CN101331005B - 燃烧钉枪的可变点火延迟 - Google Patents

Abstract

一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括工具壳体、与该壳体相关的动力源，该动力源包括气缸盖、汽缸和在汽缸中往复运动的活塞、相对于汽缸往复运动的阀套、腔室开关和触发开关；气缸盖、阀套、汽缸和活塞组合限定燃烧室，引发动力源的点火所需要的两个开关的关闭向汽缸下方驱动活塞。风机配置在燃烧室内，控制系统包括与壳体相关的控制程序，该控制程序与动力源、腔室开关和触发开关连接，并设置成用于在燃料喷射进燃烧室后提供指定的点火延迟时间，并当腔室开关关闭时，延迟时间作为监控的工具参数的函数是可变的。

Description

燃烧钉枪的可变点火延迟

相关申请

本申请依据USC35§120条的规定要求2005年11月17日提交的美国第60/737,680号专利的优先权。

技术领域

本发明通常涉及用于将紧固件驱动到工件中的紧固件驱动工具，并特别地涉及燃烧动力的紧固件驱动工具，也称为燃烧工具或燃烧钉枪。

背景技术

燃烧动力工具在本领域是已知的，是由IL，Glenview Illinois工具工厂生产的典型工具，也是用于将紧固件驱动到工件中的IMPULSE

牌工具，并在共同受让给Nikolich的美国专利第Re32,452号和美国专利第4,522,162、4,483,473、4,483,474、4,403,722、5,197,646、5,263,439、5,897,043和6,145,724号中描述，所有以上专利在此结合以作参考。

这种工具包括包围一小型内燃机的工具外壳。该发动机由罐装增压燃料气，也称为燃料箱，提供动力。电池动力电子配电部件产生点火火花，位于燃烧室内的风机提供腔室内的有效的燃烧，同时也促进了装置的燃烧操作的辅助过程。所述辅助过程包括：在腔室内混合燃料和空气，形成湍流以加快燃烧过程，用新鲜空气排出燃烧副产物，并冷却发动机。发动机包括往复运动活塞，该往复运动活塞具有配置在气缸体内的延伸的刚性驱动片。

阀套关于气缸轴向往复运动，并通过连接件当工作接触件在该连接件的未端相对于工件被按压时，阀套移动以关闭燃烧室。该按压动作还触发燃料计量阀以将特定体积的燃料引入关闭的燃烧室内。因此，阀套打开燃烧室排出气体，并关闭燃烧室以在点火之前封闭。

在这种工具中，一旦燃料喷射入燃烧室内，燃料和空气利用由旋转的风机叶片产生的湍流进行混合。如果燃料和空气没有在点火之前恰当地混合，则将会发生微弱的燃烧循环或者没有燃烧发生。因此，为混合提供足够的时间以保证可重复的钉枪运转和所要求的性能是重要的。混合时间定义为从燃料喷射入燃烧室到燃料和空气混合均匀的间隔。

用于达到完全混合物的持续时间取决于很多参数，包括燃料计量时间、燃料雾化形式、燃料雾化速度、风机结构和旋转速度(RPM)，以及发动机和燃料温度。其中，最重要的是风机转速、发动机温度和燃料温度。风机转速越快，由于腔室内增加的湍流，混合所需要的时间越短。考虑到更高的工具和燃料工作温度，气体分子更加活跃，这反过来减少可用的混合时间。另外，更高的燃料箱温度提高了燃料的压力，当燃料喷射入燃烧室时给予燃油雾化/喷射更大的速度，以促进混合。在前条件的相反趋势将导致所需混合时间的增加。

鉴于上述情况，需要一种设置用于监控这些参数并提供改进的工具性能的改进的燃烧钉枪。

发明内容

以上所列的需求通过本燃烧钉枪得到满足或超越，该燃烧钉枪设置有用于监控和调整工具操作参数(比如燃料和空气混合时间、点火定时、电池电压、燃料箱温度和/或压力以及工具和周围温度)的控制系统。从工具系统收到输入后，控制系统调整可控工具参数(比如燃料/空气混合时间)并促进点火之前均匀的燃料/空气混合。作为本系统的结果，工具运转更加稳定，钉的驱动一致性得到提高。此外，如果在驱动循环期间的任何时候工具偏离预定位置，控制系统阻止钉枪运转。

