Joints de Culasse (Cas Pratiques)

Transcription

1 Joints de Culasse (Cas Pratiques) Pour une étanchéité à toute épreuve.

2 Elring Das Original Les pièces de rechange Elring sont fabriquées par ElringKlinger AG, le partenaire de développement et fournisseur de série leader en Première Monte auprès des constructeurs du monde entier. Depuis 1879, l entreprise est reconnue pour son expertise dans les technologies de l étanchéité. Pour la plupart des fabricants de véhicules et de moteurs, ElringKlinger développe et produit des joints de culasse et des joints spéciaux, des modules de carter en plastique ainsi que des pièces de protection thermique et acoustique pour le moteur, la boîte de vitesses, le dispositif d échappement, le dessous de caisse et les organes secondaires. En outre, l entreprise conçoit et fabrique en Série des systèmes de contact à cellule pour batteries lithium-ion et élargit sa compétence jusque dans le domaine du retraitement des gaz d échappement. ElringKlinger est donc une entreprise idéalement positionnée pour relever les défis technologiques de demain, qu il s agisse de l optimisation du moteur à combustion ou de technologies d entraînement alternatives. Forte de son expertise en Première Monte, la marque Elring-Das Original connaît également un succès international grandissant sur le marché de l après-vente. Avec les produits d origine Elring, les partenaires commerciaux, les ateliers et leurs clients du monde entier bénéficieront de performances optimales, pour un meilleur agrément de conduite, et un meilleur respect de l environnement. Sommaire 04 Exigences et influences 05 Modèles 06 Joints de culasse à couches métalliques Metaloflex 08 Joints de culasse métal-élastomères 09 Joints de culasse métalliques souples Ferroflex /Ferrolastic 10 Dommage moteur - le joint de culasse est-il en cause? 11 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuite de gaz» 16 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Surchauffe» 18 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuites d huile et de liquide de refroidissement» 21 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas d «Autres Influences mécaniques» 22 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Combustion irrégulière» 24 Préconisations de montage du joint de culasse en sept opérations 2

3 3

4 Exigences et influences Les joints de culasse sont des composants complexes et de haute technicité, mis en œuvre dans les moteurs à combustion modernes. Il en existe une multitude de variantes et dans différents matériaux. Composants clés de l étanchéité du moteur, ils contribuent à un fonctionnement efficace, fiable et économique du moteur. Leur fonction consiste à rendre étanche, les différents éléments en présence, que sont le gaz de combustion, le liquide de refroidissement et l huile du moteur, les uns par rapport aux autres et mais également vis-à-vis de l extérieur. Maillon de transmission de la force entre le carter de vilebrequin et la culasse, les joints de culasse ont une influence considérable sur la répartition de la force à l intérieur de l ensemble du système de contrainte et les déformations des composants ainsi occasionnées. Les systèmes d étanchéité haute performance sont d une grande fiabilité. Les produits sont développés minutieusement afin de garantir un fonctionnement sûr même en conditions critiques, comme par exemple des milieux agressifs, des pressions et températures élevées, et pendant toute la durée de vie du véhicule. Lors du développement de joints de culasse, chez ElringKlinger et les fabricants de moteurs, des séquences de tests intensives sont donc réalisées sur des bancs d essai moteurs ultramodernes. Qui plus est, des contrôles et tests très stricts garantissent une qualité optimale tout au long du processus de fabrication. On s assure ainsi que le joint répond à toutes les exigences techniques et de design, un cahier des charges rigoureux qui permet d assurer une étanchéité du moteur à toute épreuve. EXIGENCES RELATIVES AU JOINT DE CULASSE Imperméable aux gaz Imperméable aux liquides de refroidissement Imperméable aux huiles Déformable Etirement faible Faible distorsion Résistant aux influences chimiques des gaz de combustion, lubrifiants et liquides de refroidissement Durabilité INFLUENCES SUR LE JOINT DE CULASSE Températures du gaz de combustion à C Températures dans la zone du joint de culasse Moteurs à essence 270 C Moteurs diesel 300 C Pression de combustion Déformation Matériaux Rugosité de surface Moteurs à essence 140 bar Moteurs diesel 200 bar Du fait de la pression d allumage à chaque démarrage, la fente d étanchéité se déforme de 2 à 10 µm dans le sens de la course. Du fait du cintrage de la culasse et du tube cylindrique, des mouvements de coulissage dans le sens transversal se produisent, selon l agencement et le dimensionnement des vis. Surfaces d étanchéité de la culasse/du bloc-moteur en alliages spéciaux aluminium-fonte grise Les contraintes thermiques génèrent des mouvements de coulissage supplémentaires. R z 15 µ max. R max 20 µ max. Liquides de refroidissement et lubrifiants Mélange eau/antigel-anticorrosion +80 C-+110 C ; pression 1-2 bar Huile moteur +80 C-+150 C ; pression 2-4 bar (chaud) à 10 bar (froid) 4 Particularités de construction Par exemple sur moteurs à chemises, chambre de combustion, canal de liquide de refroidissement

5 Modèles Elring propose plusieurs types de construction (joints en alliage métallique, joints métal-élastomères ou joints métalliques souples), ce qui permet un ajustement très précis du joint de culasse aux cahiers des charges et spécifications de chaque moteur. JOINTS DE CULASSE À COUCHES MÉTALLIQUES METALOFLEX JOINTS DE CULASSE MÉTAL-ÉLASTOMÈRES JOINTS DE CULASSE MÉTALLIQUES SOUPLES (FERROFLEX /FERROLASTIC ) 5

