CN101743150A - 车辆乘客保护设备的气体发生器及除去气流中的固体物质和液体燃烧残余物的方法 - Google Patents

车辆乘客保护设备的气体发生器及除去气流中的固体物质和液体燃烧残余物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆乘客保护设备的气体发生器(1)，该气体发生器包括燃烧室(2)，气体发生剂(3)布置在该燃烧室中。提供圆锥形的沉积室(5)，该沉积室具有第一壁(50)和至少一个第二壁(110)，多个气体通孔(51)形成在该第一壁内，该至少一个第二壁从第一壁(50)成一角度延伸，并且至少一个喷气孔(6)形成在该至少一个第二壁内。在燃烧室(2)内产生的气体通过气体通孔(51)进入沉积室(5)中并通过至少一个喷气孔(6)离开沉积室(5)。

Description

车辆乘客保护设备的气体发生器及除去气流中的固体物质和液体燃烧残余物的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于车辆乘客保护设备的气体发生器以及用于除去气流中的固体和液体燃烧残余物的方法。
背景技术
在燃烧气体发生器的气体发生剂期间，通常产生固体和/或液体燃烧残余物，这些残余物容纳在气流中。为了防止这些固体和液体燃烧残余物排放到环境中，并因此例如排放到气囊中，利用丝网过滤器、膨胀金属过滤器、烧结金属过滤器或所述过滤技术的组合对气流的过滤是已知的。过滤器的扩大表面因而实现良好的热吸收并因此实现气流的良好冷却并提供过滤燃烧残余物的可能性。然而，过滤器的使用能导致增加的重量、增加的安装空间、不确定的流速以及增加的生产成本。
气体发生器从EP 0808258B 1中已知，其中，由气体发生剂产生的气流从燃烧室导入由沉积室和过滤器室形成的膨胀室中。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体发生器以及一种用于除去气流中的固体和液体燃烧残余物的方法，该气体发生器和该方法在无需使用过滤器的情况下从气体发生器的气流有效地沉积固体和液体燃烧残余物。
根据本发明，此目的通过具有权利要求1的特征的气体发生器和具有权利要求20的特征的方法来解决。本发明的优选改进在从属权利要求中提供。
因此，提供一种具有圆锥地成形的沉积室的气体发生器，该沉积室具有第一壁以及至少一个第二壁，许多气体通孔形成在该第一壁中，该第二壁相对于第一壁成角度地布置，至少一个喷气孔形成在该第二壁中。在燃烧室中产生的气体通过气体通孔进入沉积室中并通过至少一个喷气孔离开沉积室。沉积室的圆锥形形状实现了气流在经过沉积室的同时经历压降，由此气流的速度降低。气流速度的降低提高了气流的固体和液体燃烧残余物在分离器中的沉积效率。
在本发明的意义中，“圆锥”应被理解为朝着至少一个空间方向逐渐变尖的任意空间结构。用于本发明的意义内的圆锥布置的示例是具有两个彼此成角度布置的壁或侧壁的几何布置。因此，壁或侧壁可以是弯曲的并且例如是圆形设计的。
在一实施例中，规定沉积室设计为使得气流在通过气体通孔之后撞击沉积室的至少一个壁并随后经历重定向。气流在此第一重定向之后经历由沉积室的锥形导致的压降，由此气流的速度降低。
在又一实施例中，沉积室设计为使得气流在通过气体通孔之后撞击沉积室的第二壁，气流在此处经历重定向，随后撞击沉积室的第三壁，气流在此处经历第二次重定向，然后通过至少一个喷气孔离开沉积室。在气流在邻近壁上的每次撞击期间，如热燃烧颗粒的固体以及液体燃烧残余物沉积。此外，冷却处理发生。因而，能量和颗粒从气流中收回。通过优选两次经历这些处理来从气流中除去固体和液体燃烧残余物。
本发明的实施例规定第一壁相对于气体发生器的外部几何形状成角度地延伸。因此，沉积室由第一成角度延伸的壁、第二壁和第三壁形成，由此第二壁由气体发生器外壳的侧壁形成，且第三壁由气体发生器外壳的底部或盖部区域形成。为此，要提供圆锥成形的沉积室仅必须提供第一成角度延伸的壁，该第一成角度延伸的壁也称为分离器。另外的壁由发生器外壳的壁形成。例如以成角度延伸的方式布置发生器外壳的侧壁以提供沉积室的锥形，或形成具有不同角度位置的第一和第二壁也是可能的。
另一实施例规定沉积室中的气体通孔相对于至少一个喷气孔以偏移方式布置。因而偏移意味着气体通孔和喷气孔距参考面具有不同的距离。例如规定气体通孔距气体发生器的底部或盖部区域的距离与至少一个喷气孔距此底部或盖部区域的距离的比率大于或等于1.5。
