Brevet FR2905989A3 — publié le 20080321

FR 2905989 A3 20080321 FR 0608203 A 20060919 1 DISPOSITIF MOTEUR COMPORTANT UN JOINT D'ÉTANCHÉITÉ INSÉRÉ ENTRE UN CARTER CYLINDRE ET UNE CULASSE La présente invention concerne un dispositif moteur 5 à combustion interne, qui est notamment pourvu d'un carter cylindre et d'une culasse entre lesquels est intercalé un joint d'étanchéité. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine 10 automobile. Dans un moteur à explosion de véhicule automobile, l'étanchéité entre le carter cylindre et la culasse est classiquement assurée par un joint dit de culasse, qui est à même de résister à des contraintes thermiques, 15 mécaniques et chimiques très importantes. Ce type de joint présente habituellement une structure composite qui est constituée d'un empilement de feuilles, généralement métalliques, à travers lequel sont percés une multitude de trous traversants 20 respectivement dédiés à l'étanchéité de chaque chambre de 25 combustion, à refroidissement, lubrification, et d'assemblage. Les faces cylindre et de la sont destinées à l'autre et à êtrela continuité du circuit de à la continuité du circuit de au passage des vis ou des goujons d'assemblage respectives du carter culasse, c'est-à-dire les surfaces qui être positionnées en regard l'une de en contact avec le joint de culasse, présentent traditionnellement une parfaite planéité. 30 Afin d'offrir une plus grande efficacité, la plupart des joints de culasse utilisés aujourd'hui intègrent une cale d'épaisseur autour de chaque ouverture pour chambre de combustion. Concrètement, il s'agit généralement d'un anneau métallique qui est implanté 2905989 2 directement le long du bord délimitant l'ouverture en question, et qui génère localement une surépaisseur par rapport au reste du joint. Cette caractéristique permet notamment d'obtenir un effort de serrage plus élevé autour de chaque chambre de combustion, et donc une étanchéité bonifiée une fois chaque cale comprimée entre le carter cylindre et la culasse. Ce type de joint de culasse présente toutefois l'inconvénient d'offrir une efficacité encore insuffisante. En effet, il se produit assez souvent des fuites de gaz de combustion au niveau des portions transversales des cales, c'est-à-dire des portions les plus excentrées par rapport au plan longitudinal passant par les axes de symétrie des différents cylindres. Il y a principalement trois explications à ce phénomène. La première est que les efforts de serrage se répartissent mal sur la circonférence des cales ; la compression de ces dernières étant systématiquement moins importante dans les portions les plus transversales. La seconde raison pour laquelle on observe des fuites est que la culasse présente une rigidité relativement hétérogène, à cause de la dissymétrie formelle existant entre la partie admission et la partie échappement de ladite culasse. Il en résulte que cette dernière est intrinsèquement prédisposée à fléchir sous l'action de la pression des gaz de combustion, notamment au niveau de la partie échappement. La troisième explication quant à l'origine des fuites de gaz de combustion, concerne la dilatation thermique des matériaux. Avec la montée en température, les faces d'assemblage de la culasse et du carter cylindre ont en effet naturellement tendance à se bomber, et par conséquent à s'écarter localement l'une de l'autre 2905989 3 au niveau des portions transversales des cales. Cela a pour effet de réduire encore la compression du joint dans ces zones, et donc l'étanchéité. Pour remédier à l'ensemble de ces difficultés, il 5 est bien entendu possible d'accroître la pression de serrage de la culasse. Cependant, cette technique trouve rapidement ses limites puisque les tenues mécaniques des vis d'assemblage et de la culasse ne sont pas illimitées. Quand la pression de serrage ne peut 10 raisonnablement plus être augmentée, il est connu d'utiliser des joints de culasse avec des cales d'épaisseur variable le long de leurs circonférences ; les hauteurs maximales correspondant aux portions les plus transversales. Mais l'inconvénient de joints aussi 15 complexes, est qu'ils s'avèrent très délicats à réaliser, et donc au final particulièrement onéreux à fabriquer. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention, est de proposer un dispositif moteur à combustion interne, comportant un joint de 20 culasse intercalé entre une face d'assemblage d'un carter cylindre et une face d'assemblage d'une culasse, dispositif moteur qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant notamment une étanchéité sensiblement améliorée entre la culasse et le 25 carter cylindre. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce qu'au moins une des faces d'assemblage présente une forme concave. Si le carter cylindre ou la culasse peuvent 30 indistinctement comporter une face d'assemblage creuse, il apparaît particulièrement avantageux que les deux en soient pourvus simultanément. Une telle configuration permet en effet de répartir la concavité sur les deux éléments à assembler, en fonction des rigidités 2905989 4 intrinsèques et des capacités de dilation respectives du carter cylindre et de la culasse. Il est entendu par ailleurs que la forme de chaque creux peut à priori être quelconque. Cela signifie en 5 d'autres termes que le profil longitudinal et la section transversale de chaque concavité peuvent être indifféremment réguliers ou irréguliers, sous réserve bien entendu que la forme finale soit creuse. Dans la pratique cependant, chaque forme concave sera de 10 préférence optimisée en fonction notamment de la structure, de la taille, de la forme et des matériaux constitutifs du carter cylindrique et de la culasse, et ce pour un bloc moteur donné et des conditions d'utilisations prédéterminées. 15 L'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de favoriser le contact entre les bords longitudinaux du carter cylindre d'une part, et ceux de la culasse d'autre part. Le serrage des vis d'assemblage va ainsi générer une surpression au niveau des portions 20 transversales de chaque cale, et donc une amélioration significative de l'étanchéité dans les zones à risques du joint de culasse. La présence de concavités au niveau des faces d'assemblage permet également de compenser les effets 25 d'une éventuelle dilatation thermique excessive du carter cylindre et/ou de la culasse. Concrètement, cette caractéristique permet de limiter voire annihiler le phénomène de cintrage des faces d'assemblage, qui apparaît naturellement lorsque le dispositif moteur est à 30 la fois chaud et fortement sollicité. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être 2905989 5 considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, est destinée à mieux faire comprendre en quoi 5 consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Elle est par ailleurs donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente la portion centrale d'un joint de culasse destiné à équiper un dispositif moteur 10 conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma en coupe transversale montrant une culasse conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de dessus qui illustre schématiquement la réalisation d'une face d'assemblage 15 conforme à l'invention. La figure 4 est une représentation similaire à la figure 3, mais en vue de côté. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, 20 seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. La figure 1 illustre un joint de culasse 1 qui est destiné à assurer l'étanchéité entre un carter cylindre 25 et une culasse 100 d'un moteur à explosion de véhicule automobile. De manière tout à fait traditionnelle, ce joint de culasse 1 est constitué d'un empilement de feuilles métalliques 2 sensiblement rectangulaires, à travers 30 lequel sont percés une multitude de trous traversants 10, 20, 30, 40. On trouve tout d'abord des ouvertures 10 parfaitement circulaires, qui sont destinées à venir en regard des chambres de combustion classiquement ménagées 2905989 6 en partie à travers le carter cylindre, et en partie à l'intérieur de la culasse 100. On note ensuite l'existence de trous 20 de sections irrégulières, qui participent à la continuité du circuit 5 de refroidissement du moteur. On observe également la présence d'une multitude de petits orifices 30, qui sont quant à eux chargés d'assurer la continuité du circuit de lubrification du moteur. 10 On remarque enfin une série de trous circulaires 40 qui sont voués au passage des vis d'assemblage permettant de solidariser rigidement le carter cylindre et la culasse 100. Il est à noter qu'à ce stade de la description, la 15 forme du joint de culasse 1 correspond sensiblement à l'identique à celles des faces d'assemblage 110 respectives du carter cylindre et de la culasse 100. Cela est toutefois parfaitement logique puisque encore une fois, il doit obligatoirement y avoir une certaine 20 continuité formelle entre ces trois composants du moteur. Mais en dehors de cette pluralité de trous traversants 10, 20, 30, 40, et de manière tout aussi traditionnelle, le joint de culasse 1 est par ailleurs pourvu de nombreuses nervures d'étanchéité saillantes 50, 25 51, 60 dont la fonction est de renforcer encore plus strictement la séparation entre le circuit d'huile, le circuit d'eau et les chambres de combustion du moteur. Plus précisément, on distingue les nervures 50, 51 assurant l'étanchéité entre le circuit d'eau et le 30 circuit d'huile, ainsi que les nervures 60 spécifiquement dédiées à l'étanchéité entre le circuit d'huile et les chambres de combustion. Dans ce mode particulier de réalisation, choisi uniquement à titre d'exemple, le joint de culasse est en 2905989 7 outre