Brevet FR2867818A1 — publié le 20050923

La présente invention concerne un vilebrequin d'un moteur à combustion, en particulier pour un outil de travail guidé à la main, comme des tronçonneuses à chaîne et similaires, qui est composé de pièces fabriquées séparément, comprenant une joue de vilebrequin (2) avec un évidement (3) central pour le logement d'un tourillon d'arbre (4) du vilebrequin (1) et avec un évidement (1) excentré pour le logement d'un tourillon de vilebrequin (6), qui est prévu pour le montage d'une bielle (7), une pièce ou partie formant masse d'inertie (8) étant prévue sur la joue de vilebrequin (2), sur son côté situé à l'opposé de l'évidement (5) excentré. Elle concerne en outre un procédé pour la fabrication d'un tel vilebrequin et un moteur à combustion équipé d'un vilebrequin correspondant. Des outils de travail guidés à la main comme les tronçonneuses à chaîne, les débroussailleuses, les appareils aspirants et soufflants ou similaires doivent être réalisés de façon légère et maniable pour une bonne possibilité de port et de guidage. Un moteur à combustion comme moteur d'entraînement doit présenter par rapport à une cylindrée prédéfinie une puissance d'entraînement élevée et un faible volume de construction avec un poids léger. L'encombrement de construction d'un moteur à combustion correspondant est prédéfini, dans la direction de la course de son piston par la hauteur de construction du piston, la grandeur de sa course et l'espace libre nécessaire pour un mouvement de rotation sans gêne du vilebrequin. Un vilebrequin approprié présente au moins une et en règle générale deux joues de vilebrequin, un tourillon de vilebrequin disposé de façon excentrée étant maintenu entre les joues de vilebrequin pour le montage d'une bielle. A l'opposé du tourillon de vilebrequin, les joues de vilebrequin sont pourvues d'une pièce ou partie formant masse d'inertie, qui assure d'une part un équilibrage de masse dynamique pour le tourillon de vilebrequin et la bielle, et qui fait office d'autre part de masse d'inertie pour un fonctionnement régulier du moteur. Lorsque le piston montant et descendant est au point mort bas, le tourillon de vilebrequin est disposé sur le côté, opposé au piston, du vilebrequin, alors que les pièces formant masse d'inertie sont situées sur le côté de vilebrequin tourné vers le piston. Pour avoir une mobilité de rotation libre du vilebrequin, il est nécessaire d'avoir un espacement au moins minimal entre le bord inférieur du piston et les pièces formant masse d'inertie, de sorte qu'on ne peut pas descendre au-dessous d'une certaine hauteur de construction du moteur à combustion. On connaît des moteurs à combustion pour des outils de travail guidés à la main, qui sont conçus comme ce que l'on appelle des moteurs à collecteur à balayage. Dans ce cas, en plus des classiques canaux de tropl-plein, il est prévu pour effectuer le changement de gaz, en mode deux temps, également un ou plusieurs canaux d'air, au moyen desquels de l'air largement débarrassé du carburant peut être introduit dans le canal de retour correspondant. Pour la commande de l'arrivée d'air, le piston présente dans sa chemise de piston une fenêtre ou lumière de piston qui libère ou ferme le canal d'air en fonction de l'angle du vilebrequin. Des moteurs à combustion de la conception mentionnée présente des valeurs de gaz brûlés améliorées. La disposition d'une fenêtre de piston dans la chemise de piston augmente cependant la hauteur de construction du piston et donc globalement la hauteur de construction du moteur à combustion. Un remplacement de moteurs à combustion existants de conception assez ancienne par un moteur à combustion dans la conception du collecteur à balayage sans modification du reste de la configuration de l'appareil est compliqué au vu de la hauteur de construction augmentée. Une réduction de la hauteur de construction du moteur à combustion par des mesures de construction sur les joues de vilebrequin est également compliquée au vu des forces d'inertie qui apparaissent à cet endroit. En particulier les joues de vilebrequin doivent être conçues avec un poids léger tout en ayant un grand moment d'inertie de rotation. Pour répondre à cette exigence, il est