在又一实施例中，规定第一壁的气体通孔设计为使得气流基本沿切向方向从第一壁流出，进入沉积室中。因此，第一壁枢转地安装，使得由于切向的气体排放，第一壁开始旋转，因此气流开始旋转。
根据本发明的用于沉积气体发生器的气流的固体和液体燃烧残余物的方法包括使气流通过圆锥成形的沉积室，由此气流撞击沉积室的至少一个壁并随后经历重定向。
附图说明
在下文中，将基于若干示例来参照附图对本发明进行说明。其中：
图1以剖视图示意性示出具有圆锥成形的沉积室的气体发生器的第一实施例；
图2以局部剖视图示出具有圆锥成形的沉积室的气体发生器的第二实施例；
图3-6示出了图2的气体发生器，由此示出了气体分布的不同阶段；
图7-8示出了形成在沉积室的沉积壁的区域中的顶窗；以及
图9示出了根据图2的气体发生器的气体发生器，由此示出了气体发生器的气体通孔与喷气孔之间的距离。
具体实施方式
图1示出了旋转对称成形的气体发生器1，该气体发生器1具有发生器外壳，该发生器外壳由发生器罐11和与该发生器罐11相连的发生器盖部12组成。燃烧室2形成在该发生器外壳内部，点火元件、点火剂和推进元件布置在该燃烧室2中(未示出)。此外邻近燃烧室2，气体发生器1形成沉积室5，该沉积室5由沉积壁50(第一壁)、发生器罐11的侧壁110(第二壁)以及发生器罐11的底部的区域111(第三壁)形成，该沉积壁50在下文中也被称为分离器，其相对于气体发生器1的外部几何形状以成角度的方式布置。分离器50的成角度布置使其横截面朝着发生器盖部12减小。
由于分离器50的成角度布置，所以在侧视图中提供了沉积室5的圆锥形形状，由此朝着发生器盖部12的方向，圆锥逐渐变尖。由于该圆锥形形状，沉积室5在其上方区域中比在其下方区域中具有更小的横截面面积，其例如由图1中的不同尺寸的横截面面积F1和F2所示。横截面面积F1、F2垂直于垂直轴，例如水平延伸。由此，F2大于F1。
许多气体通孔51布置在沉积室5中的上方区域中，所述气体通孔例如形成为孔、细长孔或顶窗。在沉积室5或发生器罐11的侧壁110中，一个或多个用于气流的喷气孔6形成在下方区域中，并且在垂直方向上相对于气体通孔51偏移。气体通孔51具有横截面A1，且喷气孔6具有横截面A1，由此A1大于A2，例如，最窄的流动横截面存在于喷气孔6处。
在燃烧室内，在气体成分的反应期间存在工作压力P0。P0是布置在燃烧室2中的气体发生剂的燃烧的函数，并且它取决于时间。在沉积室5中，压力P1存在于邻近气体通孔51的上方区域中，P1指示气体在通过分离器50之后的压力。此外，在气流通过喷气孔6离开之前，压力P2存在于分离器50的下方区域中。将气体排放到环境中之后的环境压力指示为P3。大致需要的是，在时间点t＝0(在起动之前)，P0＝P3。
要指出的是在一可替代实施例中，沉积室的圆锥能朝着发生器罐11的底部的方向逐渐变尖。分离器50的倾斜位置将被相应反射。同样地，在此实施例中，气体通孔51和喷气孔6也将处于相应的反射位置中。
在下文中，对图1中所示的具有沉积室的气体发生器1的功能和效果进行说明。
在点燃布置在燃烧室2中的气体发生剂之后，燃烧室2中的压力P0增加。由此，所产生的气体从燃烧室2通过气体通孔51进入沉积室5中。这在基本没有压力损失的情况下发生。因此，就气体发生剂(其例如以燃料片的形式提供)的燃烧固体成分留在燃烧室2中并且被防止离开燃烧室2的情形而言，已经出现了第一过滤器功能。
要指出的是，由于气体通孔51的横截面A1大于喷气孔6的横截面A2，所以在气体通孔51处没有出现声速，实际上气体在没有到达声速的情况下通过。在整个气体发生器1中，气流的速度低于声速。
在通过气体通孔51之后，使得气流具有朝着限制性的侧向发生器壁110的移动方向。热气流以高速撞击在该限制性的和冷的发生器壁110上。当撞击时，如热燃烧颗粒的固体以及液体燃烧残余物沉积。由此冷却处理发生。由于冷凝和/或粘附和/或离心作用，材料积聚在壁110的内表面上。能量和颗粒从气流中收回。温度和压力降低。呈现压力P1。
此时气流的方向大约改变90°并且沿加宽的圆锥朝着燃烧室5的底部的方向流动。由于在此流动期间，燃烧室5的增加的横截面面积(横截面从横截面面积F1增加到横截面面积F2)并且由于气流在横截面面积F1的区域中的速度与该横截面面积F1之间的乘积等于气流在横截面面积F2的区域中的速度与该横截面面积F2之间的乘积，所以气流的速度明显降低，例如气流减慢。于是，沿该方向产生相应的压降。
