WO1992006319A1 - Joint de culasse a double sertissures - Google Patents

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WO1992006319A1
WO1992006319A1 PCT/FR1991/000764 FR9100764W WO9206319A1 WO 1992006319 A1 WO1992006319 A1 WO 1992006319A1 FR 9100764 W FR9100764 W FR 9100764W WO 9206319 A1 WO9206319 A1 WO 9206319A1
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crimp
cylinder head
head gasket
crimps
crimping
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PCT/FR1991/000764
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Christine Michelle Jocelyne Bertrand
Daniel Montresor
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Meillor S.A.
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/12—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering
    • F16J15/121—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement
    • F16J15/122—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement generally parallel to the surfaces
    • F16J15/123—Details relating to the edges of the packing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F11/00—Arrangements of sealings in combustion engines 
    • F02F11/002—Arrangements of sealings in combustion engines  involving cylinder heads

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder head gasket with multiple crimps.
  • a known cylinder head gasket comprises a lining of elastoplastic material, consisting of at least one plate based on fibers, fillers and binders, generally reinforced by a central metal frame. This seal provides sealing between the planes of the cylinder head and the block, it is cut to the right of the bores of the cylinders and includes metal crimp mounted around these cutouts. These crimps protect the material plate from the gases of the combustion chamber proper. They also strengthen the sealing of the combustion chambers.
  • a cylinder head gasket must be balanced, that is to say that the density must be high enough, in particular under the crimp, so that the load is sufficient during tightening so as to ensure gas tightness.
  • the density is notam depending on the thickness of the crimping metal.
  • a lower density is needed outside the crimping area so that the seal can follow the different expansions.
  • a stress is imposed on the crimp by the construction of the cylinder head itself and of its defects, so that the crimp must fill these defects.
  • the invention overcomes these drawbacks and proposes a cylinder head gasket with double crimping, which provides mechanical and thermal reinforcement of a particular zone, which provides a double fire barrier, which maintains the balancing of densities, which makes it possible to increase the stiffness very locally without disturbing the balancing of the joint, which can lower the cost by reducing the quantity of noble material to be used, which limits manufacturing errors by simultaneous installation of two "normal" crimps.
  • the cylinder head gasket for an internal combustion engine comprises a gasket made of elastoplastic material made up in particular of fibers, fillers and binders, reinforced in its median plane by a metal frame, bores at right cylinders and a metal crimp crimped on the edges of these bores which is characterized in that this crimp comprises a first crimp with sen profile only in C and at least a second independent crimp interposed between the first crimp and the plate of elastoplastic material.
  • the first and second crimps each have a constant thickness.
  • the second crimp has a contoured wing identical to that of the first crimp and a raised wing of variable size depending on the position of the area to be reinforced.
  • the first crimp has a reduced thickness compared to a single crimp so that the seal retains its density.
  • the first and second crimps can also be made in two different metals.
  • the second crimp is centered on the first and they are crimped simultaneously.
  • the wings of the second crimp are contiguous to the right of the inter-cylinder zone.
  • FIG. 1 an exploded perspective view of a portion of the cylinder head gasket according to the invention
  • FIG. 2 a top view of a second crimp with localized reinforcement, before crimping
  • FIG. 3 a top view of a first and second crimping with localized reinforcement, after crimping, FIG. 4, a sectional view along line 4-4 of FIG. 3,
  • FIG. 5 a sectional view along line 5-5 of FIG. 3,
  • FIG. 6 a top view of a second crimp with reinforcement in the inter-cylinder, before crimping
  • FIG. 7 a top view of a first and second crimping with inter-cylinder reinforcement, after crimping
  • FIG. 8 a sectional view along line 8-B in FIG. 7,
  • FIG. 9 a sectional view along line 9-9 of FIG. 7,
  • FIG. 10 a top view of a second crimp in the case of an engine with pre-combustion chamber, before crimping
  • FIG. 11 a top view of a first and a second crimp in the case of an engine with a pre-combustion chamber, after crimping,
  • FIG. 12 a sectional view along the line 12-12 of FIG. 11, and
  • FIG. 1 represents a part of a plate 10 of a cylinder head gasket for an internal combustion engine, a first crimp 12 and a second crimp 14 before crimping.