nécessaire d'avoir un agencement le plus concentré possible d'une masse d'inertie avec un rayon de rotation le plus grand possible. Le rayon de rotation des masses d'inertie est limité par l'espace libre nécessaire en direction du piston. Par le document DE 101 19 161 Al, on connaît un moteur à combustion d'un outil de travail guidé à la main avec un vilebrequin dit "construit". Le vilebrequin est composé de parties fabriquées séparément, des joues de vilebrequin fabriquées individuellement étant réalisées comme pièces poinçonnées avec des parties de surface estampées et abaissées. Lors de l'opération d'estampage, le matériau du demi-produit poinçonné flue de telle sorte qu'une concentration de masse est provoquée, dans la zone de la pièce formant masse d'inertie, sur un rayon de rotation assez grand. Pour une faible hauteur de construction, le contour périphérique des pièces formant masse d'inertie va jusqu'approximativement le bord inférieur du piston dans son point mort bas. Pour éviter une collision des pièces formant masse d'inertie avec la chemise de piston au point mort bas du piston, les pièces formant masse d'inertie présentent un chanfrein sur leur côté extérieur. Le chanfrein réduit cependant l'inertie de rotation du vilebrequin. L'opération d'estampage limite le choix du matériau du demi-produit pour les joues du vilebrequin. Pour la réalisation de l'estampage, il faut des forces d'usinage très élevées. Il est indispensable d'avoir des machines et des outils chers et compliqués, le temps de poinçonnage des outils pouvant être non satisfaisant. L'invention a pour objectif de créer un vilebrequin d'un moteur à combustion avec de bonnes propriétés de masse d'inertie sous un faible encombrement de construction. Cet objectif est atteint par un vilebrequin du type indiqué en préambule, caractérisé en ce que la pièce formant masse d'inertie est formée d'une seule pièce avec la joue de vilebrequin et est pliée, à partir d'un plan de la joue de vilebrequin, en direction de la bielle. L'invention a également pour objectif de créer un procédé pour la fabrication d'un vilebrequin approprié 15 avec une faible dépense et une productivité élevée. Cet objectif est atteint par un procédé selon lequel une ébauche de la joue de vilebrequin est fabriquée par poinçonnage de précision à partir d'un demi-produit plan, et selon lequel ensuite la pièce formant masse d'inertie, formée d'une seule pièce sur l'ébauche, est pliée à partir du plan de l'ébauche. Un autre objectif de l'invention consiste à perfectionner un moteur à combustion d'un outil de travail guidé à la main de telle sorte qu'on ait une hauteur de construction réduite dans la direction de la course. Cet objectif est atteint par un moteur à combustion comprenant un piston, une bielle et un vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. On propose un vilebrequin ou un moteur à combustion avec un piston, une bielle et un vilebrequin correspondant, le vilebrequin étant composé de pièces fabriquées séparément. Le vilebrequin comprend une joue de vilebrequin avec un évidement central pour le logement d'un tourillon d'arbre du vilebrequin et avec un évidement excentré pour le logement d'un tourillon de vilebrequin, qui est prévu pour le montage de la bielle. Sur la joue de vilebrequin, il est prévu sur son côté situé en face de l'évidement excentré une pièce ou partie formant masse d'inertie qui est formée d'une seule pièce avec la joue de vilebrequin et est courbée, à partir d'un plan de la joue de vilebrequin, en direction de la bielle. La joue de vilebrequin présente ici de façon appropriée, dans la zone de la pièce formant masse d'inertie une épaisseur sensiblement constante. Pour le formage de la joue de vilebrequin dans l'espace, il faut uniquement un pliage. Pour le pliage, on doit appliquer des forces de fabrication comparativement faibles. Les frais en machine et en outils sont faibles. Les outils faiblement chargés présentent une grande durée d'utilisation. Du fait de l'épaisseur sensiblement constante de la pièce formant masse d'inertie, une partie importante de la masse est disposée sur un rayon de rotation comparativement grand. Par rapport à un moment d'inertie de rotation nécessaire prédéfini, on peut