FR2863677A1

FR2863677A1 - Hydrocarbon vapour resistant seal for vehicle engine block is made from two materials with elastic properties, one of which has low vapour permeability

Info

Publication number: FR2863677A1
Application number: FR0314771A
Authority: FR
Inventors: Marc Dumont
Original assignee: AMKEY MGT
Current assignee: AMKEY MGT
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-06-17

Abstract

The seal, which has a T, U or four-lobed cross-section and is made by over-moulding or co-extrusion, consists of first and second parts made from materials with different physical and mechanical properties. Both materials have elastic properties and a hardness of between 20 and 100 Shore A, and one of them has a low permeability for hydrocarbon vapours.

Description

1 L'invention concerne un profilé d'étanchéité destiné à une pièce deThe invention relates to a sealing profile intended for a piece of

cartérisation pour véhicule automobile en particulier un joint pour couvre-culasse ou pour carter d'huile. motor vehicle unit, in particular a gasket for a cylinder head cover or for an oil sump.

Les couvre-culasses traditionnels comportent en général une gorge annulaire dans laquelle vient se loger un profilé d'étanchéité appelé joint d'étanchéité dont la géométrie est complémentaire de la gorge. La fonction étanchéité est assurée grâce à la déformation élastique du joint dans sa gorge. Le joint provoque à son tour une contre-réaction, qui entraîne, à long terme, la déformation du couvre-culasse thermoplastique entre les points de fixation. La contre réaction du joint doit être la plus faible possible pour limiter la déformation du couvre culasse plastique dans le temps. La contre-réaction doit cependant rester suffisante pour garantir, même après vieillissement du joint et du couvre culasse, une pression nécessaire à la bonne étanchéité. The traditional cylinder head covers generally comprise an annular groove in which is housed a sealing profile called gasket whose geometry is complementary to the groove. The sealing function is ensured thanks to the elastic deformation of the seal in its groove. The seal in turn causes a counter-reaction, which results, in the long run, the deformation of the thermoplastic head cover between the fixing points. The counter reaction of the seal should be as small as possible to limit the deformation of the plastic cover over time. The feedback must, however, remain sufficient to ensure, even after aging of the seal and the cylinder head cover, a necessary pressure to the good seal.

L'élasticité du matériau constituant le joint est donc un paramètre déterminant pour assurer I 'étanchéité de la pièce. L'élasticité du matériau constituant le joint doit être garantie pour des températures allant de -40 C à +150 C, et ne doit pas évoluer significativement même après vieillissement de la pièce. The elasticity of the material constituting the seal is therefore a decisive parameter to ensure the tightness of the part. The elasticity of the material constituting the joint must be guaranteed for temperatures ranging from -40 C to +150 C, and must not change significantly even after aging of the room.

De plus, dans certains cas, le joint d'étanchéité assure une fonction de découplage de 20 façon à amortir les vibrations générées par le bloc moteur. Dans ce cas l'élasticité du joint est également indispensable pour assurer un bon découplage. In addition, in some cases, the seal provides a decoupling function to dampen vibrations generated by the engine block. In this case the elasticity of the seal is also essential to ensure good decoupling.

Enfin, les matériaux constituant les joints doivent bien sûr être imperméables à l'huile, pour éviter une fuite d'huile au niveau du joint lui-même, et inertes chimiquement vis à vis des 25 hydrocarbures de façon à ne pas être altérés par les hydrocarbures eux-mêmes. Finally, the materials constituting the seals must of course be impervious to oil, to prevent oil leakage at the joint itself, and chemically inert with respect to the hydrocarbons so as not to be altered by the hydrocarbons themselves.

