CN100425481C - 烟火式侧向碰撞充气器 - Google Patents

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Abstract

本发明的充气器包括一点火器，该点火器具有点火材料，在施加了热量之后该点火材料点燃。一种气体生成物质毗邻点火器放置。一气体生成物质杯子为圆筒形且具有一开口端和一闭合端，用于存放气体生成物质，开口端面对着点火器，一可破裂的盖子与开口端连接，形成空气密封环境。一扩散器室将气体生成物质杯子完全容纳，扩散器室具有面对点火器的第一端和具有多个孔的第二端。一过滤器外壳容纳整个一管状过滤器，具有一闭合端和绕该过滤器外壳周围布置的多个出口，膨胀气体分子只通过点火材料和气体生成物质的燃烧而生成。管状过滤器毗邻第二端的孔定位；由此，过滤器外壳的每一个出口对准管状过滤器，并离第二端的孔比离过滤器外壳的闭合端更近。也可以不设置气体生成物质杯子，而用一燃烧室来存放气体生成物质。

Description

烟火式侧向碰撞充气器
技术领域
本发明主要涉及在使可膨胀的保护气囊缓冲器膨胀时使用的充气器，且尤其涉及提供膨胀气体以使汽车中的侧向气囊快速膨胀的烟火式充气器。
背景技术
气囊系统是用于汽车的辅助安全系统的一个例子，且开发用来在撞车时保护车辆上的乘客免受持续的伤害。在撞车时，气囊中迅速充满膨胀气体，以在车辆上的乘客和车辆的坚硬表面之间设置一能量吸收缓冲器。膨胀后的气囊吸收乘客的能量以为乘客提供受控的逐渐减速，而且气囊还提供将作用在乘客身上的负荷分散的缓冲器。
充气器是气囊系统中将膨胀气体释放进折叠的气囊中用的装置。膨胀气体在不到一秒的时间内将气囊快速充满，从而气囊在乘客与气囊相互作用之前即完全展开。适用于使侧向气囊膨胀的一普通类型的充气器是烟火式充气器。烟火式充气器包括烟火材料或气体生成物质(gas generant)。气体生成物质为一种放热化学混合物，在点火后该气体生成物质产生气体燃烧产物或膨胀气体。膨胀气体离开充气器并流进折叠的气囊中。
烟火式侧向碰撞充气器需要尺寸相对较小以适应对侧向碰撞充气器的严苛的尺寸和结构限制。US 6065774提出了一种具有一过滤系统的管状侧向碰撞充气器，该过滤系统由一层膨胀金属片组成。US 5556131提出了一种简单且尺寸较小的烟火式侧向碰撞充气器。
发明内容
根据本发明的第一个实施例的一种烟火式侧向碰撞充气器具有一包括点火材料的点火器，在施加了热量之后该点火材料点燃。一种气体生成物质毗邻点火器放置，从而使点火器直接点燃气体生成物质。一气体生成物质杯子为圆筒形且具有一开口端和一闭合端，用于存放气体生成物质，其中，气体生成物质杯子的开口端面对着点火器。一可破裂的盖子与气体生成物质杯子的开口端连接，为气体生成物质形成空气密封环境。当气体生成物质燃烧时可使闭合端破裂，以生成经气体生成物质杯子破裂的闭合端而向外的气流。一扩散器室将气体生成物质杯子完全容纳，其中扩散器室具有面对点火器的一第一端和具有多个孔的一第二端。一过滤器外壳容纳整个一管状过滤器；该过滤器外壳具有一闭合端和绕该过滤器外壳周围布置的多个出口，用于填充一气囊的膨胀气体分子只通过点火材料和气体生成物质的燃烧而生成。管状过滤器毗邻所述第二端的所述孔定位。由此，过滤器外壳中的每一个出口对准管状过滤器，并且离所述第二端的孔比离过滤器外壳的闭合端更近。大多数的膨胀气体分子被反弹离开过滤器外壳的闭合端，然后经过滤器通过出口离开充气器。
或者，在本发明的第一个实施例的基础上，可以不设置气体生成物质杯子，而用一燃烧室来存放气体生成物质，其中，点火器容纳在该燃烧室的一第一端中，燃烧室的一第二端具有多个孔，使气体流出燃烧室。管状过滤器毗邻所述第二端的所述孔定位；由此，过滤器外壳中的每一个出口对准管状过滤器，并且离所述第二端的所述孔比离过滤器外壳的闭合端更近；大多数的膨胀气体分子被反弹离开过滤器外壳的闭合端，然后经过滤器通过出口离开充气器。
附图说明
图1是一烟火式侧向碰撞充气器的横截面图；
图2是烟火式侧向碰撞充气器的第二个实施例的横截面图；
图3是烟火式侧向碰撞充气器的第三个实施例的横截面图；