  • This plate includes bores 16 to the right of the cylinders and bores 18, of smaller diameter for the circulation of fluids and the passage of screws.
  • the plate 10 is made up of fibers, fillers and binders. It is reinforced by a frame metal 20 disposed in the median plane of the plate.
  • the first crimp 12 is produced by cutting a ring from a sheet of metal, generally steel, which undergoes a first deformation which consists in raising the inner wing 22 from the cut profile with respect to the contoured wing 24.
  • the raised wing is perpendicular to the plate when the contoured wing is parallel to this plate.
  • the diameter of the first crimp, on the outside of the raised wing, is slightly less than the diameter of the bores made in the plate to the right of the cylinders.
  • the second crimp has an inside diameter slightly greater than the outside diameter of the first crimp so that its raised wing 25 can fit inside the first crimp.
  • the second setting is therefore automatically centered on the first.
  • the outer diameter of the raised wing of the second crimp is slightly less than the diameter of the bore 16 formed in the plate 10.
  • the cut-out wing 27 of the second crimp is identical to the cut-out wing of the first crimp except the sector 23 which includes only one raised wing without a contoured wing.
  • Each setting is made in a sheet of constant thickness.
  • FIG 2 there is shown a second crimp 26 after cutting from the base metal sheet.
  • This second setting includes a substantially eight-shaped cutout with an intermediate part which corresponds to the area inter-cylinders and two rings which correspond to the cylinders.
  • the second crimp is provided when cutting an additional surface of metal or reinforcement 28 so that this reinforcement comes in line with the sensitive zone after crimping.
  • FIG. 3 represents this position after crimping of the first and second crimps.
  • the reinforcement 28 is shown in broken lines as well as the second crimp while the first crimp is shown in solid lines.
  • the different components of the cylinder head gasket namely the plate 10, the frame 20, the first crimp 12 and, between this crimp and the plate, the second crimp 14 which extends only up to the frame in the upper part, the lower part perfectly overlapping the first setting.
  • This cut corresponds to the double crimping according to the invention in a so-called normal zone.
  • the second crimp Over all the rest of the periphery, the second crimp only has a raised wing of low height which only provides double protection of the plate with the first crimp in line with the thickness of the plate.
  • the height of this raised wing corresponds to the height of the trim under crimping after tightening of the joint.
  • the raised wing remains.
  • the clipped wing is removed.
  • the raised wing it has substantially the same height as the edge of the bore as shown in FIG. 9.
  • FIGS. 10 to 13 show a particular embodiment corresponding to an engine of the type comprising a pre-combustion chamber 32.
  • the sensitive area to be reinforced is located between the cylinder and this chamber. It is therefore necessary to superimpose the two crimps at this location.
  • the seal immediately below the pre-chamber the seal must have a relative flexibility, so that the second crimping is interrupted below this pre-chamber.
  • the cylinder head gasket according to the invention has many advantages since it makes it possible to reinforce an area delimited with precision, it allows automatic centering of the second setting relative to the first.
  • the two crimps are crimped simultaneously which does not increase the duration of this crimping operation and this even results in an advantage since the presence of the second crimp fitted with the first can avoid accidental mounting of two identical crimps like this. could occur with single crimp cylinder head gaskets.
  • this double crimp can be used to reinforce the stiffness locally around the different bores of the joint.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Abstract

Joint de culasse pour moteur à combustion interne comprenant une plaque en matériau élastoplastique renforcée dans son plan médian par une armature (20) métallique, des alésages et au moins deux sertissures métalliques coaxiales serties sur les bords de ces alésages caractérisé en ce que la première sertissure a un profil sensiblement en C et la seconde sertissure est continue et comprend, au moins sur un secteur, uniquement une aile relevée (25) de la hauteur du chant de l'asésage, l'aile détourée au droit de ce secteur étant supprimée.