更具体地说，一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括工具壳体、与该壳体相关的动力源，该动力源包括气缸盖、汽缸和在汽缸中往复运动的活塞、相对于汽缸往复运动的阀套、腔室开关和触发开关。气缸盖、阀套、汽缸和活塞组合以限定燃烧室。两个开关的关闭是引发用于向汽缸下方驱动活塞的动力源的点火所需要的。风机配置在燃烧室内，控制系统包括与壳体相关的控制程序，该控制程序与动力源、腔室开关和触发开关连接，并设置成用于在燃料喷射进燃烧室后提供指定的点火延迟时间，并当腔室开关关闭时，延迟时间作为监控的工具参数的函数是可变的。在本申请中，术语混合延迟和点火延迟是可互换使用的。

在另一实施例中，提供一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括工具壳体、与所述壳体有关的动力源，该动力源包括气缸盖、汽缸和在汽缸中往复运动的活塞、相对于汽缸往复运动的阀套，气缸盖、阀套、汽缸和活塞组合所限定的燃烧室。在阀套关闭燃烧室时腔室开关被关闭。腔室和触发开关的关闭是引发用于向汽缸下方驱动活塞的动力源的点火所需要的。风机配置在燃烧室内并由风机马达提供动力。控制系统包括与壳体相关的控制程序，该控制程序与动力源、风机马达、腔室开关和触发开关连接，并设置成在燃料计量和腔室开关关闭之后用于提供指定的点火延迟时间，延迟时间随着发动机温度、电池电压、风机马达速度、燃料系统压力、燃料箱温度和周围温度中至少一个的降低是可延长的。

在仍然的另一个实施例，一种燃烧动力紧固件驱动工具包括工具壳体、与该壳体相关的动力源，该动力源包括气缸盖、汽缸和在汽缸中往复运动的活塞、相对于汽缸往复运动的阀套、腔室开关和触发开关。气缸盖、阀套、汽缸和活塞组合以限定燃烧室。两个开关的关闭是引发用于向汽缸的下方驱动活塞的动力源的点火所需要的。风机配置在燃烧室内。控制系统包括与壳体相关的控制程序，控制系统与动力源、燃料计量的动作(机械的或电动机械的)，腔室开关设置成用于提供指定的点火延迟时间。程序设置成用于放弃点火，从而如果腔室开关在点火延迟期间打开，放弃动力源循环。为了进一步地工具运转，操作者重复工具运转的正常运转顺序。

附图说明

图1是包含本控制系统的紧固件驱动工具的前透视图；

图2是图1中在静止位置的工具的一部分的垂直横断面；

图3是描述在连续的操作循环中的本控制系统运转的时间图；

图4是描述在重复的操作循环中的本控制系统运转的时间图；

图5是控制系统输入的原理图。

具体实施方式

现在参照图1和2，结合本发明的燃烧动力紧固件驱动工具总体标识为10，优选地为以上所列专利中详细说明的一般类型并结合在本申请中以作参考。工具10的壳体12在壳体主腔室16内包含一个独立的内部动力源14。像在常规的燃烧工具中一样，动力源14由内部燃烧提供动力，并包括与气缸20连通的燃烧室18。往复运动地设置在气缸20内的活塞22与驱动片24的上端连接。如图2所示，活塞22的往复运动的上限称为预点火位置，其只在点火之前产生，在此燃烧气体的点火促使驱动片24的向下驱动以冲击紧固件(未示出)将其驱动到工件中。

当工具处于连续运转模式时，通过与触发开关(未示出，术语扳机和触发开关是可互换地使用的)相连的扳机26的压下，操作者将燃烧引入燃烧室18，使得驱动片24强有力地向下驱动进入护鼻28。护鼻28引导驱动片24撞击已由紧固件盒30送入护鼻中的紧固件。