choisir globalement un diamètre extérieur comparativement faible de la Joue de vilebrequin. Tout en conservant un espace libre entre le vilebrequin et le piston, on obtient une faible hauteur de construction du moteur à combustion dans la direction de la course du piston, le pliage, réalisé en direction de la bielle, de la pièce formant masse d'inertie contribuant à la formation de l'espace libre par rapport à la chemise de piston du piston. Le pliage de la pièce formant masse d'inertie est réalisé avantageusement de telle sorte que, lorsque le piston est à un point mort bas, le piston se situe au moins partiellement en recouvrement avec la pièce formant masse d'inertie par rapport à la direction de sa course. Alors, le piston réalisé en creux et sensiblement en forme de pot recouvre la pièce formant masse d'inertie dans sa zone partielle extérieure. La zone partielle extérieure de la pièce formant masse d'inertie plonge dans le côté intérieur creux du piston, un espace libre suffisant pour une mobilité de rotation libre du vilebrequin étant garanti par le pliage. Le recouvrement du piston et de la pièce formant masse d'inertie permet une réduction de la hauteur de construction. En particulier dans le cas d'une réalisation du piston avec au moins une fenêtre de balayage dans la chemise de piston par exemple pour la formation d'un moteur à collecteur à balayage, la hauteur de construction agrandie, entraînée par l'agencement de la fenêtre de balayage, du piston peut être compensée par la conception correspondante du vilebrequin. Des moteurs conçus de façon correspondante peuvent être utilisés, avec une hauteur de construction au moins approximativement non modifiée, sans autres mesures d'adaptation de construction, en remplacement de moteurs de conception plus ancienne. La pièce formant masse d'inertie est pliée utilement suffisamment pour qu'un côté extérieur, opposé à la bielle, de la pièce formant masse d'inertie se situe, en référence à la direction de l'axe du vilebrequin, côté intérieur d'une zone contiguë de la chemise de piston. Sans agrandissement de la hauteur de construction, la chemise de piston peut être descendue en conséquence largement sur la pièce formant masse d'inertie et offre, en plus d'un guidage bon et sans basculement du piston, suffisamment de place pour la mise en place d'autres mesures de construction, comme par exemple une fenêtre de balayage ou similaire. Dans un perfectionnement avantageux, la pièce formant masse d'inertie est pliée en forme de pot le long d'une ligne de pliage incurvée et agencée en particulier en forme d'arc de cercle. De cette façon, il est garanti que ce ne soit pas seulement la zone centrale de la pièce formant masse d'inertie qui présente à proximité immédiate du point mort haut une distance suffisante par rapport à la chemise du cylindre. De plus, l'ensemble de la zone périphérique de la pièce formant masse d'inertie est plié vers l'intérieur, de sorte qu'on obtient un espace libre approprié sur une plage d'angle de vilebrequin élargie. Sur le côté opposé au piston, le carter de vilebrequin peut présenter un formage conçu seulement avec un volume réduit de façon appropriée pour la pièce formant masse d'inertie en rotation. Il en résulte un faible volume de carter de vilebrequin avec une pré-compression élevée et adéquate. Dans le même temps, on a entre les joues de vilebrequin dans la zone du tourillon de vilebrequin une distance axiale suffisamment élevée pour la réception d'un palier de bielle large et portant. On propose un procédé pour la fabrication du vilebrequin cité, selon lequel une ébauche de la joue de vilebrequin est fabriquée par un poinçonnage de précision dans un demi-produit plan, et selon lequel la pièce formant masse d'inertie, formée d'une seule pièce sur l'ébauche, est pliée ensuite à partir du plan de l'ébauche. Le poinçonnage de précision permet un formage de l'ébauche au contour précis, dont les bords issus du poinçonnage ne nécessitent pas un nouvel usinage ultérieur. Le processus de pliage consécutif entraîne seulement un faible fluage de matériau, de sorte que la qualité de surface du contour issu du poinçonnage n'est pas altérée ou n'est altérée que de façon minime. On peut effectuer avec une faible dépense et à des cadences élevées une fabrication, lors de laquelle il n'est pas nécessaire d'avoir d'autres retouches. Le poinçonnage de précision de l'ébauche et le pliage de la pièce formant masse d'inertie s'effectuent utilement de façon séquentielle lors d'une opération avec le même poinçon. Ce processus appelé également poinçonnage finisseur permet sans changement d'outil et en renonçant à une fabrication sur différentes stations d'usinage une fabrication précise d'un coût avantageux. Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé, l'ébauche est appuyée contre une matrice de pliage pour le pliage de la pièce formant masse d'inertie, le contour périphérique de la pièce formant masse d'inertie étant dégagé. Lors du pliage, la surface périphérique dégagée peut s'incliner sans obstacle sous l'effet du pliage appliqué. On peut avoir un pliage libre sans autre fluage de matériau et sans application de force inhérente à ce pliage. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit 25 de façon plus détaillée ci-dessous à l'aide du dessin. Sur ce dessin, la figure 1 montre, dans une représentation d'ensemble, en perspective, un vilebrequin monté avec une bielle et un piston dans son point mort bas; la figure 2 montre, dans une vue latérale, le dispositif 5 selon la figure 1; la figure 3 montre,dans une vue de face, le dispositif selon les figures 1 et 2; la figure 4 montre, dans une représentation en perspective, des détails d'une joue de vilebrequin du 10 vilebrequin selon les figures précédentes; la figure 5 montre,dans une représentation en coupe longitudinale, le vilebrequin selon la figure 4; la figure 6 montre, dans une représentation globale schématique, le déroulement du procédé pour la fabrication d'une joue de vilebrequin selon les figures précédentes. La figure 1 montre, dans une représentation d'ensemble, en perspective, des détails d'un moteur à combustion interne pour un outil de travail guidé à la main, dont est représentée seulement, pour des raisons de meilleure visibilité, la zone d'un vilebrequin 1 avec un piston 16 et une bielle 7. Le vilebrequin 1 est composé de pièces fabriquées séparément et comprend deux tronçons d'arbre 24, 25 ainsi que deux joues de vilebrequin 2 contiguës. Les deux joues de vilebrequin 2, disposées de façon symétrique et opposée, présentent chacune un évidement 3 central et un évidement 5 excentré. Sur chacune des extrémités, tournées les unes vers les autres, des deux tronçons d'arbre 24, 25 est prévu un tourillon d'arbre 4, avec lequel la partie d'arbre 24, 25 est maintenue de façon solidaire en rotation dans l'évidement 3 centré de la joue de vilebrequin 2 concernée. Dans les deux évidements 5 excentrés des deux joues de vilebrequin 2 passe un tourillon de vilebrequin 6, sur lequel la bielle 7 est montée au moyen d'un palier de bielle 37. A son extrémité opposée, la bielle 7 est montée sur le piston 16 au moyen d'un tourillon de piston 28 présenté sur la figure 3. Sur les deux joues de vilebrequin 2, il est prévu sur leurs côtés situés en face de l'évidement 5 excentré respectif une pièce ou partie formant masse d'inertie 8, qui est formée d'une seule pièce avec la joue de vilebrequin 2. Sur les deux tronçons d'arbre 24, 25 est glissé un palier d'arbre 26 pour le montage de l'arbre de vilebrequin 1, les paliers d'arbre 26 étant conçus dans l'exemple de réalisation présenté comme des roulements à billes. un palier à glissement est prévu comme palier de bielle 37. La figure 2 montre une vue latérale du dispositif selon la figure 1. Le vilebrequin 1 est logé de façon à pouvoir tourner au moyen des paliers d'arbre 26 autour d'un axe de rotation 30. Par l'axe de rotation 30, on prédéfinit une direction d'axe indiquée par une double flèche 18. Le vilebrequin 1 est représenté dans une position de rotation, dans laquelle le tourillon de vilebrequin 6 est disposé sur le côté, opposé au piston 16, de l'arbre de vilebrequin 1, alors que les pièces formant masse d'inertie 8 sont positionnées sur le côté tourné vers le piston 16. Au moyen du tourillon de vilebrequin 6 et de la bielle 7, le piston 16 guidé dans une direction de course 21 dans un cylindre non représenté de façon plus détaillée est positionné suffisamment près du