Description

JOINT DE CULASSE A DOUBLE SERTISSURES .
La présente invention a pour objet un joint de culasse à sertissures multiples.
Les joints de culasse des moteurs à combustion interne sont soumis à des conditions de travail de plus en plus dures et l'industrie qui les utilise, essentiellement l'industrie automobile, requiert des durées de fonctionnement de plus en plus longues. Le recours à des matériaux de substitution à l'amiante a amené également l'industrie des joints de culasse à reconsidérer la conception des joints. Un joint de culasse connu comprend une garniture de matériau élasto-plastique, constituée d'au moins une plaque à base de fibres, de charges et de liants, généralement renforcée par une trame métallique médiane. Cette garniture assure l'étanchéité entre les plans de la culasse et du bloc, elle est découpée au droit des alésages des cylindres et comprend des sertissures métalliques montées autour de ces découpes. Ces sertissures protègent la plaque en matériau des gaz de la chambre de combustion proprement dite. Elles renforcent également l'étanchéité des chambres de combustior.
Il subsiste néanmoins un problème qui concerne le renforcement local au gaz d'un joint de culasse à la périphérie d'un cylindre. Ce problème est rendu délicat par le fait qu'un joint est une combinaison de différents éléments entre eux qui permet d'obtenir un équilibre notamment du point de vue de la densité.
En effet un joint de culasse doit être équilibré c'est à dire que la densité doit être suffisamment élevée notamment sous la sertissure pour que la charge soit suffisante lors du serrage de façon à assurer l'étanchéité aux gaz. La densité est notam ment fonction de l'épaisseur du métal de sertissage. Par contre, il faut une densité plus basse en dehors de la zone de sertissage de façon que le joint puisse suivre les différentes dilatations. Une contrainte est imposée à la sertissure par la construction de la culasse elle-même et de ses défauts, si bien que la sertissure doit combler ces défauts.
Dans ce cas, il faut modifier l'épaisseur et la forme de la sertissure mais cette solution conduit à augmenter le coût du joint. Ce coût croît de même si l'on augmente l'épaisseur totale du matériau élasto-plastique avec le risque supplémentaire d'augmenter la relaxation.
L'invention pallie ces inconvénients et propose un joint de culasse à double sertissure, qui assure le renforcement mécanique et thermique d'une zone particulière, qui assure une double barrière parefeu, qui conserve l'équilibrage des densités, qui permet d'augmenter la raideur très localement sans perturber l'équilibrage du joint, qui peut abaisser le coût par diminution de la quantité de matériau noble à utiliser, qui limite les erreurs de fabrication par mise en place simultanée de deux sertissures "normales".
Dans ce but, le joint de culasse pour moteur à combustion interne selon l'invention comprend une garniture en matériau élasto-plastique constituée notamment de fibres, de charges et de liants, renforcée dans son plan médian par une armature métallique, des alésages au droit des cylindres et une sertissure métallique sertie sur les bords de ces alésages qui se caractérise en ce que cette sertissure comprend une première sertissure à profil sen siblement en C et au moins une deuxième sertissure indépendante interposée entre la première sertissure et la plaque en matériau élasto-plastique. Selon une autre caractéristique de l'invention les première et seconde sertissures ont chacune une épaisseur constante.
Selon une caractéristique particulière de l'invention la seconde sertissure a une aile détourée identique à celle de la première sertissure et une aile relevée de dimension variable en fonction de la position de la zone a renforcer.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention la première sertissure a une épaisseur diminuée par rapport à une sertissure unique de façon que le joint conserve sa densité.
La première et la seconde sertissures peuvent également être réalisées dans deux métaux différents.
De plus la seconde sertissure est centrée sur la première et elles sont serties simultanément.
Selon une caractéristique particulière les ailes de la seconde sertissure sont jointives au droit de la zone inter-cylindres.
