Brevet FR2736388A1 — publié le 19970110

L' invention concerne l'étanchéité entre la culasse et le bloc cylindres d'un moteur à explosion, plus particulièrement pour vehicule automobile. Cette étanchéité à aujourd'hui, est obtenue par un joint de forme qui recouvre toute la surface des plans de joint, son appellation est : joint de culasse, en raison de son épaisseur et en raison de sa compressibilité, il est impératif de réaliser un parfait serrage de toutes les vis de la fixation culasse afin de maintenir une bonne géométrie et une tension de surface uniforme. Sur un moteur chemisé à plusieurs cylindres, il est impératif de tolérancer avec précision le dépassement des chemises par rapport au plan du bloc cylindres et entre elles, ceci pour garantir une bonne qualité d'étanchéité ct éviter l'effet de cisaillement du joint L'assemblage complet des éléments culasse ne peut souvent être fait qu'après serrage de la culasse sur le moteur, oeci afin de ne pas prendre en compte la déformation de la culasse liée au fait quc celle-ci est serrée sur unjoint compressible, donc déformable. De ce fait, est aussi plus difficile de parfaitement maitriser les taux de compression. L'invention a l'avantage dc fain abstraction de tous ces inconvénients et et d'apporter certainement un bilan économique positif ceci de la fio:n suivante: Utilisation en combinaison de deux joints, I'un chimique en forme de pâte, I'autrc en matériau compressible. L'étanchéité entre la culasse et le bloc cylindres au liquide de refroidissement et aux passages d'huile moteur se fait par une pâte à joint d'étanchéite du commerce ou à développer auprès des Sociétés spécialisées. Cette pâte àjoint sera déposée sur toute la surface de contact (3), soit du bloc cylindres ou de la culasse, ceci restant le choix du constructeur en vue d'une gamme de montage. n parait intéressant que cette dépose se fasse par sérigraphie afin de parfaitement recouvrir les surfaces, ceci en utilisant un produit anaérobique, une dépose par contournage peut également envisagez, dans ce cas, toutes les familles de produits peuvent être utilisées. Après recouvrement de la culasse sur le bloc cylindres et vissagc dcs vis de fixation culasse, le produit d'étanchéité flue et permet aux surfaces d'être en contact métal sur métal, ceci sans épaisseur de joint, donc reprise parfaite de la géométrie d'usinage de la culasse et du bloc cylindres. Cela permettra une tolérance plus large sur le serrage des vis, couple et tension car aucune déformation dc la culasse liée au fait de l'absence d'élément déformable entre les surfaces en contact, hormis les joints compressibles d'étanchéité des cylindres qui feront simple obstacle durant le vissage et leur mise en compression, limité par la rencontre des surfaces culasse et bloc cylindres. étanchéité des cylindres à la compression, montée du piston et à l'explosion. Cette étanchéité sera réalisée par un joint en matériau compressible situé en périphérie de chaque cylindre logé dans un chambrage (FIG.1) ou dans une gorge (FIG.2-FIG.3), réalisé par usinage. La profondeur de cet usinage sera égale à l'épaisseur du joint (5) moins sa valeur de compression (10) (FIG.1 & IG.2). L'épaisseur du joint (5) sera de quelques dixièmes à plusieurs millimètres, ceci en fonction de sa matière qui sera celle du joint de culasse actuel, ou autres choix du commerce ou à développer auprès des Sociétés spécialisées, avec exigence de tenue en érature. La relation épaisseur du joint et profondeur de l'usinage saa commune à tous les cas de figures présentés dans la description. Cette technique d'étanchéité s'applique sur des moteurs d'un nombre quelconque de cylindres, à essence ou diesel avec bloc cylindres en fonte monobloc ou en aluminium chemisé. Dans les descriptions pour l'exemple, choix d'un moteur à 4 cylindres. Les dessins annexes illustrent l'invention. La FIG. 1 représente en coupe l'assemblage de la culasse (1) sur le bloc cylindres (2), le joint (5) à son état comprimé (11), logé dans un chambrage (4) obtenu d'usinage, tonte la surface de contact (3) entre la culasse (I) et le bloc cylindres (2) est recouverte d'une pâte d'étanchéité. La FIG. 2 représente en vue de dessus la surface (3) d'un bloc cylindres définissant l'usinage des chambrages (4). La FIG. 3 représente en coupe les caract6rstiques géniales d'assemblage du joint (5). L'épaisseur du joint (9), la profondeur d'usinage (11), la valeur de compression (10). La FIG. 4 représente en vue de dessus la surface (3) d'un bloc cylindres définissant l'usinage des chambrages (13) qui reçoit joint (IS). La flG 5 représente en coupe les caractéristiques d'assemblage du joint (24) ceci sur un moteur chemise avec une couronne (26) qui centre le joint, et participe à l'étanchéité des cylindres à la compression. La FIG. 6 - 7 & 8 représentent en vue de dessus les différents usinages réalisés pour recevoir les joints (15) (20) (22). La FIG. 9 représente en coupe les carauéristiques d'assemblage du joint sur la chemise, idem FIG. 5, sans la couronne (26). La FIG 10 10 représente en coupe les caractéristiques d'assemblage de la chambre de précombustion pour les moteurs diesel. Lcs FIG. 11 & 12 représentent en coupe l'assemblage de la culasse sur le bloc cylindres mais avec le joint placé dans un usinage réalisé non plus dans le bloc cylindres mais dans la culasse. I/ USINAGE DU LOGEMENT du ou des joints (5) dans k bloc cylindres d'un moteur à essence en fonte monobloc. a) Usinage d'un chambrage concentrique à chaque cylindre, k diamètre extérieur du chambrage sera limité par la rencontre du chambrage du cylindre adjacent (FIG. 2). Le joint (14) aura la forme d'une couronne, son diamètre intérieur sera celui du cylindre, son diamètre extérieur celui du diamètre extérieur du chambrage, il y aura un joint (FIG. 13) par cylindre. b) Usinage d'un chambrage concentrique à chaque cylindre Le diamètre extérieur du chambrage sera égal au diamètre extérieur du füt, limité par les passages d'eau. La ciz du chambrage, par son grand diamètre passe par la circonférence de l'alésage du cylindre adjacent (FIG. 4). Dans ce cas de figure, le joint (15) aura la forme suivante: les 4 joints seront réunis entre eux sur environ la largeur de la couronne pour ne former qu'un joint (FIG. 14). c) Usinagc d'une gorge conecntnquc à chaque cylindre qui laisse une couronne du diamètre intérieur du cylindre et d'une largeur d'environ trois millimètres suffisante à supporter l'explosion. Le diantre extérieur de la gorge sera celui du fut limité par ks passages d'eau, et la rencontre du diamètre extérieur de la couronne du cylindre adjacent représenté par la (FIG. 6), dans ce cas de figure, la forme du joint (15) sera la suivante: les 4 joints seront réunis entre eux de façon à ce qu'ils couvrent la surface obtenue d'usinage, le diamètre intérieur sera celui du diamètre extérieur de la couronne laissée usinage (forme suivant FIG. 14). L'intFrêt suivant l'exemple est une parfaite maitrîse du taux de taux de compression et une protection du joint qui n'est plus en contact avec l'explosion. d) Usinagc d'une surface circulaire autour des cylindres des extrêmités du moteur réunies par un usinage rectiligne, la largeur de cet usinage correspond au diamètre des alésages des cylindres, plus la largeur suffisante pour l'appui du joint en prenant en compte les vis de fixation de la culasse et les passages d'eau (FIG. 7). Le joint (22) aura la forme d'un rectangle avec à chaque extrémité un demi-cercle (FIG. 15). L'intérêt de cet usinage par rapport aux cas précédents apparait plus facile à réaliser. e) Usinage rectiligne sur toute la longueur du moteur, la largeur de cet usinage réparti moitié/moitié par rapport à l'axe des cylindres, sera la valeur du diamètre de l'alesage du cylindre, plus l'assise suffisante du joint sur la surface usinée. Le joint (21) aura la forme d'un rectangle pour longueur, la longueur du