6 Joints de culasse à couches métalliques Metaloflex Metaloflex d ElringKlinger est la marque mondialement reconnue pour les joints de culasse en couches d acier à ressorts, revêtues d élastomère et serties. Les joints Metaloflex sont composés d une ou de plusieurs couches selon l application. Grâce aux éléments de construction modulaire, ce système de garniture peut être adapté individuellement aux exigences spécifiques de chaque architecture moteur. Cette technologie élimine des processus industriels répétitifs, chronophages et coûteux. Elle permet même une certaine liberté de conception pendant toute la phase de design des moteurs. STOPPERS Sur la périphérie de la chambre de combustion, les composants du moteur sont précontraints élastiquement par le stopper. Ainsi, on obtient une réduction des oscillations de la fente d étanchéité entraînées par la force des gaz. Alors que les anciens stoppers étaient sertis et soudés au laser, les stoppers gauffrés constituent la dernière génération. En principe, on distingue les estampages de stoppers dans l acier à ressorts : dans les couches fonctionnelles (segment, méandres, rainures) et dans la couche métallique (nid d abeille). DEMI-MOULURES Les demi-moulures génèrent une pression sur deux lignes. Elles rendent étanches les zones le long des passages du liquide de refroidissement et de l huile moteur, des trous de vis et de la zone tout autour du contour extérieur du joint. MOULURES COMPLETES Les moulures complètes génèrent une pression sur trois lignes à la périphérie de la chambre de combustion. Cet élément d étanchéité élastique permet de compenser des pressions d allumage très élevées, et notamment avec d importantes oscillations dynamiques de la fente d étanchéité. COUCHES FONCTIONNELLES Ces feuilles d acier à ressorts revêtues d élastomères sont dotées de collets élastiques. COUCHE SUPPORT La fonction centrale de la couche support est l adaptation de l épaisseur d étanchéité aux conditions d installation requises par la construction. Couche fonctionnelle Stopper Moulure complète Couche de support La haute technicité du joint de culasse Metaloflex, prend toute sa dimension sur les moteurs diesel et essence hautes performances à injection directe : Technologie métallique Étanchéité élastique avec collets pour la macro-étanchéité Revêtements élastomères pour la micro-étanchéité Résistance thermique élevée Compensation d oscillations dynamiques élevées de la fente d étanchéité Épaisseurs d installation variables, minimisation de l espace endommagé Cette technologie est plébiscitée par tous les constructeurs dans le monde entier, notamment pour sa modularité et l étendue de ses caractéristiques techniques, et particulièrement sur les motorisations destinées aux véhicules particuliers. La technologie Metaloflex permet à Elring- Klinger d être le premier fabricant au monde de joints de culasse en couches métalliques. Demimoulure 6

7 STOPPER DE METALOFLEX GÉNÉRATION I : STOPPERS REPLIÉS Sans couche métallique Avec couche métallique STOPPER DE METALOFLEX GÉNÉRATION II : STOPPERS SOUDÉS AU LASER Sans couche métallique Avec couche métallique STOPPER DE METALOFLEX GÉNÉRATION III : STOPPERS GAUFFRÉS Stopper à segment en couche fonctionnelle Stopper à méandre en couche fonctionnelle Stopper type nid d abeille en couche support 7

8 Joints de culasse métal-élastomères 8 Les joints de culasse métal-élastomères d ElringKlinger se composent de supports métalliques avec des profilés élastomères vulcanisés. Cette technologie d étanchéité est principalement utilisée dans le segment des véhicules utilitaires, pour les générations de moteur hautes performances turbocompressés avec refroidissement de l air de suralimentation. Les attributs techniques de cette conception répondent parfaitement aux exigences de ces architectures moteurs très novatrices avec une technologie à quatre soupapes, et de nouveaux systèmes d injection. Le joint de culasse métal-élastomère se révèle particulièrement fiable, même avec des contraintes techniques élevées : en effet il est capable de supporter des pressions d allumage allant jusqu à 250 bars, des puissances moteur supérieures à kw, et des durées de vie de moteur très élevées. La répartition spécifique de la pression d étanchéité dans la zone bloc moteur/ culasse est à la base de cette caractéristique importante : pression d étanchéité élevée dans la zone de la chambre de combustion, alors faible dans la zone du liquide. LÈVRES D ÉTANCHÉITÉ ÉLASTOMÈRES Elles assurent l étanchéité à l huile et au liquide de refroidissement. Le matériau employé et la géométrie sont adaptés aux besoin mécaniques et techniques du moteur. Cette construction métal-élastomère permet même d assurer une étanchéité à toute épreuve sur les surfaces et cloisons les plus étroites. COUCHE SUPPORT Pour la couche support, selon les spécifications du moteur, on utilise des aciers capables de résister à la corrosion, des aciers micro-alliés, de l inox, ou d acier à ressorts spécifiques dans le cas de la technologie de joint à plusieurs couches. Dans la zone de la chambre de combustion, elle dispose d une moulure qui d une part, définit l épaisseur d installation avec le support de la chambre de combustion (en cas de modèle à une couche) ou avec la bordure de la chambre de combustion (en cas de modèle à plusieurs couches). D autre part, elle se charge de l étanchéité aux gaz. Les lèvres d étanchéité élastomères sont vulcanisées directement sur la couche support, les bordures de la chambre de combustion et les supports métalliques sont assemblés. BORDURE DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION ET SUPPORT DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION La bordure de la chambre de combustion et le support de la chambre de combustion (modèle à plusieurs couches) régulent, à l aide de leur épaisseur, la répartition de la force de vissage sur la chambre de combustion, la lèvre d étanchéité élastomère et le stabilisateur. Au moyen de la bordure de la chambre de combustion ou du support de la chambre de combustion, l épaisseur d installation du joint de culasse dans la zone de la chambre de combustion est quelque peu relevée par rapport au reste de la zone d étanchéité. Il se produit alors une augmentation de la pression étanche au niveau de la chambre de combustion, ce qui entraîne une étanchéité parfaite aux gaz, grâce la moulure de la chambre de combustion. Pour la micro-étanchéité, on applique en complément sur la surface, un fin revêtement organique. MOULURE DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION La moulure de la chambre de combustion, réalisée sous forme de moulure pleine, génère une augmentation de la pression d étanchéité sous la forme d un contour de ligne. Dans le modèle à une couche, la moulure permet l étanchéité sur le plan statique. Une moulure élastique en acier à ressorts assure, sur le modèle à plusieurs couches, une pression étanche homogène le long du bord de la chambre de combustion. Elle est en mesure de suivre les mouvements dynamiques de la fente d étanchéité. Dans cette construction, la moulure se trouve juste au-dessous de la bordure de la chambre de combustion et donc dans la partie la plus exposée aux forces directes entre la culasse et le bloc-moteur. Technologie à une couche Lèvres d étanchéité élastomères OBTURATEUR Pour la gestion des flux de liquide de refroidissement, des obturateurs vulcanisés à sections d écoulement distinctes peuvent être utilisés. Technologie à plusieurs couches Bordure de la chambre de combustion Support de la chambre de combustion Lèvres d étanchéité élastomères Moulure de la chambre de combustion Moulure de la chambre de combustion Couche de support Obturateur Couche de support Stabilisateurs SUPPORTS Les supports métalliques spécialement utilisés pour les modèles à plusieurs couches limitent la flexion de la culasse et protègent de surcroît les lèvres d étanchéité élastomères contre de trop grandes pressions de serrage.