包含在护鼻28中的是工件接触件32，工件接触件32通过连接件或上探棒34与往复运动阀套36相连，阀套36部分地限定燃烧室18。工具壳体12相对于工件的压下导致工件接触件32相对于工具壳体12从静止位置(图2)向预点火位置移动。该移动克服了由弹簧38引起的工件接触件32的通常的向下偏斜定向(如图1中隐藏显示)。

在静止位置，由于有容纳腔室开关或读头开关44和火花塞或其它火花发生器46的环形隙40将阀套36和气缸盖42隔开，所以燃烧室18不封闭。特别地，在气缸盖42附近有上隙40U，在气缸20的上端附近有下隙40L。在本工具10的优选实施例中，气缸盖42也是冷却风机48和为冷却风机提供动力的风机马达49的固定点。正如本领域已知及在以上已结合作为参考的专利中所说明的那样，风机48和马达49的至少一部分延伸到燃烧室18中。在预点火位置，燃烧室18借助于阀套36与燃烧室密封件36a和36b之间的接触密封，并由活塞22、阀套36、气缸盖42、以及气缸20的顶部20a限定。

在连续运转模式中，当操作者相对于工件按压工件接触件32时，启动点火。该动作克服了弹簧38的偏置力，导致阀套36相对于壳体12向上移动，并在触发腔室开关44之前密封燃烧室18。该操作也使得计量的燃料量从燃料罐50(示出一部分)释放进燃烧室18。

一拉动扳机26，火花塞46就被激发，点燃燃烧室18中的燃料和空气混合物并将活塞22和驱动片24朝等待紧固件向下发送。当活塞22向下移动到气缸20时，活塞推动一股空气通过至少一个瓣阀或止回阀52排出(图2)。在活塞行程的底部或最大活塞行程距离处，如本领域已知，活塞22冲击弹性缓冲器54和位于超出活塞位移的至少一个排气孔53。随着活塞22超过排气止回阀52，高压气体从气缸20排出。由于气缸20中的内部压差，活塞22返回到图2所示的预点火位置。

为保证即使在相对快速的重复点火期间活塞22返回到图2的预点火定位，本工具10优选地装有通常标识为60的锁定装置，其设置用于在活塞22返回预点火位置之前阻止阀套36从封闭或点火位置到静止位置的往复运动。锁定装置60的这种保持或锁定功能在活塞22返回到预点火位置所需要的特定时间段内是起作用的。因此，在重复循环模式中操作者利用工具10能从紧固件刚被驱动的工件上提起工具，并开始重定位工具进行下一个点火循环。随着本锁定装置60，活塞22的返回，燃烧室18受控制打开的发生，工具10正朝下一个工件位置移动。

更具体地，虽然其它类型的锁定装置在作为参考结合的待定申请第11/028,432号中预期并公开，典型的锁定装置60包括设置用于与滑动凸轮或卡爪64啮合的电磁体62，该滑动凸轮或卡爪64相对于阀套36横向往复运动以在指定的时间段内阻止阀套36的运动。该时间段由结合程序或电路66a并包含在中央处理器或控制模块61(隐藏显示)，一般为放置在手柄部分68(图1)或壳体12中的其它位置中的控制系统66(图1)控制，如本领域已知的。

工具10还包括至少一个温度传感器，比如热敏电阻或测量温度的其它装置，并与控制系统66是可连接的以向控制程序66a提供输入。本温度传感器包括设置在壳体12上或与壳体12相关的第一传感器70，尽可能有效地远离动力源14以检测周围温度或与燃烧期间产生的热无关的温度。第二传感器72设置在燃料箱50的可操作范围内用于检测燃料箱的温度。关于传感器70，最好传感器72定位于足够地靠近燃料箱50，而且距离动力源14足够远以检测与动力源温度无关的燃料箱的温度。第三可选传感器是位于动力源14的可操作范围内的动力源传感器74，比如在气缸20上或在其附近。工具10可以设置有一个、两个或所有三个上述识别传感器70-74，全部以已知的方式与程序66a连接。温度传感器的定位和程序编制在2005年1月3日提交的待决美国专利申请第11/028,020号中已更详细地公开，在此结合作为参考。很清楚，控制系统66包括控制程序66a、控制模块67和触发开关26、腔室开关44、传感器和相关电路。