图4是烟火式侧向碰撞充气器的第四个实施例的横截面图；
图5是烟火式侧向碰撞充气器的第五个实施例的横截面图。
具体实施方式
参见图1，该图示出了一侧向碰撞充气器10的横截面图。该充气器10具有用于点燃气体生成物质52的一电点火器11。该电点火器11可操作地与一电子控制单元(未示出)连接。该电子控制单元接收来自碰撞和/或车辆乘客传感器的电信号。该碰撞传感器测量减速度，而车辆乘客传感器测量乘客的尺寸以及乘客相对于折叠气囊的位置。电子控制单元通过运行算法来处理信号，以判定是否应该展开侧向气囊(未示出)。如果电子控制单元判定需要展开侧向气囊，则电子控制单元向侧向碰撞充气器10发送一点火信号，从而将膨胀气体充入侧向气囊中。
侧向碰撞充气器10在电点火器11接收到来自电子控制单元的点火信号后展开。电点火器11具有一对互相绝缘的电极20。该对电极20通过一具有很大电阻的电桥标准导线互相连接。该电桥标准导线被埋在如高氯酸锆钾(zirconium perchlorate potassium)的点火材料18中。随着电流流过电点火器11上的电桥标准导线就会产生热量，该热量用于点燃点火材料18。点火材料18的燃烧产生热的气体产物。一固定环25与点火器11连接，其功能是将热的气体产物从点火器11导向气体生成物质杯子26的盖子28。固定环25具有圆筒形的几何形状并将点火器11的点火材料18包围住。来自点火器11的气体产物冲破气体生成物质杯子26的盖子28，从而使气体生成物质暴露于来自点火器11的气体产物。本发明中的点火器11直接点燃生成物质杯子26中的气体生成物质52。本发明不需要增压结构或增强器来点燃气体生成物质52。本发明采用的是电桥标准导线，但也可采用其它热源，比如半导体电桥点火器等。
气体生成物质52为一种包括燃料和氧化剂的烟火混合物。燃料是从以下一种或多种中选出的：四唑、氨基四唑、硝基胍、胍硝酸盐、三唑等。氧化剂从以下一种或多种中选出：氧化物、硝酸盐、硝酸氨、氯酸盐、高氯酸盐等。一旦被点燃。气体生成物质52迅速燃烧以产生可用于使气囊膨胀的气体。
点火器固定器12适用于容纳点火器11。点火器11通过过盈配合固定在位，然而，点火器11也可通过螺纹连接、粘结、焊接等来固定。点火器固定器12可包括一种金属材料或塑料材料。如果点火器固定器12为注模而成，塑料材料必须可承受焊接过程中的变形。在面对气体生成物质52的端部处，点火器固定器12具有一环形凸缘13。凸缘13、点火器固定器12的外表面呈圆筒形。
在图1中，气体生成物质52被显示为小球或颗粒状并随机地分布在气体生成物质杯子26中的空间中。气体生成物质杯子26具有面对点火器11的开口端27。盖子28通过超声波焊接或任何其它适合的方式固定连接于气体生成物质杯子26的开口端27。带有密封的盖子28的气体生成物质杯子26提供容纳气体生成物质52的气密空间。为了防止气体生成物质颗粒之间的碰撞和磨损，可在气体生成物质52中加入陶瓷间隔物质(未示出)以填充气体生成物质杯子26中的空闲空间。
将气体生成物质杯子26置于扩散器室41中。扩散器室41具有一第一端43，该第一端绕点火器固定器12的凸缘13弯曲；且该扩散器室41具有一第二端44，该第二端包括多个孔42。将扩散器室41可伸缩地插入过滤器外壳51中，并用焊接或其它合适的方式将其固定。气体生成物质杯子26的纵轴线与过滤器37的纵轴线平行。过滤器外壳51具有多个绕其周边布置的出口40。诸出口40与过滤器37对准，或者换句话说，一垂直于过滤器外壳51、并且通过诸出口40的几何平面将穿过过滤器37的一部分。只要使在膨胀气体离开充气器10时充气器10不受推力作用，则可以改变出口40的数量和尺寸。诸出口40未被覆盖，因此在过滤器外壳51中有空气。过滤器外壳51容纳过滤器37，而过滤器37由扩散器室41的第二端44和过滤器外壳51的闭合端36固定在位。过滤器37由金属线制成并被编织成用来收集由气体生成物质52的燃烧而生成的固体颗粒。过滤器防止颗粒进入折叠的气囊中，并防止可能由此引起的气囊缓冲器的结构损坏。过滤器37还充当散热器以降低膨胀气体的温度。