moteur, pour largeur celle indiquée pour usinage représenté par la FIG. 16. III MOTEUR A ESSENCE, BLOC CYLINDRES en aluminium chemisé a) Usinage dc la hauteur dc la chemise, en prenant en compte l'épaisseur du joint de façon à ce que le joint (15) déposé sur la chemise, assemblée dans le bloc cylindres, laisse par rapport à la surface (3) du bloc cylindres, une hauteur dépassante de valeur (10) correspondant à la compression du joint (FIG. 9). Le joint (24) aura la forme de quatre couronnes réunies entre elles par environ une largeur (FIG. 17) et formant qu'un seul joint. Une saillie sur chaque face du joint, entre chaque couronne pourra être faite afin que le joint ait un meilleur comportement aux écarts de dépassement des chemises entre elles (FIG. 17) + coupe G-G (FIG. 18). b) Suivant l'exemple a) en laissant d'usinage une couronne sur chaque chemise, d'un diamètre intérieur égal au diamètre du cylindre et d'une largeur d'environ 3 millimètres suffisante à supporter l'explosion. La hauteur de la chemise sera inférieure de quelques centièmes à und dixième de millimètre de la surface (3) du bloc cylindres (FIG. 5). La forme du joint idem à l'exemple a) avec le diamètre intérieur égal au diamètre extérieur de la couronne taillée d'usinage sur la face de la chemise. L'intérêt par rapport à l'exemple a) est, un bon centrage du joint, une meilleure maîtrise du taux de compression, une meilleure protection du joint qui n'est plus en contact direct avec l'explosion. "I, MOTEUR DIESEL, BLOC CYLINDRES EN FONTE MONOBLOC configuration identique à l'exemple 1) a - b - c - d - e, moteur essence bloc cylindres en fonte, monobloc, mais prise en compte des chambres de turbulence qui sont sur un moteur actuel dépassantes du plan de joint de la culasse afin d'être comprimées par le joint de culasse. Suivant le dispositif d'étanchéité combiné entre une pâte à joint et un joint compressible autour des cylindres, aucun relief ne peut être admis, de ce fit, la chambre de turbulence logée dans la culasse sera en retrait par rapport au plan dejoint afin de ne pas fifre obstacle au contact des flics culasse et bloc cylindres. Ce retrait sera de O à 0,03 millimètres (FIG. 10). Une pâte à joint polymérisante en matériau résistant sera plus in pour miatnir la chambre de turbulence et garantir l'étanchéité IV MOTEUR DIESEL, L, BLOC CYLINDRES EN ALUMINIUM chemisé Coration identique à l'exemple II (moteur essence, bloc cylindres aluminium chemisé) avec prise en compte des chambres de turbulence suivant l'exemple III (moteur diesel, carter fonte monobloc). REVENDICATIONS 1) Dispositif d'étanchéité se situant entre la culasse (1) et le bloc cylindres (2) d'un moteur à explosion, acteur plus particulièrement pour autorobiles, caractérisé par l'utilisation simultanée de deux types de joints, l'un sous forme de pâte, dans la fonction étanchéité au liquide de refroidissement et à l'huile moteur déposé soit sur la surface du bloc cylindre (2) ou de la culasse (1), de façon à ce qu'après recouvrement et serrage de la culasse (1) celle-ci couvre toute la surface de contact (3) existante entre les éléments assemblés sans apporter de surépaisseur, seule la surface (4) prise par le deuxième joint ne sera pas recouverte de cette pâte, l'autre (5) destiné à apporter l'étanchéité des cylindres à la compression des gaz et à l'explosion placé autour de chaque cylindre (6) dans un relief creux (7) obtenu d'usinage dans le bloc cylindres (2) sur un moteur monobloc ou au niveau des chemises (8)pour un moteur chemisé. Sa matière est compressible, son épaisseur (9) de quelques dixièmes à plusieurs millimètres. La profondeur usinée (11) pour le logement du joint (5) est égale à son épaisseur (9), moins sa valeur de compression (10). La surface du joint (5) est égale à la surface usinée. Au serrage de la culasse (1) mise en compression du joint (5) sur sa valeur de compression (10), limitée par la mise en contact des surfaces (3) de la culasse (1) et du bloc cylindres (2), étanchées par la pâte à joint. 