Lors de la conception d'un joint pour pièce de cartérisation, l'homme de métier n'a à sa disposition qu'un petit nombre de matériaux ayant ces caractéristiques techniques, et économiquement acceptables. II est ainsi orienté vers des matériaux type AEM (à base de d'éthylène acrylique) ou vers des matériaux ACM (à base de polyacrylique). Ce type de matériaux présente une élasticité comprise entre 35 et 70 shore A. De nouvelles normes environnementales, et en particulier les normes californiennes SULEV et ZEV; imposent une limitation drastique des émissions d'acides organiques volatiles (appelés C.O.V.) par véhicule. La norme ZEV stipule ainsi qu'en 2007, 10% du parc automobile ne devra produire aucune émission de C.O.V. In the design of a joint for a part of a frame, the skilled person has at his disposal only a small number of materials having these technical characteristics, and economically acceptable. It is thus oriented towards AEM type materials (based on ethylene acrylic) or towards ACM materials (based on polyacrylic). This type of material has an elasticity between 35 and 70 shore A. New environmental standards, and in particular California standards SULEV and ZEV; impose a drastic limitation of emissions of volatile organic acids (called C.O.V.) per vehicle. The ZEV standard stipulates that in 2007, 10% of the fleet will not have to produce any emission of C.O.V.

Les matériaux constituant les joints doivent donc de surcroît être imperméables aux vapeurs d'hydrocarbures, pour éviter la fuite de vapeurs d'huile du carter d'huile vers l'extérieur du véhicule au niveau des joints d'étanchéité. En effet les molécules d'acides Z 2863677 organiques volatiles sont effet susceptibles de diffuser à travers les matériaux traditionnels constituant les joints, et en particulier les élastomères, et ainsi atteindre l'atmosphère. The materials constituting the seals must therefore be impervious to hydrocarbon vapors, to prevent leakage of oil vapors from the oil sump to the outside of the vehicle at the seals. Indeed the molecules of volatile organic acids Z 2863677 are likely to diffuse through the traditional materials constituting the joints, and in particular the elastomers, and thus reach the atmosphere.

Ce sont ces réductions d'émissions qui sont visée par les normes type SULEV et ZEV. II existe des tests standards de mesure de la perméabilité aux hydrocarbures, comme ceux décrits par exemple dans la norme américaine ASTM D-814-95 Standard Test Method for Rubber Property Vapor Transmission of Volatile Liquids. It is these emissions reductions that are covered by the SULEV and ZEV type standards. There are standard tests for measuring hydrocarbon permeability, such as those described, for example, in the American Standard ASTM D-814-95 Standard Test Method for Rubber Property Vapor Transmission of Volatile Liquids.

Pour satisfaire ces nouvelles exigences réglementaires, l'homme de métier n'a à sa disposition qu'une gamme très restreinte de matériaux présentant l'ensemble de ces caractéristiques physico-chimiques. Des composés fluorocarbonés, comme le matériau vendu sous le nom commercial Viton sont ainsi couramment utilisés. Cependant, de tels matériaux présentent des duretés supérieures à 70 shore. Pour assurer une étanchéité même après vieillissement, la faible élasticité du joint doit être compensée par une rigidité plus importance de la pièce de cartérisation, qui comprend des éléments de rigidification supplémentaires, comme des nervures ou davantage de points de fixation. To meet these new regulatory requirements, the skilled person has at his disposal a very limited range of materials having all of these physico-chemical characteristics. Fluorocarbon compounds, such as the material sold under the trade name Viton are thus commonly used. However, such materials have hardnesses greater than 70 shore. To ensure a seal even after aging, the low elasticity of the seal must be compensated for by greater rigidity of the piece of cartilage, which includes additional stiffening elements, such as ribs or more attachment points.

