CN1256506C - 用于内燃紧固件驱动工具的自润滑非密封活塞圈 - Google Patents

Abstract

这里公开一种润滑燃烧工具中活塞室气缸壁的非密封自润滑活塞圈。润滑用的活塞圈是由聚四氟乙烯(PTFE)之类润滑材料制造的。PTFE圈的形状被设计为能使活塞室的润滑性能达到最佳，同进提供足够的摩擦，以便活塞在往复的循环运动过程中能在活塞室内正常地运行。PTFE圈可有一些径向凸棱从其外表面伸出，径向凸棱是倾斜的，以促进圈的转动，使得圈容易沿活塞室的气缸内壁运动，并有效地润滑活塞室的气缸内壁。PTFE圈不形成活塞和活塞室之间的密封。而是把PTFE圈安置在一个如钢活塞圈之类的密封圈的上边或下边，密封圈形成活塞和活塞室之间的密封。

Description

用于内燃紧固件驱动工具的自润滑非密封活塞圈

技术领域

笼统地说本发明涉及用于润滑燃料工具中活塞室气缸壁的活塞圈，更具体地说涉及由自润滑材料制造的活塞圈。

发明背景

众所周知，可买到的活塞圈可由耐磨低摩擦材料，例如自润滑材料，模压成能起自润滑作用的密封活塞圈的形状。一般来说，这种活塞圈是由PTFE(聚四氟乙烯)制造的，这种材料具有非常低的滑动摩擦系数、高的热稳定性和令人满意的耐磨损性质。实际上，PTFE圈被用于绝大多数无塞绳的(cordless)内燃机驱动的气动钉钉器(nailer)及空气压缩机。在内燃机的活塞组件中PTFE圈的存在可不再需要外部润滑剂，并使内燃机能用无润滑剂的燃料运行，无润滑剂的燃料比加润滑剂的燃料便宜。但是，已经观测到，用PTFE圈来完成自润滑和密封两种功能有一定的缺点。

更具体地说，当用PTFE圈来直接代替钢密封圈时，PTFE圈的固有润滑性特别好，致使气缸壁太滑。其结果是，活塞将不能保持在其冲程顶部的位置(TDC)上。这在燃料-空气混合和驱动器叶片(driver blade)预行程两方面都造成麻烦。

虽然已建议通过在气缸中形成一些附加槽使从机械上把活塞保持在TDC来解决上述问题，但配置这种槽或类似结构需要从几处以高价改造活塞。这可又对这种工具的市场销售造成不利影响。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于内燃机驱动工具的活塞圈组件，在这种活塞圈组件中避免了上述缺点。

本发明的另一个目的是提供一种用于无塞绳工具的内燃机的活塞圈组件，这种活塞圈组件能够有效地润滑活塞室的气缸壁，同时提供足够的摩擦，以便活塞在循环过程中能在活塞室内正常地运行，特别是当活塞处在冲程顶部位置时能正常地运行。

本发明的再一个目的是提供一种用于本发明活塞圈组件的非密封自润滑圈。这种非密封自润滑圈被构造成能通过把自润滑材料均匀地转移到气缸壁上而使活塞室的润滑性能达到最佳。

本发明的这些和其它目的是通过把内燃机内的活塞圈组件的密封和润滑功能分开来实现的。

按照本发明的见解，活塞组件包括一个可在气缸内沿轴向做往复运动的活塞和一个活塞圈组件。该活塞圈组件包括至少一个用于气缸内壁和活塞之间密封的密封圈和一个位于气缸内壁和活塞之间并与密封圈轴向隔开的非密封自润滑圈。该非密封自润滑圈至少部分地由低摩擦的耐磨材料制造。

在一个优选实施例中非密封自润滑是由PTFE制造的，而密封圈是一钢密封圈。这样，非密封的PTFE圈与钢圈结合使用，其中PTFE圈只用于润滑气缸壁，而钢圈则完成活塞与气缸壁的密封功能。由于不用PTFE圈作密封用，所以可以来用许多不同形状和几何结构的PTFE圈以达到最好的润滑结果。

本发明的上述目的也可以这样达到，即把非密封自润滑圈构造成与气缸壁相接触并且在内燃机的运行过程中绕活塞转动，因而能把自润滑材料均匀地转移到气缸壁上。

按照本发明的见解，非密封自润滑圈有一个外圆周部分，该外圆周部分形成多个倾斜延伸的气体通道，这些通道使非密封自润滑圈的上表面和下表面互通。结果是，装在气缸中的气体或流体自由地通过外圆周部分，以在活塞在气缸内沿轴向运动的过程中促进非密封自润滑围绕活塞的转动。