vilebrequin 1 pour que le piston 16 ait atteint un point mort bas 20. Par une rotation du vilebrequin 1 autour de l'axe de rotation 30, la distance du piston 16 au vilebrequin 1 dans la direction de course 21 s'agrandit jusqu'à ce que le piston 16 ait atteint un point mort haut, après une rotation de 180 du vilebrequin 1. Les joues de vilebrequin 2 sont conçues sensiblement planes et forment un plan 9, à partir duquel la pièce formant masse d'inertie 8 est pliée en direction de la bielle 7. Le piston 16 présente au-dessous de deux segments de piston 27 une chemise de piston 19 circulaire, dans laquelle des fenêtres de balayage 22 sont formées latéralement dans la direction d'axe 18. Lorsque le piston 16 est au point mort bas 20 représenté, le piston 16 vient au moins partiellement en recouvrement avec les deux pièces formant masse d'inertie 8 par rapport à sa direction de course 21. Les deux pièces formant masse d'inertie 8 sont alors pliées suffisamment largement en direction de la bielle 7 pour que leurs côtés extérieurs 17 opposés à la bielle 7 se situent par rapport à la direction d'axe 18 sur le côté intérieur d'une zone 23 adjacente de la chemise de piston 19. Les deux pièces formant masse d'inertie 8 dépassent alors, dans la direction de course 21, suffisamment dans l'espace intérieur creux du piston 16 pour que la zone située radialement à l'extérieur des pièces formant masse d'inertie 8 soit complètement entourée, tout autour, par la chemise de piston 19. La figure 3 montre dans une vue de face le dispositif selon les figures 1 et 2, selon lequel un tourillon de piston 28 pour le montage de la bielle 7 (figure 2) s'étend dans la direction d'axe 18 (figure 2) à travers le piston 16. Autour du tourillon de piston 28 sont disposées des fenêtres de balayage 28 dans la chemise du piston 19. Par les fenêtres de balayage 22, on peut libérer ou fermer un canal d'air non représenté en fonction de la position angulaire du vilebrequin ou de la position du piston, canal par lequel de l'air largement débarrassé de carburant peut être amené à un canal de retour également non représenté. Sur la représentation selon la figure 3, on peut voir que, au point mort bas 20 représenté, la zone 23, située dans la direction d'axe 18 (figure 2), de la chemise de piston 19 s'étend jusqu'à chevaucher les bords extérieurs 17 des pièces formant masse d'inertie 8 des joues du vilebrequin 2. La figure 4 montre, dans une vue en perspective, une joue de vilebrequin 2 selon les figures 1 à 3. La joue de vilebrequin 2 présente un contour en forme de champignon, la zone de l'évidement 3 central et de l'évidement 5 excentré étant disposée dans un plan 9. La pièce formant masse d'inertie 8, en forme de tête de champignon, est pliée en forme de pot le long d'une ligne de pliage 10 agencée en forme d'arc de cercle à partir du plan 9, dans le sens des flèches 31. La pièce formant masse d'inertie 8 présente un contour périphérique 11 en forme d'arc de cercle, le contour périphérique 11 et la ligne de pliage 10 étant disposés de façon concentrique par rapport à l'évidement 3 central. La forme de section pliée de la joue de vilebrequin 2 est bien visible dans la surface de coupe hachurée 32 de la figure 4, qui est reproduite en tant que représentation en coupe transversale de la joue de vilebrequin à la figure 5. La joue de vilebrequin 2 présente dans la zone de la pièce formant masse d'inertie 8 ainsi que dans la zone des évidements 3, 5 une épaisseur D sensiblement constante. La pièce formant masse d'inertie 8 est pliée de façon libre et non guidée de telle sorte que sa surface périphérique 33 soit inclinée en biais par rapport à l'axe de rotation 30. En raison de l'inclinaison de la surface périphérique 33, on forme un bord 34 extérieur de la pièce formant masse d'inertie 8, qui présente par rapport à l'axe de rotation 30 une distance radiale augmentée. La figure 6 montre, dans une représentation globale schématique, des détails du procédé pour la fabrication de la joue de vilebrequin 2 selon les figures précédentes. Il est prévu une matrice de poinçonnage 36 avec une ouverture de poinçonnage 38, un demi-produit 13 étant posé sur la matrice de poinçonnage 36. Pour la fabrication de la joue de vilebrequin 