工具10还可选择的装备有燃料计量系统，示意性地以76标明和示出(图2)。这种系统在本领域是已知的，一个这样的系统在共同受让的美国专利第6,102,270号中公开，在此结合作为参考。燃料计量系统76与燃料箱50连通，并通过计量阀(未示出)向燃烧室18分配测量剂量的燃料。

可以理解，燃料计量系统76由电池78(隐藏显示)提供动力并由控制程序66a控制。电池78还用于为控制系统66和工具10的所有电子操作机能提供动力。如本领域已知，电池78可以采取至少一个可充电单元或至少一个常规一次性电池的形式。

如已知技术，控制程序66a可以连续或重复循环运转系统运转，这种系统的祥细情况在共同受让的美国专利申请第11/028,450号、并以美国专利申请出版的第2005/0173487A1号中公开，在此结合以作参考。概括地说，在顺序运转中，如上所述，在扳机26能被拉动引发燃烧之前，腔室开关44必须由阀套38向阀套预点火位置的向上运动关闭。在重复循环运转中，在工具运转期间使用者保持扳机26拉起，随着相对于工件的每次工具动作，每一次随后的点火都由腔室开关44的关闭启动。

现在参考图3，本控制程序66a给出了根据检测到的当工具处于顺序运转时的环境或工具参数改变点火或混合延迟的配位特征。在t0，工具10处于静止状态。在t1，使用者相对于工件按压工具10，使得工件接触件32相对于护鼻28滑动，关闭燃烧室18同时关闭腔室开关44。同时，随着腔室开关44的关闭，燃料计量系统76向燃烧室18内喷射一定量的燃料，控制程序66a开始预先设置混合延迟80，该混合延迟80以指定的时间延迟点火以使风机48在燃烧室内混合燃料/空气混合物以获得更有效的燃烧。优先的混合延迟时间80在0-50微秒范围内，但这可以变化以适应环境的和工具的参数。在t2，燃料计量过程结束，旋转的风机48在燃烧室18内混合空气和燃料。在t3，混合延迟80结束，工具10准备点火。

在t4，使用者关闭触发开关26，开始t4和t5之间的点火循环。在该时间期间，控制系统66产生足够的电荷以激活火花塞46。在t5点火循环结束时，发动机循环82开始，包括燃烧室18内的燃料/空气混合物的点燃、活塞22和驱动片24运动到气缸20下方来驱动紧固件、通过阀门52排出燃烧副产物气体、以及活塞22返回到图2所示的预点火位置。发动机循环延续到t6，在此期间使用者将触发开关26保持在关闭状态。在t7，使用者将工具10从工件提起，导致弹簧38将阀套36推到打开位置，打开腔室开关44，这还允许重新填充燃烧室18内的空气。最后，使用者释放触发开关26，工具10复位等待下一次点火。

现在参考图4，对当工具处于重复循环运转时控制程序66a的运转进行描述。再次，在t0，工具处于静止状态。在t1，使用者拉动扳机26，关闭相应的触发开关。接着，在t2，腔室开关44关闭，燃料计量76开始，同时混合延迟80开始。如在顺序运转的情况下，燃料计量76持续到t3，而混合延迟80持续到t4。在混合延迟80结束时，点火循环开始，火花塞46在t4被触发并延续到t5。

与图3所描述的顺序运转相似，在点火循环46结束时，发动机循环82在t5开始并延续到t6。在t7，使用者从工件提起工具10，腔室开关44在t7最终打开。然后工具10准备下一个循环。如在一般的重复循环模式中，在点火之间触发开关26保持在关闭位置。