9 Joints de culasse métalliques souples Ferroflex /Ferrolastic Les joints de culasse métalliques souples d ElringKlinger consistent en une couche métallique dentelée avec une couche souple enduite des deux côtés. Le passage de la chambre de combustion est pourvu d une bordure métallique. Celle-ci augmente la pression de serrage dans la chambre de combustion et protège le matériau souple contre les gaz de combustion chauds. Pour l étanchéité aux liquides, un revêtement élastomère en forme de ligne est utilisé si nécessaire. Une pression locale plus importante en résulte ainsi, provoquant une adaptation optimale de la surface d étanchéité à la rugosité de la surface. Sur les modèles à forte sollicitation dynamique, dans la zone de l huile sous pression, des éléments élastomères sont employés. Les revêtements en matériau souple sur toute la surface empêchent les matériaux de coller et assurent la microétanchéité. Les joints de culasse métalliques souples présentent un certain nombre d atouts, bien spécifiques à cette technologie : Adaptation aux composants du moteur grâce aux feuilles en matériau souple Augmentation de la pression de serrage et protection thermique par bordure métallique au niveau de la chambre de combustion Micro-étanchéité grâce à un revêtement spécifique (10-20 µm) Sécurité supplémentaire de l étanchéité des liquides grâce à la sérigraphie silicone. Cette conception n est pratiquement plus utilisée en raison des fonctionnalités étendues des technologies Metaloflex et Métal-élastomères. Le joint de culasse métallique souple jouera un rôle majeur pendant de longues années dans la réparation et la remise en état de moteurs d occasion. Support métallique Agent adhésif Matériau souple 9

10 Dommage moteur - le joint de culasse est-il en cause? Causes effectives et mesures à prendre Lors des dommages au niveau du moteur, c est souvent le joint de culasse qui est incriminé. Du point de vue du réparateur, c est en principe plausible, puisque le montage, en règle générale, a été réalisé en conformité avec les préconisations et instructions de réparation. LES VÉRITABLES S CACHÉES Après de nombreuses années de recul technique et de retour d expérience, l analyse conduit à une conclusion, qui bien souvent ne met pas le joint de culasse en défaut. Les causes des dommages moteur ont des origines tout autre, et qui ont pour conséquence la détérioration du joint de culasse lorsqu elles surviennent. Le joint de culasse est le plus souvent le dernier maillon de la chaîne sur lequel le dommage apparaît, dès lors qu il ne peut plus assurer intégralement sa propre mission d étanchéité. En conséquence, c est le joint de culasse présumé défectueux qui, pendant la période de garantie, est retourné au fabricant à titre de réclamation. Prendre les signaux d alerte au sérieux et agir Si vous constatez des irrégularités dans l état de fonctionnement du moteur, par exemple un mauvais comportement au démarrage à froid, un moteur ne fonctionnant pas sur tous les cylindres au démarrage à froid, perte de puissance, température de l eau de refroidissement dans la zone rouge, huile dans l eau de refroidissement, etc., prenez immédiatement les mesures qui s imposent. À ce stade, il est encore possible d éviter un dommage moteur plus important. IMPORTANT Commencer par déterminer la cause avant de procéder à la réparation. Veuillez vous conformer impérativement des préconisations et instructions de montage des fabricants de moteurs. Sans un traitement du dommage en profondeur, le problème pourrait persister et de réapparaître même après réparation. Quelles sont les fuites pouvant apparaître sur les joints de culasse? Lorsque l on parle de fuites dans la zone d étanchéité de la culasse, il s agit normalement de fuites de : Gaz Eau Huile TYPES DE FUITES DE GAZ Par la cloison d étanchéité séparant deux chambres de combustion voisines Entre une chambre de combustion et le circuit de refroidissement Normalement, ces fuites provoquent des dommages considérables et finissent par détruire le joint. En fonction de la charge moteur, ce phénomène peut se produire soudainement ou seulement après un laps de certain temps. TYPES DE FUITES D EAU De l intérieur vers l extérieur Vers le circuit d huile Vers la chambre de combustion TYPES DE FUITES D HUILE De l intérieur vers l extérieur Vers le circuit d eau de refroidissement 10