2) Dispositif d' étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en fonte aonobloc caractérisé par l'usinage concentrique à chaque cylindre d'un chambrage (7) qui reçoit le joint compressible (5) dont le diamètre intérieur est celui du cylindre (6), pour largeur (12), la demielargeur(13)qui sépare chaque cylindre. Il y a un joint spécifique (14) par cylindre. 3) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en fonte monobloc caractérisé par l'usinage d'un chambrage qui a pour. diamètre intérieur celui du cylindre (6) et pour largeur, la largeur (13) qui sépare chaque cylindre. La forme du joint spécifique (15) est égale à la surface obtenue d'usinage et ne forme qu'un seul joint. 4) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en fonte monobloc caractérisé par l'usinage d'une gorge (16) concentrique à chaque cylindre qui laisse une couronne (17) qui a pour diamètre intérieur celui du cylindre (6) et d'une largeur d'environ trois millimètres, destinée à supporter l'explosion des gaz, le diamètre extérieur d'usinage est égal au diamètre du fût limité par les passages d'eau (18) et en ce que le joint couvre toute la surface ainsi obtenue d'usinage, les joints de cylindres sont réunis entre eux pour ne former qu'un seul joint de forme du joint (15) mais dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur de la couronne (17). 5) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en fonte monobloc, caractérisé par un usinage qui est concentrique aux deux cylindres extrêmes du moteur dont, le diamètre d'usinage est égal au diamètre des fûts, limité par les passages d'eau (18) et, en ce que ces usinages sont réunis entre eux par un usinage rectiligne (19) qui a pour largeur le diamètre des fûts. Le joint (20) recouvre toute la surface ainsi usinée. 6) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en fonte monobloc, caractérisé par un usinage rectiligne (21) qui passe par l'axe des cylindres, dont la largeur est égale au diamètre des fûts limité par les passages d'eau (18) et débouchant à chaque extrémité du bloc cylindres et en ce que la forme du joint (22) est égale à la surface usinée, et de forme rectangulaire. 7) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 pour moteur à essence avec un bloc cylindres en aluminium chemisé, caractérisé par la hauteur des chemises (8) qui est en retrait de la surface (3) du bloc cylindres (2), ce retrait est égal à l'épaisseur du joint (5), à son état comprimé par le serrage de la culasse (1). La forme du joint (24) est égale à la surface des chemises qui reçoit ce joint, ce joint (24) peut être partiellement fendu (25) à la rencontre des chemises afin de mieux se comporter face aux écarts de hauteur pouvant exister entre les chemises. 8) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, 4 et 7 pour moteur à essence avec un bloc cylindres (2) en aluainiui che isé, caractérisé par l'usinage de la face d'appui du joint (5) sur la chemise, qui laisse une couronne (26) de diametre intérieur égal à celui de l'alésage de la chemise (8), pour largeur, une largeur d'environ trois millimètres. La hauteur de la chemise est très légèrement en retrait de quelques centièmes à un dixième de millimètre de la surface (3) du bloc cylindres. La forme du joint est celle du joint (24), avec le diamètre intérieur égal au diamètre extérieur de la couronne. 9) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, pour moteur diesel du type à Injection indirecte comportant une chaire de turbulence (28) reçue dans un alésage de la culasse (1), caractérisé en ce que la chambre de turbulence sera implantée dans la culasse avec un retrait (29) par rapport au plan de joint (3) de la culasse de O à 0,03 millimètre. 10) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé par l'usinage qui reçoit le joint (5) non plus dans le bloc cylindres ou les chemises, mais dans la culasse (1).