按照本发明的另一个见解，非密封自润滑圈包括一个环形圆筒体，该体适于安装到可在气缸内沿轴向运动的活塞上并被活塞承载，还包括多个由低摩擦的耐磨材料制造的凸棱(fin)，这些凸棱被形成在环形体的外圆周表面上，并且适于与气缸的内壁稳定的接触。径向凸棱在环形体的端面之间倾斜延伸，以在活塞在气缸内沿轴向运动的过程中促进非密封自润滑圈绕活塞的转动。结果是，最好是PTFE的低摩擦耐磨材料容易而又均匀地将自身转移到气缸的内壁上。

根据下面的详细说明，对于本专业的技术人员来说，本发明的其它目的和优点将成为显而易见的，其中本发明的优选实施例是简单地通过说明预期实现本发明的最好方式来表示和说明的。可以理解，本发明能够有其它不同实施例，并且在不离开本发明的情况下可在各方面对若干细节进行修正。因此，附图及其说明的性质是说明性的，而不是限制性的。

附图说明

本发明用举例进行说明，但不限于例子，在所有附图的图中有相同标号的元件代表类似的元件。

图1是表示一种采用本发明的非密封自润滑圈的内燃机活塞组件的示意剖面图；

图2是按照本发明一个实施例的非密封自润滑圈的平面视图；

图3是图2的非密封自润滑圈的侧视图；

图4是图2所示非密封自润滑圈的割口的一个放大分解图；

图5是按照本发明另一个实施例的非密封自润滑圈的透视图；

图6是按照本发明再一个实施例的非密封自润滑圈的透视图。

具体实施方式

下面说明按照本发明的一种非密封自润滑圈、一种采用该非密封自润滑圈的活塞组件和一种采用该活塞组件的内燃机。在以下的详细说明中，为说明起见，陈述了许多具体细节以便对本发明有透彻的理解。但是，将会明白，本发明可不按这些具体细节实施。在另外一些情况下，为了简化附图示意表示了一些众所周知的结构和装置。

现在参考图1，该图表示了一种内燃机10。内燃机10包括一个气缸和一个做往复运动的活塞12。气缸包括气缸壁11和气缸头(未画出)。气缸头，气缸壁11和活塞12一起确定了一个燃烧室19，燃料被注入燃烧室19，以便点火或自点火。活塞12可通过一个活塞杆(未画出)连接到一个曲轴(未画出)上，以把动力传到外面。应该明白，本发明同样适用于任何类型的内燃机，在这种内燃机中希望阻止燃烧气体漏进内燃机的其它部分和/或希望阻止污染物进入燃烧室19。

活塞圈13，14被构造成在内燃机运行的过程中在活塞12和气缸壁11之间形成密封。活塞圈13，14密封住燃烧气体和在点火冲程末尾所产生的压缩压力。另外，气缸壁11和活塞圈13，14之间的界面在内燃机运行过程中阻止诸如曲轴箱油之类的污染物漏进燃烧室19。

如上面讨论中所提及的，如果活塞圈13，14具有高的润滑性，那么气缸壁11可能被做得如此之滑，以致活塞12可能不保持在其冲程顶部(TDC)。这又在燃烧一空气混合和驱动器叶片预行程两方面都造成麻烦。因此，重要的是把活塞圈13，14构造成能提供必要的摩擦，以使活塞12保持在其冲程顶部。没有这个摩擦，活塞12会滑下，因而没有为下一个燃烧循环做好准备。

应该明白，本发明的活塞圈13，14有两个功能：1)在燃烧期间起主密封的作用，2)提供气缸壁11和活塞12之间的必要摩擦。任何满足以上两个要求的活塞圈13，14的配置都适合于本发明的用途。活塞圈13，14最好由钢制造，但不排除其它材料。同样，本发明也不限于图1中的双圈结构，即可采用任何其它数目的活塞圈。

除了活塞圈13，14之外，本发明的活塞组件还装有一个用于润滑气缸壁11的圈15。在图1中能看到，本发明的非密封自润滑圈15相对燃烧室19被安置在活塞圈13，14的下面。但是，不排除其它配置。例如，可把非密封自润滑圈15安置靠近燃烧室19，例如在活塞圈13，14中至少一个之上。

由于气缸壁11和活塞圈12之间的固有间隙18已完全被活塞圈13，14密封，所以没有必要把圈15的构造成形成密封。按照本发明，圈15是个非密封自润滑圈。显然，对非密封自润滑圈15不必有密封的严格要求，它的结构可比该领域已知的起密封和自润滑两种作用的自润滑密封圈的结构更灵活。可选择非密封自润滑圈15的结构，即材料和形状，使气缸壁11的润滑性得到特别好的优化。