11 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuite de gaz» Une coloration noire est un signe très clair La fuite de gaz de combustion au niveau des bordures de la chambre de combustion sur le joint de culasse est l une des causes les plus fréquentes nécessitant le démontage de la culasse. Des colorations noirâtres visibles sur les bordures métalliques ou/et dans la zone voisine du matériau souple du joint en sont un indice manifeste. À ces endroits, le matériau souple subit une contrainte thermique excessive due aux températures élevées des gaz et présente même le risque de brûler. Souvent, les gaz se frayent un chemin vers le circuit de refroidissement. Ceci est reconnaissable aux bulles de gaz montant dans le radiateur ou/et à une surchauffe du circuit de refroidissement (pression croissante dans le circuit de refroidissement et évacuation de liquide de refroidissement par la valve de surpression, et qui se termine en fuite). Dans le pire des cas, la bordure du joint de culasse risque d être totalement détruite. Une coloration uniforme de la bordure de la chambre de combustion est en revanche à considérer comme normale, elle dépend du matériau d acier et du revêtement de surface qui a été appliqué lors de sa fabrication. Causes les plus fréquentes Dans de nombreux cas, la cause identifiée est un manque de compression du joint dans cette zone soumise à de très fortes contraintes thermiques. Elle peut avoir pour origine un non-respect des couples de serrage préconisés pour les vis de culasse, ou des instructions de montage ou encore une utilisation de vis usagées. Des surfaces non planes (déformées) ou trop rugueuses contribuent également à un manque de contrainte du joint. Les charges exceptionnellement élevées du moteur en fonctionnement, risquent également de provoquer une contrainte thermique excessive du joint au niveau de la chambre de combustion et d entraîner sa destruction. UN EXEMPLE Le régime moteur pleine charge, immédiatement après un démarrage à froid, s accompagne de déplacements relatifs, entre le carter de vilebrequin (fonte grise) et la culasse (aluminium). Tous deux sollicitent très fortement le joint en lui imposant des contraintes excessivement élevées. De plus, les forces de précontrainte des vis de culasse sont faibles dans ces conditions, ce qui entraîne des déplacements dynamiques accrus au niveau de la fente d étanchéité entre le carter de vilebrequin et la culasse. En particulier sur les moteurs de Poids-Lourds, il arrive que la cote de dépassement préconisée pour la chemise ait été oubliée ou qu elle ait été mal réglée du fait d une erreur de montage. Il arrive également que la portée de la chemise dans le bloc-moteur n ait pas été reprise en usinage ou que la chemise ne soit pas suffisamment emmanchée. Ceci entraîne un enfoncement des chemises vers le bas et la pression d étanchéité disparaît. Les gaz de combustion ont alors la voie libre pour parvenir dans les zones secondaires du joint où ils détruisent les éléments d étanchéité en élastomères et/ou le matériau souple d étanchéité au niveau des passages d eau et d huile. 11

12 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuite de gaz» 1. Défaillance du joint de culasse de véhicules utilitaires suite à une fuite de gaz Il se produit entre les cylindres 2 et 3 (côté échappement) une fuite importante de gaz. Le matériau souple d étanchéité est détruit dans la zone des passages d eau. Au passage du poussoir, l élément d étanchéité en élastomère s est détaché du support du joint. Au passage d eau, le même phénomène s est produit. Il en résulte une importante fuite d eau. Lorsque les préconisations de serrage des vis prescrites par le constructeur ne sont pas respectées, la compression du joint de culasse n est pas suffisante. De ce fait, les gaz passent dans le liquide de refroidissement, y provoque une pression élevée puis une fuite, et conduit à la destruction du joint de culasse. AUTRES S POSSIBLES La chemise du cylindre s est enfoncée Les composants se sont déformés Les composants du moteur (carter de vilebrequin et culasse) présentent une rugosité de surface trop élevée Réutilisation de vis de culasse usagées Pour des raisons de qualité et de sécurité, il est préconisé de remplacer systématiquement les vis de culasse, les serrer au couple de serrage conformément aux préconisations du fabricant. Le respect des consignes de montage des fabricants de moteurs, est primordial lors de la remise en état de la culasse. Une surface non plane de la culasse a provoqué un passage de gaz. Les éléments d étanchéité en élastomères ont été repoussés de la plaque support sous l effet de la pression. Le processus de destruction a été accéléré par le fonctionnement permanent du moteur à plein régime. AUTRES S POSSIBLES Trop faible force de serrage des vis de culasse Réglage incorrect du dépassement de la chemise Surface de la culasse non plane Problèmes dans le système d injection Vérifier soigneusement la planéité des surfaces d étanchéité des composants avant le montage, le cas échéant procédez à la rectification à plat dans un établissement spécialisé. Le respect des consignes de montage des fabricants de moteurs, est primordial lors de la remise en état de la culasse. 12