doté de cales d'épaisseur 70 autour des ouvertures 10 correspondant aux chambres de combustion. Il s'agit classiquement d'une série d'anneaux métalliques qui sont intégrés respectivement le long des 5 bords délimitant les différentes ouvertures 10, et qui présentent une surépaisseur sensible par rapport au reste du joint 1. Ainsi que cela apparaît partiellement à la figure 2, et conformément à l'objet de la présente invention, la 10 face d'assemblage du carter cylindre et la face d'assemblage 110 de la culasse 100 sont toutes deux de formes concaves. Selon une particularité de l'invention, la forme concave de chaque face d'assemblage 110 présente 15 longitudinalement un profil sensiblement linéaire. Cela signifie en d'autres termes que la section transversale de chaque forme concave est constante sur toute la longueur de cette dernière. Selon une autre particularité de l'invention, la 20 forme concave de chaque face d'assemblage 110 présente transversalement une section sensiblement circulaire. Cela veut dire dans ce cas précis que sur toute section de chaque forme concave, la courbure est relativement régulière. 25 On rappelle ici que les termes "longitudinal" et "transversal" s'entendent par rapport au plan P passant par les axes de symétr__e des différents cylindres, et conséquemment par l'axe de rotation du vilebrequin équipant par ailleurs le moteur. 30 Selon une autre particularité de l'invention, chaque forme concave présente avantageusement une profondeur comprise entre 50 et 250 qm. 2905989 8 Conformément à un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, chaque forme concave est réalisée par usinage, et notamment par fraisage. De manière particulièrement avantageuse, l'usinage 5 de chaque forme concave est effectuée à l'aide d'une fraise 200 qui présente un diamètre supérieur à la largeur de face d'assemblage 110 (figure 3), et qui est inclinée par rapport à ladite face d'assemblage 110 suivant un axe A coplanaire au plan longitudinal P 10 passant par les axes de symétrie des différents cylindres du moteur (figure 4). On comprend bien que dans ce cas précis, l'usinage de chaque forme concave s'avère extrêmement simple à mettre en oeuvre, et donc particulièrement peu coûteux à réaliser. 15 Ainsi que cela a déjà été précisé précédemment, le joint de culasse 1 étant doté d'au moins une ouverture 10 destinée à venir en regard d'une chambre de combustion, ledit joint 1 est en outre avantageusement pourvu d'une cale de surépaisseur 70 qui s'étend le long du bord 20 délimitant ladite ouverture 10. Il est en effet particulièrement indiqué de combiner l'utilisation d'un joint de culasse 1 intégrant des cales d'épaisseur 70, avec un dispositif moteur conforme à l'invention, c'est-à-dire dont le carter 25 cylindre et/ou la culasse 100 dispose d'une face d'assemblage 110 de forme concave. Le rôle des cales 70 demeure de compenser des éventuels défauts de planéité et/ou des déformations de chaque face d'assemblage et/ou des défauts de serrage de l'ensemble. 30 Bien entendu, l'invention concerne plus généralement tout véhicule automobile doté d'au moins un dispositif moteur tel que précédemment décrit. REVENDICATIONS 1. Dispositif moteur à combustion interne, comportant un joint de culasse (1) intercalé entre une face d'assemblage d'un carter cylindre et une face d'assemblage (110) d'une culasse (100), caractérisé en ce qu'au moins une des faces d'assemblage (110) présente une forme concave. 2. Dispositif moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme concave présente longitudinalement un profil sensiblement linéaire. 3. Dispositif moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la forme concave présente transversalement une section sensiblement circulaire. 4. Dispositif moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la forme concave présente une profondeur comprise entre 50 et 250 im. 5. Dispositif moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la forme concave est réalisée par fraisage. 6. Dispositif moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la forme concave est réalisée à l'aide d'une fraise (200) qui présente un diamètre supérieur à la largeur de la face d'assemblage (110), et qui est inclinée par rapport à ladite face d'assemblage (110) suivant un axe (A) coplanaire au plan longitudinal (P) passant par les axes de symétrie des différents cylindres. 7. Dispositif moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le joint de culasse (1) comprenant au moins une ouverture (10) destinée à venir en regard d'une chambre de combustion, 2905989 10 ledit joint de culasse (1) comporte en outre une cale de surépaisseur (70) qui s'étend le long du bord délimitant ladite ouverture (10). 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il 5 comporte au moins un dispositif moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.