参照图5，某种环境和/或工具运行条件可能影响点火之前燃烧室18中的混合效率。这些条件包括周围温度、燃料箱温度、动力源温度、电池充电、风机马达速度和燃料压力。本控制系统66的特点是控制程序66a设置成使延迟期80作为这些受监控的工具参数的函数是可变的。

如上所述，温度传感器70-74、腔室开关44、触发开关26、燃料计量系统76、电池78、风机马达49和火花塞46全部连接到控制程序66a。例如，如果从传感器70-74中任何一个检测的温度低于比如50℉，工具10在相对低温条件下运转，则需要额外的混合时间以保证更加有效的燃烧。因此，程序66a设置成如图形A、E和F所示使得当检测的温度下降到50以下时增加延迟80。当温度逐渐下降到50℉以下时，延迟80随着温度的降低而增加。可以理解，在所有的图形A-F中，延迟80的持续时间可以变化以适应所处的状态。

现在参考图形B，当电池78消耗电量时，风机马达49及其它工具元件运转更加缓慢，也需要相对更长的混合延迟80以获得经济的燃烧。更具体地说，当6伏系统中的电池电压下降到5.5伏DC以下时，延迟80将逐渐地延长。预计电压极限可随着应用而变化。同样，如图形C所示，当风机马达按每分钟转数(RPM)测量的速度下降到指定数值以下时，优选10,000RPM，混合延迟80将逐渐地增加。用于延迟80的延长的每分钟转数的极限也可随应用而变化。

进一步地，参照图形D，当由程序66a通过连接到燃料计量系统76(图2)或燃料箱温度传感器72上的压力传感器84测量的燃料压力降低时，混合延迟80也逐渐地增加。合适的燃料压力转换器或传感器84在共同拥有的美国专利第6,722,550中已有说明，在此结合作为参考。当燃料箱温度降低到50℉以下时，燃料箱压力相应地降低到100psi以下，这将减少燃料计量速度并增加混合时间。应该注意，程序66a设置成包括由图形A-F表示的上述关系的组合，或仅有一个或所相关系嵌入程序内。

控制程序66a的另一个特点在盒86上描述，其中在腔室开关44的监控期间，控制程序确定腔室开关打开，从而在混合延迟80期间打开燃烧室18，点火将被放弃。作为已知技术，当燃烧室18近乎封闭且工件接触件32接近完全启动时，腔室开关44一般定位在关闭状态。在工具采用敷物比如护套时，此处使用者快速地驱动紧固件，使用者可能在混合周期或点火之间期间从工作面收回工具10。这可能导致进入工件中不同高度的钉子，这对使用者是不可接受。同样，当需要长的混合时间，比如约为50微秒或更长时，这种状态会被加剧。该放弃特点86为使用者提供更加一致的工具效果并将警告使用者调整其运行速度。

因此，可以看到本燃烧钉枪控制系统根据监测到的工具函数监控并调整混合延迟时间，并当失去连续条件发生时放弃工具运转。本工具控制系统延续作为检测温度、燃料压力、风机每分钟转数和/或电池电压的函数的混合延迟。因此，防止了工具错点火，工具运转更加可靠。此外，工具性能更加一致。

已在此描述了用于燃烧钉枪的本可变点火延迟的具体实施例，本领域技术人员可以理解此外作出的变化和改进都没有脱离本发明的更宽的方面和以下权利要求所限定的范围。

Claims (13)

1.一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括：

工具壳体；

与所述壳体关联的动力源，所述动力源包括气缸盖、气缸和在所述气缸中往复运动的活塞、相对于所述气缸往复运动的阀套，所述气缸盖、所述气缸、所述阀套和所述活塞组合以形成燃烧室，所述工具还具有腔室开关和触发开关，所述腔室开关和触发开关关闭是引发用于向汽缸下方驱动活塞的动力源的点火所需要的；

设置在所述燃烧室中的风机；

控制系统，所述控制系统包括与所述壳体关联的控制程序，所述控制程序与所述动力源、所述腔室开关和所述触发开关连接，并设置为用于在燃料喷射进燃烧室后提供指定的点火延迟时间，并且当所述腔室开关关闭时，所述延迟时间作为被监控的工具参数的函数是可变化的。