13 2. Défaillance du joint de culasse de voitures de tourisme suite à une fuite de gaz Cloison des chambres de combustion brûlée entre les cylindres 1 et 2. Cloison des chambres de combustion et matériau souple brûlée entre les cylindres 3 et 4. Amorce de coloration brune entre les cylindres 3 et 2. Le non-respect des préconisations des couples de serrage des vis et/ou l utilisation de vis de culasse usagées, conduit à une compression insuffisante du joint dans la zone détruite, ce qui conduit à une fuite de gaz. La contrainte thermique excessive provoque alors la destruction dans la zone des cloisons. AUTRES S POSSIBLES Absence de planéité des composants du moteur, zones des cloisons déformée sur le bloc-moteur et la culasse Mauvais réglage du moteur entraînant une contrainte thermique excessive Une séquence de combustion incontrôlée a provoqué une contrainte thermique excessive sur le matériau du joint, entraînant ainsi sa destruction. Avant le montage, contrôler les injecteurs et vérifier l absence de fuite. Après le montage, vérifier le réglage de l injection. Le respect des consignes de montage des fabricants de moteurs, est primordial lors de la remise en état de la culasse. Procéder au remplacement des composants endommagés, en respectant scrupuleusement les instructions et préconisations de montage. 13

14 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuite de gaz» 3. Cause de défaillance : fuite de gaz sur le joint à deux couches métalliques pour motocyclette La couche d arrêt métallique et la couche fonctionnelle présentent une nette coloration noirâtre vers le conduit de refroidissement. Il y a une fuite de gaz entre la couche d arrêt et la couche fonctionnelle. 4. Défaillance par montée en pression dans le système de refroidissement suite à une fuite de gaz Sur le joint de culasse à couches métalliques, on observe, dans la zone des conduits d eau, de nettes empreintes rectilignes. Elles proviennent du plan d étanchéité de la culasse et se dirigent vers la chambre de combustion. Les passages d eau présentent une nette coloration claire. Forces de serrage insuffisantes en raison d un couple de serrage trop faible des vis de culasse, ce dont il a résulté une pression étanche insuffisante. AUTRES S POSSIBLES Les composants du moteur ne sont pas plans (déformés suite à une contrainte thermique excessive) Lors du montage, veiller à ce que les consignes de montage prescrites pour les couples de serrage des vis de culasse soient scrupuleusement respectées. La structure superficielle de la culasse n était pas suffisamment, voire pas du tout usinée. D où un passage de gaz de combustion dans le circuit de refroidissement et une contrainte thermique excessive (montée en pression). AUTRES S POSSIBLES L air dans le système de refroidissement n a pas été complètement purgé, donc pas de circulation du liquide de refroidissement Interruption du circuit de refroidissement (pompe à eau, thermostat, ventilateur) La contre-pression élevée des gaz d échappement a provoqué une surchauffe du moteur (par exemple catalyseur défectueux) Avant le montage, vérifier très soigneusement la qualité et l aspect du plan d étanchéité, et s assurer de la planéité de la culasse et du bloc-cylindres. Le cas échéant, prévoir une rectification à plat dans un établissement spécialisé. 14

15 5. Défaillance du joint de culasse par montée en pression dans le système de refroidissement suite à une fuite de gaz Sur le joint de culasse, dans les zones des conduits d eau, on observe de nettes empreintes rectilignes. Elles proviennent de la surface d étanchéité de la culasse et se dirigent vers la chambre de combustion. AUTRES S POSSIBLES L air dans le système de refroidissement n a pas été complètement purgé, donc pas de circulation du liquide de refroidissement Interruption du circuit de refroidissement (pompe à eau, thermostat, ventilateur) La contre-pression élevée des gaz d échappement a provoqué une surchauffe du moteur (par exemple catalyseur défectueux) Avant le montage, vérifier très soigneusement la qualité et l aspect du plan d étanchéité, et s assurer de la planéité de la culasse. Le cas échéant, prévoir une rectification à plat dans un établissement spécialisé. La structure superficielle de la culasse était trop grossièrement usinée, voire pas du tout usinée. D où un passage de gaz de combustion dans le circuit de refroidissement et une contrainte thermique excessive (montée en pression). 15

16 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Surchauffe» Un joint de culasse défaillant à la suite d une surchauffe se reconnaît très facilement aux proéminences du matériau souple à proximité immédiate des passages d eau. En cas de contrainte thermique excessive du système de refroidissement, le liquide de refroidissement pénètre dans la matrice du matériau souple du joint. Il s y évapore du fait de la température élevée des composants du moteur situé à proximité et détache le matériau souple du support métallique. Ce phénomène se traduit par la formation de ces proéminences constatées sur le joint de culasse. Chaleur destructrice Les dommages au niveau des joints de culasse provoqués par une surchauffe trouvent souvent leur origine dans un composant du moteur défaillant. Il peut s agir de la pompe à eau, d un thermostat qui ne s ouvre pas ou d un radiateur obturé par des dépôts calcaires (pas de débit). Mais un manque d eau dans le système de refroidissement ou un circuit de refroidissement dont la purge d air n a pas été correctement effectuée après le montage de la culasse, peut également en être la cause. L impact de l utilisation de produits antigel/anticorrosifs non homologués, est à ne pas sous-estimer. Il est préférable d utiliser de l eau pure en guise liquide de refroidissement. La corrosion a un effet destructeur sur les plaques supports métalliques du joint, qui en se décomposant finissent par détruire complètement le joint de culasse. Il convient toutefois de tenir également compte d autres causes pouvant provoquer des dommages auxquels on ne pense peut-être pas immédiatement lors de l analyse des dommages. Ainsi, le système d échappement peut également être responsable du dommage lié à un problème de surchauffe. Un composant détaché dans le silencieux ou un catalyseur en partie fondu peut, par exemple, provoquer une réduction de la section du conduit d échappement. Ce qui fait augmenter la contre-pression des gaz d échappement et entraîne une contrainte thermique excessive des éléments du moteur et du joint de culasse. La conséquence : une perte de puissance du moteur. 16