L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier en regard des dessins annexés sur lesquels les figures représentent :
- la figure 1, une vue éclatée en perspective d'une portion du joint de culasse selon l'invention,
- la figure 2, une vue de dessus d'une seconde sertissure avec renfort localisé, avant sertissage,
- la figure 3, une vue de dessus d'une première et seconde sertissures avec renfort localisé, après sertissage, - la figure 4, une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3,
- la figure 5, une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 3,
- la figure 6, une vue de dessus d'une seconde sertissure avec renfort à l'inter-cylindres, avant sertissage,
- la figure 7, une vue de dessus d'une première et seconde sertissures avec renfort inter-cylindres, après sertissage,
- la figure 8, une vue en coupe selon la ligne 8-B de la figure 7,
- la figure 9, une vue en coupe selon la ligne 9-9 de la figure 7,
- la figure 10, une vue de dessus d'une seconde sertissure dans le cas d'un moteur avec pré-chambre de combustion, avant sertissage,
- la figure 11, une vue de dessus d'une première et d'une seconde sertissures dans le cas d'un moteur avec pré-chambre de combustion, après sertissage,
- la figure 12, une vue en coupe selon la ligne 12- 12 de la figure 11, et
- la figure 13, une vue en coupe selon la ligne 13-13 de la figure 11.
La figure 1 représente une partie d'une plaque 10 d'un joint de culasse pour moteur à combustion interne, une première sertissure 12 et une seconde sertissure 14 avant sertissage. Cette plaque comprend des alésages 16 au droit des cylindres et des alésages 18, de plus petit diamètre pour la circulation des fluides et le passage des vis.
La plaque 10 est constituée de fibres, de charges et de liants. Elle est renforcée par une armature métallique 20 disposée dans le plan médian de la plaque.
La première sertissure 12 est réalisée par découpe d'un anneau dans une feuille de métal, généralement de l'acier, qui subit une première déformation qui consiste à relever l'aile 22 intérieure du profil découpé par rapport a l'aile détourée 24. L'aile relevée se trouve perpendiculaire à la plaque lorsque l'aile détourée est parallèle à cette plaque. Le diamètre de la première sertissure, a l'extérieur de l'aile relevée, est légèrement inférieur au diamètre des alésages ménagés dans la plaque au droit des cylindres.
La seconde sertissure a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la première sertissure de façon que son aile relevée 25 puisse s'emboîter à l'intérieur de la première sertissure. La seconde sertissure est donc automatiquement centrée sur la première. Le diamètre extérieur de l'aile relevée de la seconde sertissure est légèrement inférieur au diamètre de l'alésage 16 ménagé dans la plaque 10. L'aile détourée 27 de la seconde sertissure est identique à l'aile détourée de la première sertissure sauf le secteur 23 qui ne comprend qu'une aile relevée sans aile détourée. De plus l'aile relevée a la hauteur du chant de l'alésage.
Chaque sertissure est réalisée dans une feuille d'épaisseur constante.
Sur la figure 2, on a représenté une seconde sertissure 26 après découpe dans la feuille de métal de base. Cette seconde sertissure comprend une découpe sensiblement en forme de huit avec une partie intermédiaire qui correspond à la zone inter-cylindres et deux anneaux qui correspondent aux cylindres.
Lorsque le moteur correspondant comprend une zone sensible pour laquelle il convient de renforcer le joint de culasse, la seconde sertissure est munie lors de la découpe d'une surface supplémentaire de métal ou renfort 28 de façon que ce renfort vienne au droit de la zone sensible après sertissage.
La figure 3 représente cette position après sertissage des première et seconde sertissures.
Le renfort 28 est représenté en trait discontinu ainsi que la seconde sertissure tandis que la première sertissure est représentée en trait plein. Sur la coupe de la figure 5, on retrouve les dif- férents composants du joint de culasse à savoir la plaque 10, l'armature 20, la première sertissure 12 et, entre cette sertissure et la plaque, la seconde sertissure 14 qui se prolonge seulement jusqu'à l'armature en partie supérieure, la partie inférieure se superposant parfaitement à la première sertissure. Cette coupe correspond à la double sertissure selon l'invention dans une zone dite normale.