2.如权利要求1所述的工具，还包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器用于监控周围温度、发动机温度和燃料箱温度中的至少一个，所述至少一个温度传感器连接到所述控制程序，所述控制程序随着温度的降低延长所述延迟时间。

3.如权利要求2所述的工具，其中当所述温度下降到50℉以下时，延长所述延迟时间。

4.如权利要求1所述的工具，还包括为所述控制系统提供动力的电池，其中所述控制系统监控所述电池的电压，并且所述控制程序设置成用于当所述电池电压在预定水平之下时延长所述延迟时间。

5.如权利要求4所述的工具，其中当在6伏直流系统中所述电池电压下降到直流5.5伏以下时延长所述延迟时间。

6.如权利要求1所述的工具，其中所述风机由风机马达提供动力，所述控制系统监控所述风机马达的运转，并且所述程序设置成用于使所述延迟时间作为所述风机马达速度的函数而改变。

7.如权利要求6所述的工具，其中所述控制程序设置成如果所述风机马达的速度下降到10,000转/分以下，则用于延长所述延迟时间。

8.如权利要求1所述的工具，还包括连接到燃料箱上并设置成用于向所述燃烧室分配燃料的燃料计量系统，所述控制系统设置成用于监控由所述燃料计量系统发射的燃料压力并使所述延迟时间作为燃料压力的函数而改变。

9.如权利要求1所述的工具，其中所述控制程序监控所述腔室开关，并设置成如果所述腔室开关在所述点火延迟期间打开，则用于放弃所述点火。

10.如权利要求1所述的工具，其中所述控制程序设置成使得在设置成用于将所述燃料喷射进所述燃烧室内的燃料计量系统起动时，所述点火延迟开始。

11.一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括：

工具壳体；

与所述壳体关联的动力源，所述动力源包括气缸盖、气缸和在所述气缸中往复运动的活塞、相对于所述气缸往复运动的阀套，所述气缸盖、所述气缸、所述阀套和所述活塞组合以形成燃烧室，当所述阀套关闭所述燃烧室和触发开关时腔室开关被关闭，所述腔室开关和触发开关关闭是引发用于向汽缸下方驱动活塞的动力源的点火所需要的；

设置在所述燃烧室中并由风机马达提供动力的风机；

控制系统，所述控制系统包括与所述壳体关联的控制程序，所述控制程序连接到所述动力源、所述风机马达、所述腔室开关和所述触发开关，并设置成用于在燃料计量和关闭所述腔室开关之后提供指定的点火延迟时间，所述延迟时间随着发动机温度、电池电压、风机马达速度、燃料系统压力、燃料箱温度和周围温度中的至少一个的降低而可延长。

12.如权利要求11所述的工具，其中所述控制程序监控所述腔室开关，并设置成如果所述腔室开关在所述点火延迟期间打开，则用于放弃所述点火。

13.一种燃烧动力紧固件驱动工具，包括：

工具壳体；

与所述壳体关联的动力源，所述动力源包括气缸盖、气缸和在所述气缸中往复运动的活塞、相对于所述气缸往复运动的阀套，所述气缸盖、所述气缸、所述阀套和所述活塞组合以形成燃烧室，所述工具还具有腔室开关和触发开关，所述腔室开关和触发开关关闭是引发用于向汽缸下方驱动活塞的动力源的点火所需要的；

配置在所述燃烧室中的风机；

控制系统，所述控制系统包括与所述壳体关联的控制程序，所述控制程序连接到所述动力源和燃料计量源、所述腔室开关和所述触发开关，并设置成用于在所述腔室开关关闭之后提供指定的点火延迟时间，所述程序设置成如果所述腔室开关在所述点火延迟期间打开，则用于放弃所述动力源的所述点火和运转循环，并且所述控制程序设置成用于使所述延迟时间作为发动机温度、电池电压、风机马达速度、燃料系统压力、燃料箱温度和周围温度中的至少一个的函数而改变。

Images