17 1. Cause de défaillance : contrainte thermique excessive d un joint à deux couches métalliques Sur ce type de joint, la couche fonctionnelle métallique dans laquelle on intègre l étanchéité de la chambre de combustion, est rompue au niveau de la cloison. Une nette coloration noirâtre est le signe manifeste d une fuite de gaz de combustion. 2. Cause de défaillance : contrainte thermique excessive du joint de culasse métallique souple Le matériau souple du joint mis à nu est fortement gonflé au niveau des passages d eau. La déformation d un composant a provoqué le passage de ces gaz de combustion. La contrainte thermique excessive ainsi produite a détruit la couche métallique. AUTRES S POSSIBLES Qualité du carburant (indice d octane trop faible) Rapport de compression trop élevé Réglage du moteur (bougies d allumage à degré thermique incorrect) Force de précontrainte des vis insuffisante (qualité des vis, serrage des vis) Avant le montage, vérifier très soigneusement la qualité et l aspect du plan d étanchéité, et s assurer de la planéité de la culasse. Le cas échéant, prévoir une rectification à plat dans un établissement spécialisé. Après le montage du moteur, le système de refroidissement n a pas été suffisamment purgé d air. Il s est produit une surchauffe du moteur due à la température trop élevée du liquide de refroidissement. La formation de vapeur a provoqué le gonflement du matériau souple du joint dans la zone du conduit d eau. Par la suite, le matériau souple s est détaché du support métallique. AUTRES S POSSIBLES Le fonctionnement du circuit de refroidissement est restreint par la pompe à eau ou le thermostat L écoulement d eau dans le système de refroidissement (par exemple dans le radiateur) est limité par des dépôts calcaires Utilisation d additif réfrigérant non validé par les fabricants de moteurs Après le montage, veiller à ce qu une purge d air minutieuse du système de refroidissement soit effectuée. 17

18 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de «Fuites d huile et de liquide de refroidissement» Examen précis : d où provient la fuite? De nombreuses défaillances constatées sont bien souvent imputées au joint de culasse, alors que leur origine est toute autre, par exemple les conduites d aération du carter de vilebrequin, le tube de pression de suralimentation, un jeu trop prononcé de composants (carter de direction contre bloc-cylindres, etc.). Avant d incriminer le joint, il convient de contrôler très précisément l environnement technique du moteur. Il se peut par exemple que la présence d huile ou d eau, ne puisse pas être identifiée à son véritable lieu d apparition, sous l effet du vent ou du ventilateur. On soupçonne alors le joint de culasse de ne pas être parfaitement étanche. La culasse est-elle correctement montée? Des fuites d huile et de liquide de refroidissement font très souvent l objet de réclamations après réparation. Or, dans de nombreux cas, la cause principale de ce défaut provient d un mauvais montage de la culasse. Joint de culasse de véhicules utilitaires : l important, c est la rainure. Différents modèles de joints sont utilisés dans les moteurs de véhicules utilitaires. Dans la plupart des cas, il s agit de joints métal-élastomères comportant des éléments d étanchéité élastomères intégrés ou vulcanisés. Suivant la structure, des rainures sont prévues sur le bloc-cylindres et la culasse; leurs cotes sont conçues de telle sorte que les éléments d étanchéité fonctionnent de façon efficace dans toutes les conditions de service du moteur. Pour ces types de joints, il est très important, avant le montage, de nettoyer soigneusement ces rainures pour en enlever les saletés et résidus. Le non-respect de cette consigne donne lieu à des fuites. Dès le montage, lors de la pose de la culasse sur le bloccylindres, il peut aussi se produire des dommages dus au pincement des éléments d étanchéité élastomères. Un joint non centré lors de la pose de la culasse, notamment en cas d absence de plots ou douilles de centrage, peut provoquer une fuite. En effet, comme les éléments d étanchéité du joint de culasse ne sont pas exactement positionnés là où ils sont prévus sur le plan de montage, l étanchéité ne se fait pas. Les joints de culasse ainsi montés se reconnaissent souvent aux déformations des trous borgnes des vis. Des fuites apparaissent souvent sur les trous d huile sous pression suite au décalage du joint de culasse. CAS TYPIQUE Fréquemment, un moteur de Poids-lourds présente une fuite d eau non détectable de l extérieur. En cause, la chemise, qui est devenue poreuse, une défaillance seulement visible au microscope. En fonctionnement, de l eau parvient dans la chambre de combustion et s évapore. Dans ce cas pré cis, le joint de culasse n est pas en cause, il s agit d un défaut de matériau sous la forme d une retassure dans la chemise. 18