按照本发明的一个见解，非密封自润滑圈15或至少它与气缸壁11相接触的外面的部分是由耐磨的低摩擦材料制造的。该耐磨(自润滑)低摩擦材料应该能够在活塞12在气缸内沿轴向运动过程中把自身转移到气缸壁11上，因而使非密封自润滑圈15容易沿气缸壁11运动，并有效地润滑气缸壁11。非密封自润滑圈15最好由诸如聚四氟乙烯(PTFE)之类的具有低摩擦系数和自润滑性质的合成树脂材料制造。

按照本发明的另一个见解，非密封自润滑圈15被构造成能确保耐磨低低摩擦材料在整个气缸壁11上的均匀分布，因而能确保整个气缸壁11的均匀润滑。如果在活塞12在气缸内沿轴向运动过程中使非密封自润滑圈15，例如，转动，上述事情就会做得最好。为此目的，非密封自润滑圈15具有相对气缸轴向倾斜的表面。当活塞12在气缸内上下运动时，装在气缸中的气体或其它流体的压力将作用在倾斜的表面上，使非密封自润滑圈15转动。图2-4，5和6说明按照本发明的具有这样倾斜表面的非密封自润滑圈的示例性实施例。

在图2中能看到，非密封自润滑圈20包括一个环形体21和多个在环形体21外表面上形成的径向凸棱22。在图3中能看到，凸棱22在环形体21的上端面和下端下31，32之间倾斜地延伸。更具体地说，凸棱22从环形体21的上端面31延伸到它的下端面32。在每对相邻凸棱22之间形成一个沟道23，沟道23也在环形体21的上端面和下端面31，32之间倾斜延伸。每个凸棱22的上侧面和下侧面33，34相对气缸的轴向方向是倾斜的并在内燃机的运行(活塞12的运动)过程中被装在气缸中的气体或流体所作用。因而引起非密封自润滑圈20的转动。

在图5中说明一个类似的非密封自润滑圈50。非密封自润滑圈50包括一个环形体51和在环形体51的外表面上形成的径向凸棱52。圈50与圈20的区别是，圈50的沟道53小于凸棱52，而在圈20中沟道23大于凸棱22。另外，圈50和凸棱52的倾斜角大于圈20中凸棱22的倾斜角。不过，圈20和圈50都形成多个气体/流体通道(以沟道23，53的形式)，这些通道使圈的上下端面互通。因此，在内燃机的运行过程中，即活塞12的上下运动过程中，装在气缸中的气体或流体通过这些倾斜的通道从上下端面之一自由地流到另一端面，因而方便了非密封自润滑圈20或50的转动。值得注意的是，沟道23，53的存在排除了圈20，50用作气缸壁11和活塞12之间密封的可能性。

应该明白，虽然已经表示和叙述了沟道23，53被形成在气缸壁11和非密封自润滑圈20，50的界面外，但可考虑其它配置。例如，气体/流体通道能被形成在非密封自润滑圈自身里面(未画出)。也应该明白，本发明的非密封自润滑圈不一定有如图2-3和5所描述的带有气体/流体通道的“开口”结构。也可采用如图6中所说明的“闭合”结构。

在图6中可看到，非密封自润滑圈60有一个内环形体61和多个倾斜的主凸棱62。圈60还包括多个在环形体61的端面之间延伸并把相邻主凸棱62互相连接起来的副凸棱63。当把圈60装在活塞12上时，副凸棱63基本上沿气缸的轴向方向延伸，因此不妨碍圈60的转动。就像圈20，50的情况那样，主凸棱62的倾斜的上下侧面受装在气缸中的气体和流体的作用，因而使圈60转动。

除了非密封自润滑圈的具体形状和几何结构之外，圈的安装方式对促进圈的转动也有贡献。在图1中能看到，非密封自润滑圈15宽松地装配在活塞12的壁中形成的环形槽16中。圈15的里面部分，如圈20，50的环形体21或51，至少部分地装在槽16中。气缸壁11和圈15之间的非密封宽松装配使圈15能转动，并能把其润滑性均匀地散布在气缸壁11上。

另外，圈15需要与气缸壁11稳定地接触。为此，最好把0圈或其它类型的圈70安置在非密封自润滑圈15的后面或部分地嵌在非密封自润滑圈15中，以对气缸壁11保持一定的接触力，从而维持耐磨低摩擦材料的转移。应该指出的是，按照本发明，由0圈70和非密封自润滑圈15加在气缸壁11上的接触力不必像例如活塞圈13，14和气缸壁11之间的密封所需要的密封力那么大。而是接触力应足够小以不妨碍圈15的转动。另外，圈15可通过例如一道插入模压工艺而直接模压到弹簧钢圈或金属丝弹簧圈(未画出)上。这样，圈15可有更可控和寿命更长的弹簧性质。

在一个实施例中，优选把非密封自润滑圈的诸如圈20，50的沟道23，53这样的气体/流体通道完全安置在气缸壁11和活塞12之间的间隙18中，正如在图1中所表示的那样。这样，气体/流体通道将不受，至少部分不受，直接在槽16的上面或下面的活塞壁的限制。