在下方区域中，燃烧室5形成底切部52，气流在该底切部52中打漩。另外，这里在发生器罐11的底部的区域111中，气流相对于邻近壁再次转向。所说明的沉积和冷却的机构又一次得到动量。
因为由于较低的气体流速而能更容易地通过冷凝等从气流中收回固体和液体燃烧残余物，所以气流在方向S上的速度的前述降低因而提高了冷却和沉积的效率。因此，较低的气体流速导致较低的温度，而较低的温度又能使冷凝和沉积更容易。
现在净化和冷却的气体重新经历大约90°的重定向并且随着压降通过喷气孔6排放到环境中。由于在整个气体发生器中，喷气孔6具有最窄的横截面A2，所以喷气孔6内的流动被加速到声速。这涉及如下事实：喷气孔6形成近似Laval喷嘴，这导致加速的流动。在Laval喷嘴的情形中，在喷嘴之前呈现亚声速，在喷嘴内部呈现声速，而在喷嘴之后呈现超声速，然而在喷嘴之后气流快速减速。
另外，能规定使气流绕气体发生器1的中间轴旋转。此旋转能通过切向方向的气流和气体通孔51(如下文将针对图7和图8说明的)或者通过驱动单元来产生。气流的旋转增加了气流与邻近壁110相互作用的距离，因此改进了沉积和冷却处理。
图2示出了气体发生器1的另一实施例。该气体发生器1是旋转对称成形的，并且具有中心轴8。设有示意性示出的燃烧室2，许多燃料片3布置在该燃烧室2中。此外，点火室4居中设置，点火元件41和由颗粒物构成的点火剂42布置在该点火室4中。点火室4能是燃烧室2的一部分或者能通过设有开口43的壁与燃烧室2分开。此外，设有沉积室5，该沉积室5设有成角度延伸的分离器50，该分离器50设有气体通孔51。
该装置被由发生器罐11和发生器盖部12组成的发生器外壳环绕。发生器罐11的下部的底部111和发生器罐11的侧壁110位于沉积室5的区域中。一个或多个喷气孔6设置在侧壁110中。沉积室5的设计基本对应于图1的沉积室的设计。
气体发生器1和沉积室5的功能和效果对应于如关于图1所述的功能和效果。另外，请注意下文内容。
在以已知的方式将电压施加到点火剂42上之后，点火装置41点火。因而产生的点火射流点燃推进剂片3。与推进剂片3的燃烧有关的压力增加导致气流从燃烧室2溢出到沉积室5中，由此具有固体和液体燃烧残余物的热气体通过分离器50的气体通孔51并到达沉积室5。这由图2中的箭头A指示。
具有固体和液体燃烧残余物的热气体在经过分离器50之后在第一冲击区域71中撞击气体发生器的邻近壁110。因此固体和液体燃烧残余物沉积，由此在邻近壁110的冷壁上发生某种程度的冷凝处理，对照图3。
在一优选、但非必要的实施例中，规定热气体在经过气体通孔51时使分离器50绕轴8旋转。因此，气体通孔51例如形成为根据图7和图8的顶窗55，所述顶窗55的开口56允许经过的气体沿切向方向离开顶窗55。在此情形中，相伴的反吹导致枢转地安装的分离器50的旋转。因此出现如下的效果：也使得气流旋转并且气流受到离心力。这导致固体和液化气体成分的改进沉积以及改进冷却。然而，要指出的是分离器50的旋转仅是一个选择并且不必非要实施。同样指出的是旋转还能以不同的方式，例如通过驱动单元来提供。在此情形中，在一个实施例中规定驱动单元使分离器50与由于切向离开的气体而使该分离器遭受的反吹的方向相对地旋转。这导致增强的沉积和冷却。
根据图4，具有剩余固体和液体燃烧残余物的热气体跟随压降并因此如箭头B所示进行近似大约90°的重定向。压降通过沉积室50的圆锥形形状而增强，由此如关于图1所说明的，气流减速。
根据图5，重定向的气体在第二冲击区域42，即侧壁110的底部111和下方区域中撞击另一邻近壁。在此第二冲击区域42中，固体和液体燃烧残余物再次沉积并且冷却处理再次发生。沉积的物质能表现为气体发生器1的邻近壁111、110上的沉淀物。
根据图6以及所示的箭头C，在固体和液体燃烧残余物的再次沉积之后，气体随着压降离开发生器外壳，由此它们流过喷气孔6并优选在排出期间经历达到并超过声速的加速。
图9示出了根据图2的气体发生器2，由此另外指示了气体通孔51与喷气孔60之间的偏移。所有气体通孔51因而相对于喷气孔6以偏移的方式布置。因此喷气孔6形成在沉积室5的下方区域中，该下方区域比气体通孔51在其中形成的上方区域具有更大的横截面面积。
在图9中，A指示了喷气孔6到发生器罐11的底部111的距离。因此，看到了喷气孔6的中心到底部111的内表面的距离。此外，B指示气体通孔51到发生器罐11的底部111的距离。于是还看到了气体通孔51的中心到底部111的内表面的距离。现在规定喷气孔6与气体通孔51之间的偏移确定尺寸为使得B除以A大于或等于1.5：B/A ≥1.5。