图2-5所示的实施例与图1所示的实施例有很大关联。因此相同的组件用同样的标号来表示。图2所示充气器10具有调节离开气体生成物质杯子26的气流的一挡流板30。该挡流板30通常呈圆盘形，带有使膨胀气体通过的多个开口31。挡流板30中的开口31的尺寸和数量可以变化而不会背离本发明的范围。
在图2中，充气器10具有一充气器外壳35，该外壳具有与其形状相关联的一杯子。充气器外壳35的开口端与点火器固定器12固定连接。充气器外壳35具有多个绕其周边布置的出口40。过滤器37、挡流板30和气体生成物质杯子26置于充气器外壳35中，由此过滤器37最靠近充气器外壳35的闭合端36放置。挡流板30毗邻过滤器37放置，气体生成物质杯子26毗邻挡流板放置。出口40与过滤器37对准，或者换句话说，一垂直于过滤器外壳51、并且通过出口40的几何平面将穿过过滤器37的一部分。只要使在膨胀气体离开充气器10时充气器10不受到推力作用，则可以改变出口40的数量和尺寸。
在图3中，扩散器室45具有不同的设计。图1所示的扩散器室41向内变细的位置离扩散器室41的第二端44比离第一端43更近，而图3所示的扩散器室45向内变细的位置离扩散器室45的第一端43比离第二端44更近。
在图4中，点火器固定器14具有与图1所示的点火器固定器12不同的设计。点火器固定器14可由金属材料或塑料材料制成。点火器固定器14具有一突起15，该突起15最宽的部分的位置大致与点火器固定器14的诸端部的间隔大致相等。出于组装的目的，扩散器室41绕突起15的平坦部分16卷起，从而将点火器固定器14的突起15置于扩散器室41内部。图4中充气器10中的气体生成物质杯子26不包括盖子。
在图5中，充气器10没有气体生成物质杯子26。气体生成物质52存在燃烧室46中。燃烧室46具有多个位于燃烧室46的第二端44上的孔42。孔42由爆破片50密封以防止水分侵入燃烧室46。点火器固定器17通过周边焊接固定连接于燃烧室46的第一端43。点火器固定器17通常呈圆筒形且点火器固定器17大约一半可伸缩地插入燃烧室46中。燃烧室中的气体生成物质52气密密封，因为诸孔42被爆破片50盖住，且点火器固定器17将燃烧室46的开口端关闭。
现在将讨论图1-4所示的充气器10的工作情况。在检测到即将发生的或实际发生的碰撞时，电子控制单元(未示出)向充气器10的点火器11发出点火信号。电流流过点火器11的电桥标准导线。电桥标准导线产生足够的热量将点火材料18点燃。固定环将热的气体从点火材料18导向气体生成物质杯子26的盖子28。其结果，来自点火材料18的热气体将气体生成物质杯子26的盖子28冲破，使气体生成物质杯子26中的气体生成物质52开始燃烧。膨胀气体使气体生成物质杯子26的底部破裂，并流经扩散器室41、45的诸孔42(图1、3和4)或挡流板30中的诸开口31(图2)。膨胀气体基本平行于充气器10的纵轴线流动，且膨胀气体的大部分气体分子与过滤器外壳51(图1、3和4)或充气器外壳(图2)的闭合端36碰撞。与闭合端36的碰撞使气体分子在通过过滤器37之前反弹离开闭合端36，形成膨胀气体的湍流路径。该湍流路径使气体分子的动能减少从而冷却膨胀气体。膨胀气体通过过滤器37，该过滤器将膨胀气体所携带的固体颗粒捕集下来，最终膨胀气体通过诸出口40离开充气器10。由于大部分的气体分子要从过滤器外壳51的闭合端36反弹，因此为了延长气体分子在充气器中的行进时间，将出口40布置得离扩散器室41的第二端44比离过滤器外壳51的闭合端36更近。
图5所示的充气器10的工作情况略有不同，因为充气器10没有气体生成物质杯子26。对于图5中的充气器10，来自点火材料18的热气体直接流进燃烧室46中以点燃气体生成物质52。来自膨胀气体的力使爆破片50破裂，使热的燃烧气体流进过滤器外壳51中。膨胀气体基本平行于充气器10的纵轴线流动，大部分的气体分子与过滤器外壳51的闭合端36碰撞。与闭合端36的碰撞使气体分子反弹离开闭合端36，形成膨胀气体的湍流路径。然后，膨胀气体通过过滤器37，随后通过诸出口40流出充气器10。

Claims (8)

1. 一种为圆筒形并具有纵轴线的充气器(10)包括：
