CN107600027A - 适用于汽车安全气囊的气体发生器组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，包括排气罩、上盖、下盖，所述上盖和下盖组成密闭的气体生成腔，所述排气罩具有用于罩在上盖的顶部并且与上盖共同形成导流区的导流腔体，所述上盖上开有气体进口，高压气体由气体生成腔经该气体进口进入导流区；所述排气罩的导流腔体与上盖形成的导流区包括第一导流区和降压导流区。本发明根据理想气体状态方程：pV＝nRT，进行有限元数字建模，经过大量的模拟试验，反复修正，提供一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其具有导流区，对生成的高压气体进行阶段性降压膨胀，从而避免对气体发生器本身造成破坏性冲击，避免出现气囊伤人事故。

Description

适用于汽车安全气囊的气体发生器组件

技术领域

本发明涉及一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，属于汽车安全气囊技术领域。

背景技术

在过去的二十年里，汽车产业已经研发出了在碰撞的情况下用于保护车辆乘客的安全气囊系统。这种安全气囊通常借助由烟火气体发生器传送的热气而展开。一担发生碰撞，安全气囊必须迅速展开，并且在撞击后安全气囊必须保持充气状态足够长时间，因此，烟火气体发生器被设计成在非常短的几十毫秒量级的时间段内运行。

目前，大多数车辆配备有安全气囊型的安全系统，这些系统中的大多数系统在车辆真正与障碍物接触的时刻被触发，即在发生实际碰撞的情况下被触发。在汽车发生碰撞时，安全气囊充气大约需要0.03秒，非常快的充气速度对确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。由于安全气囊弹开充气的速度可高达250公里/小时～320公里/小时，非常快的充气速度，确保乘员头部到达前气囊充气充满完成，但由于设计的不合理和制造的差异性，使得充气充满完成的时间误差较大，当充气充满完成过慢时，头部已经接触气囊，但气囊还在鼓胀，高速的鼓胀速度会造成乘员头部受气囊的冲击而受伤；当充气充满完成速度过快时，使的气囊及气体发生器组件炸开的事件时有发生。

目前常见的气体发生器多为单一燃烧室，当点火启动时，瞬间产生很高的内压，内压曲线斜率很高，不利于气囊模块的顺利展开，产生上述缺陷的机率较高；也有试图通过二次延迟引爆的方式制造的气体发生器，如：CN105644491A一种二次延迟引爆充气式气体发生器，引爆的瞬间产生的内压有所改善，但其结构复杂，特别是气体发生器组件结构复杂，制造难度大，成本高，因此，行业内仍致力于单一燃烧室的气体发生器的进一步的研究，特别希望设计、制造出结构简单，安全可靠，制造成本低的安全气囊气体发生器组件产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，根据理想气体状态方程：pV＝nRT，进行有限元数字建模，经过大量的模拟试验，反复修正，提供一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其具有导流区，对生成的高压气体进行阶段性降压膨胀，一方面避免对气体发生器本身造成破坏性冲击，避免出现气囊伤人事故，另一方面使得气囊获得一个合适的充气速度，避免气囊充气速度过快或过慢造成的危险。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，包括排气罩、上盖、下盖，所述上盖和下盖组成密闭的气体生成腔，所述排气罩具有用于罩在上盖的顶部并且与上盖顶部共同形成导流区的导流腔体，所述排气罩的纵截面呈帽子型，其中部的导流腔体为无底的圆柱形，顶部为平面状；所述排气罩的导流腔体与上盖形成的导流区包括第一导流区和降压导流区；

所述上盖的顶部包括位于中部的平面段和位于平面段周围的弧面段，所述上盖的位于第一导流区的弧面段由半径为3mm的弧面和半径为10mm的弧面拼接而成，所述上盖的位于降压导流区的弧面段由半径为17mm的弧面和半径为8mm的弧面拼接而成，上述四段弧面光滑连接，并且，所述上盖顶部外侧壁与排气罩顶部内侧壁之间的距离在弧面段沿导流区半径增大的方向满足先减小后增大的规律，以使第一导流区的气体通过截面基本保持不变，降压导流区的气体通过截面迅速增大，所述上盖顶部外侧壁与排气罩顶部内侧壁的最小距离处为第一导流区与降压导流压区的分界线，所述上盖的平面段处设置有气体进口，高压气体由气体生成腔经该气体进口进入导流区；

所述排气罩位于降压导流区的侧壁上设置有多个排气孔，并且排气孔的面积总和与降压导流区侧壁的面积总和比在3：1000～6：1000之间。

进一步，所述气体生成腔为柱形腔。

进一步，所述气体生成腔的中部设置有过滤器，并且所述过滤器呈中空的圆柱形，用于对气体生成腔内的高压气体进行过滤与导向，高压气体经过滤器过滤后从过滤器的中部排出，由位于上盖顶部的出气口排出进入导流区。