Une solution alternative consiste à utiliser un assemblage de deux joints distincts aux propriétés physiques et chimiques différentes: un joint réalisé en matériau élastomère conventionnel, choisi pour ses propriétés d'élasticité, et un joint réalisé dans un matériau thermoplastique-fluoro carboné lui assurant une forte imperméabilité aux C.O.V. La solidarisation de ces deux joints est assurée par une accroche mécanique type tenon-mortaise. Cette solution est décrite plus précisément dans la demande de brevet WO03016756. Cette solution fait intervenir un joint réalisé dans un matériau thermoplastique fluoré, donc un matériau rigide, qui ne peut être que faiblement compressé. Cette solution est adaptée pour l'assemblage de pièces rigides, comme des pièces métalliques par exemple, mais ne peut pas être utilisée pour l'assemblage de pièces susceptibles d'être déformées, comme par exemple des pièces thermoplastiques, où un joint fortement élastique donc créant une forte contre-réaction est nécessaire pour absorber la déformation des pièces à assembler. De plus, dans la solution décrite dans la demande WO03016756, l'interface entre le joint élastomère et le joint rigide, qui constitue la zone d 'assemblage mécanique, est une zone de fragilité , d'où des risques de fuites de C.O.V. lors du vieillissement des matériaux constituant les deux joints. An alternative solution is to use an assembly of two separate joints with different physical and chemical properties: a seal made of conventional elastomeric material, chosen for its elasticity properties, and a seal made of a thermoplastic-fluoro carbon material ensuring a strong VOC impermeability The joining of these two joints is ensured by a mechanical catch type tenon-mortise. This solution is described more precisely in the patent application WO03016756. This solution involves a seal made of a fluorinated thermoplastic material, so a rigid material, which can only be slightly compressed. This solution is suitable for assembling rigid parts, such as metal parts for example, but can not be used for assembling parts that may be deformed, such as for example thermoplastic parts, where a highly elastic joint therefore creating a strong feedback is necessary to absorb the deformation of the parts to be assembled. In addition, in the solution described in application WO03016756, the interface between the elastomer seal and the rigid seal, which constitutes the mechanical assembly zone, is an area of weakness, hence the risk of leakage of C.O.V. during the aging of the materials constituting the two joints.

La réalisation de pièces de cartérisation étanches et répondant aux nouvelles exigences réglementaires est donc particulièrement difficile pour l'homme de métier. The production of waterproof housing parts and meeting the new regulatory requirements is particularly difficult for the skilled person.

L'objet de ce brevet est de proposer un nouveau type de profilé d'étanchéité imperméable aux hydrocarbures tout en ayant des propriétés élastiques satisfaisantes, et facile à mettre 3 2863677 en oeuvre. Ce profilé d'étanchéité est plus particulièrement destiné à l'assemblage de pièces thermoplastiques. The purpose of this patent is to provide a new type of waterproof sealant profile with good elastic properties, and easy to implement. This sealing profile is more particularly intended for the assembly of thermoplastic parts.

Ce type de profilé d'étanchéité est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins au une première partie et une seconde partie ayant des propriétés physiques et mécaniques différentes, une des deux parties ayant des propriétés élastique et étant réalisée dans des matériaux conventionnels, l'autre partie ayant également des propriétés élastiques mais étant de surcroît très peu perméable aux vapeurs d'hydrocarbures. This type of sealing profile is characterized in that it comprises at least a first part and a second part having different physical and mechanical properties, one of the two parts having elastic properties and being made of conventional materials, the other part also having elastic properties but being moreover very little permeable to hydrocarbon vapors.

Dans une configuration particulière de l'invention, les deux parties étant reliées entre elles par des liaisons chimiques. In a particular configuration of the invention, the two parts being interconnected by chemical bonds.

Dans une autre configuration particulière les deux couches sont superposées. In another particular configuration the two layers are superimposed.

