie est parallèle à l'âme 2 du joint et est reliée à la première partie par l'intermédiaire de la seconde. A proximité du bord de l'ouverture, à une même distance de ce bord, des cordons 9 élastomères sont disposés sur les deux faces des lamelles, au niveau de leur partie parallèle à l'âme 2 du joint, et sur les deux faces de l'âme 2 du joint. Là, les lamelles 10 et les cordons 9 jouent les mêmes rôles respectifs que dans la forme d'exécution précédente. Dans la troisième forme d'exécution proposée, le bord de l'ouverture 5 ou 6 du joint est déformée, par emboutissage par exemple, formant un système rainure 11nervure 12. Un cordon 9 en élastomère, de mêmes caractéristiques que dans la première forme d'exécution est disposé sur la nervure 12 et au creux de la rainure 11. Dans cette forme d'exécution, le système rainure1 1-nervure 12 remplace les lamelles 8 et 10 des formes d'exécution précédentes et joue le même rôle, avec une rigidité supérieure. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution décrites ci-dessus à titre d'exemples et à un joint unitaire de culasse. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et toutes les applications à un autre type de joint. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité plat comportant au moins une ouverture permettant le passage d'un fluide, notamment de liquide, comprenant une âme métallique (2) dans laquelle est ménagée au moins une ouverture (5, 6) pour le passage du fluide, associée à des moyens d'étanchéité vis-à-vis de celui-ci, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité vis-à-vis du fluide comportent au moins une partie métallique (8), présente au moins dans la zone de chaque ouverture, déformable élastiquement et faisant saillie hors du plan de joint à l'état non contraint, et au moins deux cordons en matière souple (9), entourant l'ouverture (5, 6), I'un sur la face supérieure, L'autre sur la face inférieure de la partie métallique (8) déformable élastiquement. 2. Joint d'étanchéité plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur des cordons de matière souple (9) est comprise entre 0,06 mm et 0,3 mm. 3. Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les cordons en matière souple (9) sont en un matériau élastomère. 4. Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cordons en matière souple (9) sont déposés par sérigraphie. 5. Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie métallique déformable élastiquement est constituée par une lamelle métallique (8), dont une partie forme, au repos, un angle avec le plan du joint. 6. Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comportent deux lamelles métalliques (8) entre lesquelles se trouve, dans le plan de joint, une lame métallique centrale, et six cordons (9) de matière souple, un cordon étant disposé sur chaque face inférieure et supérieure des lamelles et de la lame centrale. 7. Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comportent un système de rainure-nervure (11, 12), un cordon de matière souple (9) sur la nervure (12) et un cordon de matière souple (9) dans le fond de la rainure (11). 8. Joint de culasse pour moteur à combustion interne, comprenant une âme métallique (2), dans laquelle est ménagée au moins une ouverture principale (3) correspondant à la chambre de combustion, associée à des moyens d'étanchéité vis-à-vis de celle-ci, ainsi que des ouvertures (5, 6) pour le passage des fluides de refroidissement et de lubrification et des ouvertures (4) pour le passage des vis de serrage de la culasse, caractérisé en ce que les ouvertures (5, 6) pour le passage des fluides de refroidissement et de lubrification sont associées à des moyens d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 7.