一点火器(11)，该点火器具有点火材料(18)，在施加了热量之后该点火材料点燃；
一种气体生成物质(52)，该物质毗邻点火器(11)放置，由此使点火器(11)直接点燃气体生成物质(52)；
一气体生成物质杯子(26)，该气体生成物质杯子为圆筒形且具有一开口端(27)和一闭合端(29)，用于存放气体生成物质(52)，其中，气体生成物质杯子(26)的开口端(27)面对着点火器(11)，一可破裂的盖子(28)与气体生成物质杯子(26)的开口端(27)连接，为气体生成物质(52)形成空气密封环境，当气体生成物质(52)燃烧时可使闭合端(29)破裂，以生成经气体生成物质杯子(26)破裂的闭合端(29)而向外的气流；
一扩散器室(41)，该扩散器室(41)将气体生成物质杯子(26)完全容纳，其中扩散器室(41)具有面对点火器(11)的一第一端和具有多个孔(42)的一第二端(44)；
一过滤器外壳(51)，该过滤器外壳容纳整个一管状过滤器(37)；该过滤器外壳(51)具有一闭合端(36)和绕该过滤器外壳(51)周围布置的多个出口(40)，用于填充一气囊的膨胀气体分子只通过点火材料(18)和气体生成物质(52)的燃烧而生成；
其特征在于，管状过滤器(37)毗邻所述第二端(44)的所述孔(42)定位；由此，过滤器外壳(51)中的每一个出口(40)对准管状过滤器，并且离所述第二端(44)的所述孔(42)比离过滤器外壳(51)的闭合端(36)更近；大多数的膨胀气体分子被反弹离开过滤器外壳(51)的闭合端(36)，然后经过滤器(37)通过出口(40)离开充气器(10)。
2. 如权利要求1所述的充气器(10)，其特征在于，还包括一固定环(25)，该固定环围绕点火器(11)的点火材料(18)并呈大致的圆筒形，该固定环(25)将由点火材料(18)的燃烧而产生的气体产物集中到气体生成物质杯子(26)的所述盖子(28)中。
3. 如权利要求1所述的充气器(10)，其特征在于，扩散器室(41)的一壁向内变细的位置离扩散器室(41)的第一端(43)或第二端(44)更近。
4. 如权利要求1所述的充气器(10)，其特征在于，将扩散器室(41)的第二端(44)可收缩地插入过滤器外壳(51)的一开口端。
5. 如权利要求1所述的充气器(10)，其特征在于，气体生成物质杯子(26)的一纵轴线与过滤器(37)的一纵轴线平行，其中，过滤器(37)的一端与扩散器室(41)的第二端(44)接触。
6. 如权利要求5所述的充气器(10)，其特征在于，多个出口绕过滤器外壳(51)的周围排成一排，其中，在过滤器外壳(51)中存在空气。
7. 如权利要求6所述的充气器(10)，其特征在于，将诸出口布置得离扩散器室(41)的第二端(44)比离过滤器外壳(51)的一闭合端更近。
8. 一种为圆筒形并具有纵轴线的充气器(10)包括：
一点火器(11)，该点火器具有点火材料(18)，在施加了热量之后该点火材料点燃；
一种气体生成物质(52)，该物质毗邻点火器(11)放置，由此使点火器(11)直接点燃气体生成物质(52)；
一过滤器外壳(51)，该过滤器外壳容纳整个一管状过滤器(37)；该过滤器外壳(51)具有一闭合端(36)和绕该过滤器外壳(51)周围布置的多个出口(40)，用于填充一气囊的膨胀气体分子只通过点火材料(18)和气体生成物质(52)的燃烧而生成；
用于存放气体生成物质(52)的一燃烧室(46)，将点火器(11)容纳在该燃烧室(46)的一第一端(43)中，燃烧室的一第二端(44)具有多个孔(42)，使气体流出燃烧室(46)；
其特征在于，管状过滤器(37)毗邻所述第二端(44)的所述孔(42)定位；由此，过滤器外壳(51)中的每一个出口(40)对准管状过滤器，并且离所述第二端(44)的所述孔(42)比离过滤器外壳(51)的闭合端(36)更近；大多数的膨胀气体分子被反弹离开过滤器外壳(51)的闭合端(36)，然后经过滤器(37)通过出口(40)离开充气器(10)。
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