2, on déplace un poinçon de poinçonnage 14 dans le sens de la flèche 35, une ébauche 12 étant séparée du demi-produit 13 par poinçonnage de précision du fait de la coopération du poinçon de poinçonnage 14 avec la matrice de poinçonnage 36. Dans la même opération, l'ébauche 12 est appuyée contre une matrice de pliage 15 de façon séquentielle et consécutive avec le même poinçon de poinçonnage 14, si bien que la pièce formant masse d'inertie 8 est pliée dans la forme décrite plus haut. Le poinçon de poinçonnage 14 et la matrice de pliage 15 sont conçus de telle sorte que, pendant l'opération de pliage, le contour périphérique 11 de la pièce formant masse d'inertie 8 soit libre et non guidé. Il s'ensuit que le tracé incliné de la surface périphérique 33 selon la figure 5 peut s'établir par un pliage au moins approximativement pur. REVENDICATIONS 1. Vilebrequin d'un moteur à combustion, en particulier pour un outil de travail guidé à la main, comme des tronçonneuses à chaîne et similaires, qui est composé de pièces fabriquées séparément, comprenant une joue de vilebrequin (2) avec un évidement (3) central pour le logement d'un tourillon d'arbre (4) du vilebrequin (1) et avec un évidemment (1) excentré pour le logement d'un tourillon de vilebrequin (6), qui est prévu pour le montage d'une bielle (7), une pièce ou partie formant masse d'inertie (8) étant prévue sur la joue de vilebrequin (2), sur son côté situé à l'opposé de l'évidement (5) excentré, caractérisé en ce que la pièce formant masse d'inertie (8) est formée d'une seule pièce avec la joue de vilebrequin (2) et est pliée, à partir d'un plan (9) de la joue de vilebrequin (2), en direction de la bielle (7). 2. Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la joue de vilebrequin (2) présente, dans la zone de la pièce formant masse d'inertie (8), une épaisseur (D) sensiblement constante. 3. Vilebrequin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce formant masse d'inertie (8) est pliée en forme de pot le long d'une ligne de pliage (10) incurvée et agencée en particulier en forme d'arc de cercle. 4. Vilebrequin selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce formant masse d'inertie (8) présente un contour périphérique (11) en forme d'arc de cercle agencé de façon concentrique par rapport à la ligne de pliage (10). 5. Procédé pour la fabrication d'un vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel une ébauche (12) de la joue de vilebrequin (2) est fabriquée par poinçonnage de précision à partir d'un demi-produit (13) plan, et selon lequel ensuite la pièce formant masse d'inertie (8), formée d'une seule pièce sur l'ébauche (12), est pliée à partir du plan de l'ébauche (12). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le poinçonnage de précision de l'ébauche (12) et le pliage de la pièce formant masse d'inertie (8) s'effectuent de façon séquentielle lors d'une opération avec un même poinçon de poinçonnage (14). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'ébauche (12) est appuyée contre une matrice de pliage (15) pour le pliage de la pièce formant masse d'inertie (8), le contour périphérique (11) de la pièce formant masse d'inertie (8) étant libre. 8. Moteur à combustion, en particulier pour un outil de travail guidé à la main, comme des tronçonneuses à chaîne et similaires, comprenant un piston (16), une bielle (7) et un vilebrequin (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 9. Moteur à combustion selon la revendication 8, caractérisé en ce que, à un point mort bas (20) du piston (16), le piston est disposé, par rapport à sa direction de course (21), au moins partiellement en recouvrement avec la pièce formant masse d'inertie (8). 10. Moteur à combustion selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pièce formant masse d'inertie (8) est pliée suffisamment pour qu'un côté extérieur (17), opposé à la bielle (7), de la pièce formant masse d'inertie (8) soit disposé, dans la direction d'axe (18) du vilebrequin (1), sur le côté intérieur d'une zone (23) adjacente d'une chemise de piston (19) du piston (16). 11. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le piston (16) présente au moins 25 une fenêtre de balayage (22) dans sa chemise de piston (19).