进一步，所述气体生成腔内设置有环形燃烧区，所述过滤器(8)构成环形燃烧区的内壁，所述环形燃烧区的顶壁和外壁由能量组件封盖构成，所述过滤器与能量组件封盖焊接连接，过滤器与能量组件封盖共同围成下部开口的环形燃烧区，环形燃烧区内设置有药篮，所述药篮沿能量组件封盖的内壁圆周布置。

进一步，所述气体生成腔内还设置有由附属盖和附属端盖围成的扩燃区，所述扩燃区插入燃烧区，并且在所述扩燃区的下部安装有点火装置，点火装置用于对扩燃区内的扩燃药进行点火；所述附属盖焊接连接在下盖上，所述附属端盖焊接连接在附属盖的顶部。

进一步，所述点火装置包括点火帽固定座和点火帽，所述点火帽固定座插入附属盖上，并且在所述点火帽固定座上开有与扩燃区连通的通孔，所述点火帽位于点火帽固定座内，并与下盖绝缘连接，点火帽通过上述通孔对扩燃区内的扩燃药点火。

进一步，所述点火帽固定座与附属盖过盈配合，并在附属盖外侧焊接。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

本发明在上盖与下盖围成的气体成生腔外增设导流区，对生成的高压气流进行疏导，首先，高压气流进入第一导流区，由于第一导流区的气体通过的截面积基本保持不变，并且容体随导流区半径增加呈线性增大，因此气压在第一导流区仅有略微的降低，高压气流得以均匀膨胀；然后，高压气流进入降压导流区，由于降压导流区的气体通过的截面积随导流区半径迅速增大，因此气压在降压导流区得以迅速下降，再结合排气孔合适的面积比，使得气流以符合要求的速度排出气体发生器，进入安全气囊，一方面避免充气过快时，高压气流对气体发生器本身造成破坏性冲击，另一方面，充气过慢时，当人的头部到达方向盘位置时，气囊还在充气阶段，强大的气流会对人头部会造成重创，因此安全气囊获得一个合适的充气速度是避免气囊伤人的关键。

附图说明

图1为本发明的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件的俯视图；

图2为图1的D-D剖视图；

图3为本发明的上盖和排气罩的装配示意图；

图4为本发明的导流区的原理图；

图5为本发明的气体流动方向示意图；

图6为本发明的气体生成腔的结构示意图；

图7为本发明的扩燃区、燃烧区和点火装置的装配示意图；

图8为本发明的环形燃烧区的结构示意图；

图9为本发明的上盖的结构示意图；

图10为第一导流区的气体通过截面、容积的数据；

图11为根据图10得到的第一导流区的气体通过截面的变化曲线；

图12为根据图10得到的第一导流区的容积的变化曲线；

图13为降压导流区的气体通过截面、容积的数据；

图14为根据图13得到的降压导流区的气体通过截面的变化曲线；

图15为根据图13得到的降压导流区的容积的变化曲线。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～9所示，一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，包括排气罩1、上盖2、下盖3，所述上盖2和下盖3组成密闭的气体生成腔，所述排气罩1具有用于罩在上盖2的顶部并且与上盖2顶部共同形成导流区的导流腔体，所述排气罩1的纵截面呈帽子型，其中部的导流腔体为无底的圆柱形，顶部为平面状；所述排气罩1的导流腔体与上盖2形成的导流区包括第一导流区5和降压导流区6；

所述上盖2的顶部包括位于中部的平面段10和位于平面段10周围的弧面段11，所述上盖2的位于第一导流区5的弧面段11由半径为3mm的弧面和半径为10mm的弧面拼接而成，所述上盖2的位于降压导流区6的弧面段11由半径为17mm的弧面和半径为8mm的弧面拼接而成，上述四段弧面光滑连接，并且，所述上盖2顶部外侧壁与排气罩1顶部内侧壁之间的距离在弧面段11沿导流区半径增大的方向满足先减小后增大的规律，以使第一导流区的气体通过截面基本保持不变，降压导流区的气体通过截面迅速增大，在形状上，类似一个开口向下的抛物线，所述上盖2顶部外侧壁与排气罩1顶部内侧壁的最小距离处为第一导流区5与降压导流压区6的分界线，最小距离在2.4mm左右，如图3所示，图中A部分的圆形面积代表第一导流区5所在位置，B部分的圆环面积代表降压导流区6所在位置，所述气体进口设置在上盖2顶部的平面段10上；所述上盖的平面段10处设置有气体进口，高压气体由气体生成腔经该气体进口进入导流区；