La coupe de la figure 4 par contre est réalisée dans une zone sensible, au droit du renfort 28. Les éléments identiques portent les mêmes références que précédemment. Cette coupe montre bien le renfort qui, après sertissage, se prolonge à la partie supérieure de la plaque en superposition complète avec la première sertissure 12.
Sur la figure 6 les mêmes éléments portent les mêmes références à l'exception du renfort 30 qui est prévu dans la zone inter-cylindres. Ce renfort est découpé avec un rayon supérieur à celui de l'alésage 16 de façon que la première sertissure se replie bord à bord dans cette zone inter-cylindres ainsi que cela est représenté aux figures 7 et 8. La seconde sertissure dans ce mode de réalisation est même dépassante car la première sertissure ne vient pas bord à bord. Ceci est d'autant plus sensible que l'on s'éloigne de la partie centrale de l'inter-cylindres.
Sur tout le reste de la périphérie la deuxième sertissure possède seulement une aile relevée de faible hauteur qui vient uniquement assurer une double protection de la plaque avec la première sertissure au droit de l'épaisseur de la plaque. La hauteur de cette aile relevée correspond à la hauteur de la garniture sous sertissure après serrage du joint.
Sur la partie 23 par contre, seule l'aile relevée subsiste. L'aile détourée est supprimée. Quant à l'aile relevée, elle a sensiblement la même hauteur que le chant de l'alésage ainsi que représenté sur la figure 9.
Sur les figures 10 à 13, on a représenté un mode de réalisation particulier correspondant à un moteur de type comportant une pré-chambre de combustion 32.
Dans ce cas la zone sensible à renforcer se situe entre le cylindre et cette chambre. Il faut donc une superposition des deux sertissures à cet endroit. Par contre, immédiatement au dessous de la pré-chambre le joint doit présenter une relative souplesse, si bien que la seconde sertissure est interrompue au dessous de cette pré-chambre.
Le joint de culasse selon l'invention présente de nombreux avantages puisqu'il permet de renforcer une zone délimitée avec précision, il permet un centrage automatique de la seconde sertissure par rapport à la première. De plus les deux sertissures sont serties simultanément ce qui n'augmente pas la durée de cette opération de sertissage et il en résulte même un avantage car la présence de la seconde sertissure emboîtée avec la première peut éviter le montage accidentel de deux sertissures identiques comme cela pouvait se produire avec les joints de culasse à sertissure unique. Il est possible de prévoir une languette sur la seconde sertissure qui déborde après sertissage afin que cette languette serve de témoin de présence de cette seconde sertissure. En effet ces sertissures sont excessivement fines et l'erreur de montage restait possible dans le cas des joints de l ' art antérieur.
Selon une variante de l'invention cette double sertissure peut être utilisée pour renforcer la raideur localement autour des différents alésages du joint.

Claims

REVENDICATIONS
1. Joint de culasse pour moteur à combustion interne comprenant une plaque en matériau élastoplastique renforcée dans son plan médian par une armature (20) métallique, des alésages et au moins deux sertissures métalliques coaxiales serties sur les bords de ces alésages caractérisé en ce que la première sertissure a un profil sensiblement en C et la seconde sertissure est continue et comprend, au moins sur un secteur, uniquement une aile relevée (25) de la hauteur du chant de l'alésage, l'aile détourée au droit de ce secteur étant supprimée.
2. Joint de culasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde sertissures (12, 14) ont chacune une épaisseur constante.
3. Joint de culasse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde sertissure (14) a une aile relevée (25) de dimensions adaptées en fonction de la zone à renforcer.
4. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première sertissure (12) a une épaisseur diminuée par rapport à une sertissure unique de façon à conserver la densité initiale du joint.
5. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux sertissures (12, 14) sont en métaux différents.
6. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde sertissure (14) comprend, dans la zone inter-cylindres, des renforts (30) qui sont jointifs après sertissage.
7. Joint de culasse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la seconde sertissure comprend une languette témoin qui déborde de la première sertissure après sertissage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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