La couche imperméable aux C.O.V. est préférentiellement réalisée en utilisant un matériau thermodurcissable fluoro-carboné, type FPM ou FCM, de sorte à présenter une perméabilité aux vapeurs d'hydrocarbures faible au regard du test ASTM D814-95. Bien sûr, d'autres types de matériaux, présentant des perméabilités aux hydrocarbures comparables, peuvent être employées, et en particulier des matériaux de la famille des thermoplastiques fluoro-carboné comme le PTFE (teflon ) sous réserve que ces matériaux soient chimiquement compatibles avec le matériau élastomère constituant la couche élastique. The layer impermeable to C.O.V. is preferably carried out using a fluorocarbon thermosetting material, type FPM or FCM, so as to have a low hydrocarbon vapor permeability with regard to the ASTM D814-95 test. Of course, other types of materials having comparable hydrocarbon permeabilities may be employed, and in particular materials of the family of fluorocarbon thermoplastics such as PTFE (teflon) provided that these materials are chemically compatible with the elastomeric material constituting the elastic layer.

La couche élastique présente une élasticité comprise entre 20 et 90 shore A. Elle est préférentiellement réalisée en matériau élastomère conventionnel, par exemple du caoutchouc naturel, de l'EPDM (ethylene polypropylene) , du SBR (styrene-butadiene rubber) ou tout autre élastomère connu de l'homme de métier. The elastic layer has an elasticity of between 20 and 90 Shore A. It is preferably made of conventional elastomer material, for example natural rubber, EPDM (ethylene polypropylene), SBR (styrene-butadiene rubber) or any other elastomer known to those skilled in the art.

Dans la configuration privilégiée, le matériau faiblement perméable aux vapeurs d'hydrocarbures constitue la couche superficielle du joint, et il enrobe complètement la couche élastique, interne. Cette couche périphérique a une épaisseur comprise entre 0,5mm et I mm. La couche interne a une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm. Cette configuration est représentée figure 2, 3 et 6. Des variantes de joints peuvent être proposés, dans lesquelles la couche imperméable aux hydrocarbures n'englobe que partiellement la couche élastique (représenté figure 5). Dans une autre variante, la couche imperméable aux hydrocarbures peut constituer la moitié du joint (représenté figure 1). La couche imperméable aux hydrocarbures peut également être incluse dans la couche élastique (représenté figure 4). Les joints sont toujours associés à des géométries de gorge complémentaires. In the preferred configuration, the material that is poorly permeable to hydrocarbon vapors constitutes the superficial layer of the seal, and it completely encapsulates the elastic, internal layer. This peripheral layer has a thickness of between 0.5 mm and 1 mm. The inner layer has a thickness of between 1 and 5 mm. This configuration is shown in FIGS. 2, 3 and 6. Joint variants may be proposed in which the oil-impermeable layer only partially encompasses the elastic layer (shown in FIG. 5). In another variant, the oil impermeable layer may constitute half of the seal (shown in FIG. 1). The oil impermeable layer may also be included in the elastic layer (shown in Figure 4). The joints are always associated with complementary groove geometries.

LI 2863677 Dans une variante de l'invention, la couche interne est imperméable aux vapeurs d'hydrocarbures et la couche externe est élastique Le joint déformé après compression doit être en contact parfait avec les surfaces définissant la gorge prévue sur la face intérieure du couvre-culasse, de façon à assurer l'étanchéité. La géométrie du joint doit donc être complémentaire de la gorge dans laquelle il vient se loger. Dans la configuration privilégiée, il aura une section transversale en T, c'est à dire présenter une base et deux ailes faisant cornière. Cette configuration est représentée figures 1, 2, 4 et 5. Une section transversale circulaire ovoïde (représentée figure 6), ou quadrilobe (représenté figure 3) sont également envisageables. Tout autre type de section transversale imaginée par l'homme de métier est envisageable dans la mesure où elle permet d'obtenir une pression suffisante dans la gorge pour assurer l'étanchéité. In a variant of the invention, the inner layer is impermeable to hydrocarbon vapors and the outer layer is elastic. The deformed gasket after compression must be in perfect contact with the surfaces defining the groove provided on the inner face of the cover. cylinder head, so as to ensure tightness. The geometry of the joint must be complementary to the groove in which it is housed. In the preferred configuration, it will have a cross section T, that is to say present a base and two wings forming angle. This configuration is represented in FIGS. 1, 2, 4 and 5. An ovoid (as shown in FIG. 6) or quadrilobe (FIG. 3) circular cross section is also conceivable. Any other type of cross section imagined by those skilled in the art is conceivable insofar as it makes it possible to obtain a sufficient pressure in the groove to ensure tightness.