此比率B/A≥1.5对于所有喷气孔6和气体通孔51都有效。在图9的实施例中，特别规定喷气孔6相对于中心轴8布置在一个水平高度中。此外规定气体通孔51布置在若干高度或行中。因此距离B指示气体通孔51到底部111的距离，该底部111布置在距底部111具有最小距离的气体通孔的高度中。由于随着B值的增加，比率B/a也增加，所以所述比率B/A≥1.5当然对于布置在叠加高度中的气体通孔也有效。
要指出的是气体通孔51在若干高度中的布置仅仅是示例性的。同样地，气体通孔51能布置在仅一个高度中或不规则地布置。喷气孔6也能形成在若干高度中，而不是形成在一个高度中或不规则地形成。
可替代地，代替底部111，能将由底部111与侧壁110形成的边缘看作用于距离A、B的参考中心。然后本质在于气体通孔51到此边缘的距离B与喷气孔6到此边缘的距离A的比率大于或等于1.5。
本发明的定义不限于上述实施例。例如对于本发明而言，燃烧室的确切设计不起重要作用。此外能规定沉积室是燃烧室的一部分或定位在燃烧室外部而不与燃烧室形成公共壁。此外，图1到图6中的沉积室的锥形变尖应仅作为示例来理解。例如锥形变尖也能出现在另一方向上。

Claims (29)

1.一种用于车辆乘客保护设备的气体发生器，所述气体发生器具有燃烧室(2)，气体发生剂(3)布置在所述燃烧室(2)中，
其特征在于：
圆锥形的沉积室(5)，所述沉积室具有
第一壁(50)，多个气体通孔(51)形成在所述第一壁内，以及
至少一个第二壁(110)，所述至少一个第二壁从所述第一壁(50)以一角度延伸，并且至少一个喷气孔(6)形成在所述至少一个第二壁内，由此
在所述燃烧室(2)内产生的气体通过所述气体通孔(51)进入所述沉积室(5)中，并通过所述至少一个喷气孔(6)离开所述沉积室(5)。
2.根据权利要求1所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室设计为使得气流在流过所述气体通孔(51)之后撞击所述沉积室(5)的至少一个壁(110、111)并随后经历重定向。
3.根据权利要求2所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室设计为使得所述气流在离开所述沉积室(5)之前两次撞击所述沉积室(5)的壁(110、111)并随后经历重定向。
4.根据权利要求4所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室设计为使得所述气流在流过所述气体通孔(51)之后撞击所述沉积室(5)的第二壁(110)，在这里所述气流经历重定向，随后撞击所述沉积室(5)的第三壁(111)，在这里所述气流经历又一次重定向，然后通过所述至少一个喷气孔(6)离开所述沉积室(5)。
5.根据权利要求2到5中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(5)设计为使得在每种情形中，所述气流在撞击一个壁(110、111)之后经历大约90°的重定向。
6.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(5)中的所述气体通孔(51)相对于所述至少一个喷气孔(6)以偏移的方式布置。
7.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(5)设计为使得所述沉积室(5)中的所述气流的速度沿所述至少一个喷气孔(6)的方向降低。
8.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(5)沿所述至少一个喷气孔(6)的方向圆锥形地加宽。
9.根据从属于权利要求6的权利要求8所述的气体发生器，其特征在于：所有气体通孔(51)相对于所述至少一个喷气孔(6)以偏移的方式布置，由此所述至少一个喷气孔(6)形成在所述沉积室(5)的相对于形成所述气体通孔(51)的区域圆锥形地加宽的区域中。
10.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述第一壁(50)相对于所述气体发生器(1)的外部几何形状成角度地延伸。