在另一个实施例中，为了容易把非密封自润滑圈装配在活塞12上，最好把本发明的非密封圈形成为一个割开的环形。在图2中可看到，圈20可以是不连续的并且有一个割口23，割口23以较大的细部图表示在图4中。在图4中可看到，圈20有互相重叠的第一和第二圆周端部41，42。类似的配置在图6中也能看到，那里圈60有互相重叠的第一和第二圆周端部64，65。圈20和60的差别在于，圈60的圆周端部64，65还分别包括彼此相对地的凸块66，67。这样，在把圈60装在活塞12上后就形成台阶式锁定(step lock)，以使圈60保持在应有的位置上。

本发明的另一种非密封自润滑圈的割开环形配置在图5中以54表示。在图5中可以看到，圈50沿圆周的延伸小于360°，因而有一个没到第二端56就终止的第一端55。在第一和第二端55，56之间的间隔54大致与在凸棱52之间形成的沟道53有相同的尺寸。

现在这应该是清楚的，已说明了按本发明的一种非密封自润滑圈，一种采用这种非密封自润滑圈的活塞组件和一种采用这种活塞组件的内燃机。按照本发明，活塞圈组件的密封和润滑功能是分别由一个或一个以上密封圈和一个非密封自润滑圈来实现的。

一方面，密封圈不需要由具有高自润滑性质的材料制造，并且被构造成能提供与气缸壁足够的摩擦，以使活塞保持在冲程顶部。

另一方面，非密封自润滑圈不需要起活塞和气缸之间的密封作用。因此，非密封自润滑圈可有许多不同的形状和几何结构，以达到对气缸壁的最佳润滑。甚至可把非密封自润滑圈构造成在内燃机的运行过程中能绕活塞转动，以把自润滑材料均匀地朝气缸壁转移。因此，非密封自润滑圈的使用寿命得到延长。这些优点在把自润滑圈构造成也在活塞和气缸之间形成完全密封的情况下是观察不到的，因为那样的自润滑密封圈不能转动，因而不能把它的润滑性均匀地分布到气缸壁上。那样的自润滑密封圈的使用寿命也被缩短。

显然已经阐述了本发明的具体实施例，但很清楚，在不离开所附权利要求书确定的本发明实质精神和范围的情况下可对具体阐述的实施例的细节做一些修改。

Claims (16)

1、一种非密封自润滑圈，包括：

一个环形圆筒体，适于安装在一个可在气缸中沿轴向运动的活塞上并由该活塞承载，所述体由轴向隔开所述体厚度的第一第二端面以及由内和外圆周表面界定；

多个低摩擦耐磨材料的凸棱，这些凸棱形成在所述体的外圆周表面上，并且适于与气缸内壁稳定接触，所述凸棱在所述体的第一和第二端面之间倾斜延伸，以在活塞在气缸内沿轴向运动的过程中促进所述非密封自润滑圈绕活塞的转动，因而把所述低摩擦耐磨材料均匀地转移到气缸内壁上。

2、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述低摩擦耐磨材料是PTFE。

3、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述体和所述凸棱是由PTFE制造的。

4、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述凸棱由所述体的第一端面延伸到第二端面。

5、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述凸棱在其间形成多个沟首，因而装在气缸中的气体从所述体的第一端面自由流动到第二端面。

6、如权利要求5的非密封自润滑圈，其中所述凸棱的圆周尺寸大于所述沟道的圆周尺寸。

7、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述凸棱沿所述体的圆周均匀地分布。

8、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述体被形成为一个割开的圆环。

9、如权利要求8的非密封自润滑圈，其中所述体沿圆周的延伸小于360°，并有沿圆周彼此隔开的第一端和第二端。

10、如权利要求9的非密封自润滑圈，其中所述体的第一第第二端之间的间隔位于所述凸棱的相邻凸棱之间。

11、如权利要求8的非密封自润滑圈，其中所述体沿圆周的延伸大于360°，因而有互相重叠的第一和第二端部。

12、如权利要求11的非密封自润滑圈，其中第一和第二端部从所述体的第一和第二端面分别向第二和第一端面延伸，以共同形成台阶式锁定。

13、如权利要求1的非密封自润滑圈，还包括多个在所述体的外圆周表面上的副凸棱，每个所述副凸棱在所述体的第一和第二端面之间延伸，并把相邻的一对所述凸棱连接起来。

14、如权利要求13的非密封自润滑圈，其中所述副凸棱基本上沿气缸的轴向延伸。

15、如权利要求1的非密封自润滑圈，还包括一个O圈，它至少部分嵌在所述体内的圆周表面内侧。

16、如权利要求1的非密封自润滑圈，其中所述体和所述凸棱作为一个单体直接整体地模压在金属丝弹簧圈上。

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