19 La qualité des surfaces est primordiale La qualité de la surface des composants a une influence essentielle sur la fonction d étanchéité. Les différents types de joints de culasse tels que métalliques souples, à couches métalliques Metaloflex ainsi que métal-élastomères ont des exigences très clairement définies, et qui proviennent des contraintes imposées aux surfaces des composants. Ainsi, les surfaces du bloc-cylindres et de la culasse doivent être usinées avec beaucoup de précision et ne pas présenter d ondulations. Les zones particulièrement critiques sont les transitions entre composants, par exemple lorsqu un carter de direction est rapporté par bridage. Un soin particulier est requis dans ce contexte pour que le plan de joint ne présente pas d étagements ou de déformations, qui s opposeraient à une liaison étanche par adhérence. N utiliser que des produits antigel/ anticorrosifs homologués Si l on considère tous ces facteurs occasionnant une perte de liquide, il convient aussi de tenir compte des influences chimiques des matières consommables. Il s agit notamment des produits antigel et anticorrosifs. Bon nombre des matières consommables proposées à la vente, ne sont pas pour autant homologuées par les fabricants de moteurs. Des additifs agressifs détruisent le matériau d étanchéité et provoquent des fuites. De même, les produits de «colmatage de fuites» présents en abondance dans le commerce, et qui sont ajoutés à l eau de refroidissement, ont le même effet. Les plastifiants chimiques font gonfler le matériau d étanchéité, et ce phénomène provoque à court terme une destruction du joint. Les mastics d étanchéité appliqués en plus sur les joints de culasse peuvent également avoir un effet négatif, parce qu ils risquent d entraver la fonction des éléments d étanchéité intégrés dans le joint de culasse. Les joints de culasse Elring sont généralement conçus de telle sorte qu ils ne requièrent aucun matériau d étanchéité supplémentaire. 19

20 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas de causes «Fuites d huile et de liquide de refroidissement» 1. Cause de défaillance : fuite d huile, mastic d étanchéité sur élément d étanchéité (Poids-lourds) Les éléments d étanchéité élastomères ont été repoussés et déchirés par la plaque support. 2. Cause de défaillance : fuite d huile, mastic d étanchéité sur élément d étanchéité (poids lourds) L élément d étanchéité élastomère a été repoussé de la plaque support. Des particules de saletés se trouvent dans la rainure d étanchéité. Suite à un positionnement incorrect, la culasse a été posée plusieurs fois lors de son remontage. Ce qui a entraîné une compression locale trop forte de l élément d étanchéité ou/et une déchirure par les bordures de la culasse. AUTRES S POSSIBLES L élément d étanchéité a été repoussé suite au passage de gaz L élément d étanchéité a été trop fortement comprimé en raison d un trop faible dépassement de la chemise Du mastic d étanchéité a été appliqué en plus sur la plaque support métallique. Sous l effet de la vulcanisation, l élément d étanchéité a été soumis à une pression accrue et donc repoussé de son logement initial. Une fuite d huile s est donc produite, et des dépôts de particules provenant de l huile ont accéléré le dommage. AUTRES S POSSIBLES L élément d étanchéité a été endommagé lors du montage/ de la pose de la culasse Après un positionnement répété de la culasse lors du remontage, bien vérifier si le joint est endommagé. Avant le montage, vérifier très soigneusement la qualité et l aspect du plan d étanchéité, et s assurer de la planéité de la culasse. Le cas échéant, prévoir une rectification à plat dans un établissement spécialisé. Ne pas utiliser de mastic d étanchéité. Veiller à procéder régulièrement à la vidange d huile. 20

21 Aspect du dommage, causes et préconisations en cas d «Autres Influences mécaniques» Dommages dus au détachement de pièces Du fait de l influence mécanique du détachement de pièces, des dommages conséquents peuvent apparaître au niveau du moteur. De ce fait, le joint de culasse présente alors d importantes détériorations. 1. Défaillance du joint de culasse suite au détachement de la chambre de précombustion Le joint de culasse à couches métalliques est très fortement endommagé par une influence mécanique dans la zone des éléments de turbulence. 2. Défaillance d un joint de culasse de véhicules utilitaires suite à une erreur de montage La bordure métallique de la chambre de combustion du joint de culasse a été entièrement comprimée à l intérieur par le collet de la chemise. Les forces extrêmes s exerçant au démarrage ont littéralement fait sauter le collet de la chemise (cf. photo à droite), produisant ainsi un grave dommage moteur. La chambre de turbulence du premier cylindre s est détachée en service et est tombée dans la chambre de combustion. La conséquence est immédiate : un endommagement très important de la culasse, des pistons, ainsi que dans la commande des soupapes. Lors du montage du joint de culasse, le diamètre de la chambre de combustion du joint de culasse installé n a pas été vérifié. Le joint utilisé ressemblait au joint démonté, notamment au niveau des trous de passage, mais avait toutefois un plus petit diamètre de chambre de combustion. AUTRES S POSSIBLES Le dépassement au niveau des chambres de turbulence n était pas conforme aux préconisations du constructeur. AUTRES S POSSIBLES Qualité inférieure de joint de culasse, et ou design différent du produit d origine Elring. Avant le montage de la culasse, impérativement vérifier la bonne fixation des chambres de turbulence et le dépassement. Poser le joint de culasse sur le collet de la chemise et si possible vérifier qu il conserve bien sa place au moment du remontage. 21