11.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(50)由第一壁(50)、第二壁(110)和第三壁(111)形成，由此所述第二壁(110)由气体发生器外壳的侧壁形成，且所述第三壁(111)由所述气体发生器外壳的底部或盖部区域形成。
12.根据从属于权利要求6的权利要求11所述的气体发生器，其特征在于：在每种情形中，气体通孔(51)距所述底部或盖部区域(111)的距离(B)与所述至少一个喷气孔(6)距所述底部或盖部区域(111)的距离(A)的比率大于或等于1.5。
13.根据权利要求11所述的气体发生器，其特征在于：由所述气体发生器外壳的底部或盖部区域形成的第三壁(111)与由所述气体发生器外壳的侧壁形成的第二壁(110)一起形成边缘。
14.根据从属于权利要求6的权利要求13所述的气体发生器，其特征在于：在每种情形中，气体通孔(51)距所述边缘的距离(B)与所述至少一个喷气孔(6)距所述边缘的距离(A)的比率大于或等于1.5。
15.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述燃烧室(2)和所述沉积室(5)以旋转对称的方式形成。
16.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述沉积室(5)邻近所述至少一个喷气孔(5)形成底切部(52)，所述气流在通过所述喷气孔(6)离开之前在所述底切部中打漩。
17.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述第一壁(50)的气体通孔(51)由孔、细长孔或顶窗形成。
18.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述第一壁(50)中的气体通孔(51)形成为使得气流从所述第一壁(50)基本沿切向方向流出而进入所述沉积室(5)中。
19.根据权利要求18所述的气体发生器，其特征在于：所述第一壁(50)可枢转地安装，使得所述第一壁(50)由于切向的气体排放而开始旋转。
20.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述气体通孔(51)的横截面面积大于所述喷气孔(6)的横截面面积。
21.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述喷气孔(6)的横截面确定为使得所述喷气孔(6)中的气体流速大于或等于声速。
22.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述气体发生器(1)没有丝网过滤器、膨胀金属过滤器或烧结金属过滤器。
23.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其特征在于：所述第一壁(50)是所述燃烧室(2)的一部分，限定了所述燃烧室(2)的边界，并布置在所述燃烧室(2)的外侧。
24.一种用于沉积气体发生器的气流的固体和液体燃烧残余物的方法，其特征在于：
使气流通过圆锥形地成形的沉积室(5)，由此
所述气流撞击所述沉积室(5)的至少一个壁(110、111)，并随后经历重定向。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述气流在第一次重定向之后经历由所述沉积室(5)的锥形导致的压降，由此所述气流的速度降低。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于：所述气流在通过所述沉积室的第一壁(50)的气体通孔(51)之后撞击所述沉积室(5)的第二壁(110)，所述气流在此处经历重定向，随后撞击所述沉积室(5)的第三壁(111)，所述气流在此处经历又一次重定向，然后通过所述至少一个喷气孔(6)离开所述沉积室(5)。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述气流在第二次重定向之前、期间或之后经历湍流。
28.根据权利要求24到27中的一项所述的气体发生器，其特征在于：对于每次重定向，所述气流改变方向大约90°。
29.根据权利要求24到29中的一项所述的方法，其特征在于：使所述气流绕旋转轴旋转。
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