Afin d'assurer une bonne étanchéité, les deux matériaux constituant le joint doivent être parfaitement solidaire l'un de l'autre par au moins une de leur face. Le joint est ainsi préférentiellement réalisé par coextrusion, dans une installation de double extrusion qui comporte deux extrudeuses qui débitent dans une tête d'extrusion commune. La coextrusion est une technique bien conclue de l'homme de métier; elle est décrite par exemple dans la demande de brevet EP0209453. La section définie par la tête d'extrusion est telle que le profilé obtenu est complémentaire de la gorge prévue sur surface du couvre-culasse. To ensure a good seal, the two materials constituting the seal must be perfectly secured to each other by at least one of their face. The seal is thus preferably made by coextrusion, in a double extrusion installation which comprises two extruders which flow into a common extrusion head. Coextrusion is a well-defined technique of the skilled person; it is described for example in the patent application EP0209453. The section defined by the extrusion head is such that the profile obtained is complementary to the groove provided on the surface of the cylinder head cover.

Le profilé d'étanchéité ainsi proposé est constitué d'un jonc présentant une section 25 transversale sensiblement constante sur toute sa longueur. Le profilé d'étanchéité est ensuite découpé à la longueur désirée, puis assemblé à ses extrémités. The sealing profile thus proposed consists of a rod having a substantially constant cross section over its entire length. The sealing profile is then cut to the desired length and then assembled at its ends.

D'autres modes de réalisation du joint d'étanchéité sont possibles, et en particulier le surmoulage bi-matière. Dans ce cas, on injecte l'une des 2 matières qui sera ensuite 30 surmoulée avec la seconde, par les techniques classiques de surmoulage. Other embodiments of the seal are possible, and in particular bi-material overmolding. In this case, one of the 2 materials is injected and then overmolded with the second, by conventional overmoulding techniques.

Un autre mode de réalisation du joint d'étanchéité est la réalisation d'une gaine par trempage, pistolage, ou tous moyens connus de l'homme de métier. Another embodiment of the seal is the production of a sheath by dipping, spraying, or any means known to those skilled in the art.

Le couvre-culasse est préférentiellement réalisé en matériau thermoplastique moulé, par exemple en en-polyamide,-mais-tout-autrematériau peut être envisagé,- et en particulier des matériaux métalliques comme des alliages d'aluminium ou de magnésium. Le couvre culasse présente sur une de ses faces un logement, préférentiellement une rainure appelée gorge, dans laquelle est insérée le profilé d'étanchéité. Un procédé classique de fabrication d'un couvre-culasse est décrit par exemple dans le brevet français n 9809349. The cylinder head cover is preferably made of molded thermoplastic material, for example of polyamide, but-any-other material may be envisaged, and in particular metal materials such as aluminum alloys or magnesium. The cylinder head cover has on one of its faces a housing, preferably a groove called groove, in which is inserted the sealing profile. A conventional method of manufacturing a cylinder head cover is described for example in French Patent No. 9809349.

2863677 Le procédé de fabrication d'une pièce comprenant un tel joint consiste à réaliser par injection un couvre-culasse dans lequel est prévu un logement destiné à recevoir un joint d'étanchéité, puis à réaliser par co-extrusion un jonc constitué de deux matériaux aux propriétés élastiques et imperméables aux hydrocarbures, à découper le jonc ainsi obtenu à la longueur correspondant au périmètre du logement dans le quel le joint doit s'insérer, et à l'insérer dans cette gorge tout en le comprimant légèrement. The process for manufacturing a part comprising such a gasket consists in producing, by injection, a cylinder head cover in which a housing intended to receive a gasket is provided, and then, by coextrusion, a rod made of two materials. with elastic properties and impermeable to hydrocarbons, to cut the rod thus obtained to the length corresponding to the perimeter of the housing in which the seal must be inserted, and to insert it into this groove while compressing it slightly.