22 Aspect du dommage, causes et préconisations «Combustion irrégulière» Un «cognement» nuit au joint Les dommages au niveau de joints de culasse provoqués par une séquence de combustion irrégulière, sont fréquents. Il s agit, sur les moteurs à essence, de dommages dus au cognement. Ce phénomène s accompagne de séquences de combustion incontrôlées. 1. Cause de défaillance «Séquence de combustion irrégulière sur des joints à couches métalliques» Un début de coloration noirâtre dans la zone de la cloison de la couche fonctionnelle, annonce le début de la destruction du joint. Ce phénomène apparaît souvent sur des moteurs dont la préparation spécifique ou la programmation, n ont pas été effectuées par un professionnel. Ce qui est problématique, ce sont les contraintes thermiques et mécaniques excessives subies par les composants. Le joint de culasse est l une des pièces du moteur les plus sollicitées et ne peut résister qu un court moment à ces contraintes extrêmes. Cette phase de combustion incontrôlée produit des ondes de choc qui s accompagnent d une montée en pression extrêmement rapide (plus de 100 bar) et en outre de températures élevées (nettement plus de C). Les joints de culasse ayant subi des dommages provenant d un cognement, sont souvent reconnaissables au pincement des bordures de chambre de combustion. Une séquence de combustion incontrôlée a provoqué des vibrations à haute fréquence. Les ondes de choc ainsi déclenchées ont détruit la zone de la cloison. AUTRES S POSSIBLES Qualité du carburant (indice d octane trop faible) Rapport de compression trop élevé Système d injection Réglage du moteur LES ÉLÉMENTS DÉCLENCHANTS PEUVENT ÊTRE Utilisation d un carburant non antidétonant à indice d octane trop faible Bougies d allumage à degré thermique incorrect Rapport de compression trop élevé Essence mélangée à du diesel Tenez compte impérativement des préconisations et instructions de montage des fabricants de moteurs. 22 SUR LES MOTEURS DIESEL Mauvais réglage du début de l alimentation pour l injection Fuitez et/ou vaporisation irrégulière au niveau des injecteurs Mauvaise épaisseur de joint de culasse Dépassements des pistons non pris en compte lors du choix du joint de culasse Carburant de mauvaise qualité

23 2. Défaillance du joint de culasse de véhicules utilitaires suite à un dommage par cognement De nettes bosses et déformations sont visibles sur la bordure métallique de la chambre de combustion. Il y alors fusion entre la bordure et le matériau souple. À ces endroits, la bordure de la chambre de combustion est le plus souvent dénudé et le matériau souple présente des traces de brûlure. Le réglage du moteur (avance à l allumage) n a pas été effectué suivant les préconisations du constructeur. Il se produit donc une sollicitation thermique et mécanique excessive du moteur. La combustion incontrôlée génère des ondes de choc accompagnées de pressions extrêmes et de températures élevées, de sorte que les pièces du moteur sont sollicitées au-delà de leurs capacités mécaniques. Les dommages les plus fréquents se produisent au niveau des pistons et de la culasse. AUTRES S POSSIBLES Qualité du carburant (indice d octane trop faible) Rapport de compression trop élevé Bougies d allumage à degré thermique incorrect ou défectueuses Réglage incorrect de l allumage Respecter les consignes de montage. Vérifier le réglage moteur immédiatement après le montage. 23

24 Montage correct du joint de culasse en sept opérations Veuillez vous conformer aux préconisations de montage des fabricants de moteurs 1. Nettoyer et dégraisser soigneusement les PLANS DE JOINTS des composants (culasse/bloc-cylindres), enlever les résidus de revêtements et de joints. 3. Vérifier les SURFACES DES COMPOSANTS : Éliminer les proéminences de matière à la pierre à huile Déterminer la planéité des composants sur toute leur surface avec une règle de précision : Longitudinal = 0,05 mm, Transversal = 0,03 mm Éliminer les creux (rectification à plat dans un atelier spécialisé) R max R z µm 11 µm µm R max µm 15 µm µm W t 8 10 µm 2. Enlever l huile et les saletés des TROUS TARAUDÉS destinés aux vis de culasse. Vérifier que les filetages ne soient ni endommagés ni grippés. 4. Centrer le JOINT DE CULASSE sur le bloc-moteur (sans mastic d étanchéité supplémentaire) : Veiller bien à ce que le revêtement de surface ne soit pas endommagé. 24

25 POSER LA CULASSE Eviter tout risque de détérioration du plan de joint, protéger notamment la culasse de l exposition aux éraflures. Faire attention aux résidus éventuels, tels que des copeaux métalliques, ils pourraient parvenir de la culasse jusqu au joint. 7. SERRAGE DES VIS Respecter l ordre de serrage tel que préconisé par le constructeur. Si un resserrage est nécessaire, respecter les instructions associées à cette opération. START STOP Nm X 6. VIS DE CULASSE Recommandation des constructeurs automobiles : Remplacer systématiquement les vis de culasse et les rondelles Huiler légèrement le filetage et la surface d appui des têtes de vis NEW Si la vis est montée avec une rondelle, ne huiler qu entre celle-ci et la tête de la vis Attention : ne huiler en aucun cas la surface d appui de la rondelle sur la culasse 25

26 26

27 ALFA ROMEO AUDI BMW CHEVROLET CHRYSLER CITROËN DACIA DAEWOO DAIHATSU DAF DEUTZ DODGE FIAT FORD HONDA HYUNDAI IHC IVECO JEEP KIA LADA LANCIA LAND ROVER MAN MAZDA MERCEDES-BENZ MINI MITSUBISHI MWM NISSAN OPEL PEUGEOT PORSCHE RENAULT ROVER RVI SAAB SCANIA SEAT SKODA SMART SSANGYONG SUBARU SUZUKI TOYOTA VAUXHALL VOLKSWAGEN VOLVO 27

28 Elring-Service-Hotline FR Le informazioni contenute in questo stampato, basate su moli anni di esperienza, possono non essere complete. Nessuna responsabilità viene assunta per dani in base a queste informazioni. Ogni parte dovrà essere installata da personale specializzato. La linea di prodotto e le informazioni tecniche possono essere soggette a variazioni. Si declina ogni responsabilità in inesattezze eventualmente presenti. ElringKlinger AG Division rechange Max-Eyth-Straße Dettingen/Erms Allemagne Tél Fax elring@elring.de