Le raccordement bout à bout du joint est assuré par des extrémités chevauchantes, de façon à assurer l'étanchéité sur toutes la longueur de la gorge. Au niveau du chevauchement la gorge est dimensionnée de façon à assurer une pression suffisante. On peut envisager plusieurs types de chevauchement. Un chevauchement dans lequel se sont les couches périphéries des extrémités du joint qui sont en contact l'une avec l'autre (représenté figure 7 et figure 12). Dans un autre cas ce sont les plans de section des extrémités du joint qui sont en contact l'une avec l'autre, ces plans de section pouvant être sensiblement perpendiculaires à la longueur du joint (représenté figure 10). Si les extrémités sont sectionnés selon des angles inférieurs à 90 , on obtient des plans de section de plus grande surface, ce qui pourra entraînera une plus grande surface de contact entre les 2 extrémités du joint et une meilleure étanchéité(représenté figures 8, 9 et 11). Dans ces 2 derniers cas, la géomét je du joint est identique sur toute sa périphérie, la gorge n'a donc pas de géométrie particulière au niveau du raccordement des extrémités du joint. The end-to-end connection of the gasket is provided by overlapping ends, so as to ensure tightness over the entire length of the groove. At the overlap level the groove is dimensioned to ensure sufficient pressure. Several types of overlap can be envisaged. An overlap in which are the peripheral layers of the ends of the seal which are in contact with each other (shown in Figure 7 and Figure 12). In another case it is the section planes of the ends of the seal which are in contact with each other, these section planes may be substantially perpendicular to the length of the seal (shown in Figure 10). If the ends are cut at angles of less than 90, section planes of greater surface area are obtained, which may result in a greater contact area between the two ends of the joint and a better seal (shown in FIGS. 11). In these last two cases, the geometry of the joint is identical over its entire periphery, the groove therefore has no particular geometry at the connection of the ends of the joint.

Cette invention est donc particulièrement avantageuse puisqu'elle propose un profilé d'étanchéité satisfaisant les nouvelles normes environnementales et de conception simple 25 et économique. 35 This invention is therefore particularly advantageous since it provides a sealing profile satisfying the new environmental standards and simple design 25 and economic. 35

Claims

2863677 CLAIMS

A sealant impermeable to hydrocarbon vapors and intended for a carterization piece for a motor vehicle, comprising at least a first part and a second part made of materials having different physical and mechanical properties, characterized in that the two materials each component has elastic properties and that one of the two materials has a low permeability to hydrocarbon vapors.

2. sealing profile according to claim 1 characterized in that the materials constituting each of the two parts belong to the chemical family of elastomers and have hardnesses between 20 and 100 Shore A. 3. Sealing profile according to one of the preceding claims characterized in that one of the two layers is made of fluoro-carbonated thermosetting elastomeric material type FPM.

4.Profilé sealing according to one of the preceding claims 1 characterized in that the two parts are interconnected by chemical bonds.

5. Profile according to one of the preceding claims characterized in that it consists of a rod obtained and assembled at both ends.

6. Profile according to one of the preceding claims characterized in that it comprises a cross section T, U or quadrilobe.

7. Sealing profile according to one of the preceding claims characterized in that it is made by overmolding the 2 materials.

8. Sealing profile according to one of the preceding claims characterized in that it is produced by coextrusion of the two materials.

9. Part for a motor vehicle comprising at least one sealing profile according to one of the preceding claims.

10. A method of manufacturing a motor vehicle part characterized in that it comprises the following steps: by thermoplastic injection a cylinder head cover to form a sealing profile according to claim 1 - insert the sealing profile in the groove provided in the cylinder head cover while slightly compressing the seal and ensuring the end-to-end connection of the two ends of the profile.