所述排气罩1位于降压导流区6的侧壁上设置有多个排气孔7，并且排气孔7的面积总和与降压导流区6侧壁的面积总和比在3：1000～6：1000之间。排气罩1侧壁上的排气孔7为16至30个，且排气孔7的总面积在320平方毫米～550平方毫米之间，本实施例为18个孔，总面积为380平方毫米。

所述上盖2位于排气罩1内，所述上盖2的侧壁与排气罩1的侧壁固定连接。

如图中标注的，第一导流区5气体通过的截面为以R1为半径的圆柱面，降压导流区6的气体通过截面为以R2为半径的圆柱面，导流区的半径沿图中的X1、X2方向，高度沿图中的Y1、Y2方向。

图10至15为第一导流区5和降压导流区6的气体通过截面、容积的变化曲线。

本发明将气体的生成与降压分开来进行，在气体生成腔外增设了导流区，对生成的高压气体进行分阶段降压，首先，在气体生成腔内生成的高压气体，从上盖2顶部的气体进口进入导流区，由第一导流区5对高压气体进行略微降压，由于第一导流区5的气体通过的截面积基本保持不变，气体的体积仅有略微的增大，根据理想气体状态方程pV＝nRT，其气压仅有略微的下降，虽然此时爆炸气流的压力较高，但气流主要分布在排气罩1中心部区域，由于高压气流匀速膨胀，再加上，第一导流区5所占的面积较小，对排气罩1不产生较大的破坏冲击，从而能同时避免高压气流对气体生成器与排气罩1的造成破坏；其次，在降压导流区6，高压气流逐步接近排气罩1侧面的排气孔7，由于在降压导流区6气体通过的截面积快速增大，容积也快速增大，有助于气流速度的衰减，压力迅速降低，气流对排气罩1顶部平面的冲击也迅速减小，降低排气罩1破坏的风险。

进一步，根据伯努力原理：P₁*V₁/T₁＝P₂*V₂/T₂，当排气罩1上排气孔7的面积总和与降压导流区6侧壁的面积总和比在3：1000～6：1000之间时，其最终气囊充满气的冲击速度在260公里/小时～320公里/小时之间，是非常理想的试验结果。

下盖3位于上盖2下方，并且上盖2和下盖3通过摩擦焊焊接连接，下盖3的形状与上盖2类似，所述气体生成腔的形状为上下对称结构。在上盖2与下盖3焊接面交界区域设置有溢料区12。

所述气体生成腔为柱形腔。

如图2所示，所述气体生成腔的中部设置有过滤器8，并且所述过滤器8呈中空的圆柱形，用于对气体生成腔内的高压气体进行过滤与导向，高压气体经过滤器8过滤后从过滤器8的中部排出，由位于上盖2顶部的出气口排出进入导流区。过滤器8设置在气体生成腔的中部，由过滤器8对高压气流进行过滤与导向，即使在气体生成器内的气流在引爆后增加了旋流作用，有利于通过过滤器8的导向，减弱甚至消除此种旋流作用，另外，过滤器8还起到中心支柱的作用。

如图2、6、8所示，所述气体生成腔内设置有环形燃烧区9，所述过滤器8构成环形燃烧区9的内壁，所述环形燃烧区9的顶壁和外壁由能量组件封盖4一体构成，能量组件封盖4与上盖2焊接连接，所述过滤器8与能量组件封盖4焊接连接，过滤器8与能量组件封盖4共同围成下部开口的环形燃烧区9，环形燃烧区9内设置有药篮41，所述药篮41沿能量组件封盖4的内壁圆周布置。所述过滤器8与药篮41压接后在二者的连接处通过焊接连接。药篮41用于安装、储存产生药。

环形燃烧区9内，药篮41与能量组件封盖4铆接，药篮41沿能量组件封盖4的内壁圆周均匀布置，过滤器8直接作为环形燃烧区9的内壁，有利于生成的气流直接通过过滤器8均匀及时排出。

如图6所示，所述气体生成腔内还设置有由附属盖33和附属端盖34围成的扩燃区，所述扩燃区插入燃烧区，并且在所述扩燃区的下部安装有点火装置，点火装置用于对扩燃区内的扩燃药进行点火；所述附属盖33焊接连接在下盖3上，所述附属端盖34焊接连接在附属盖33的顶部，所述附属端盖34上开有将扩燃区与燃烧区连通的通孔。

扩燃区插入燃烧区，由点火装置引燃扩燃区内的扩燃药，能够将火源迅速引向药篮41中的产气药。

如图6、7所示，所述点火装置包括点火帽固定座31和点火帽32，所述点火帽固定座31插入附属盖33内，并且在所述点火帽固定座31上开有与扩燃区连通的通孔，所述点火帽32位于点火帽固定座31内，并与下盖3绝缘连接，点火帽32通过上述通孔对扩燃区内的扩燃药点火。

所述点火帽固定座31与附属盖33过盈配合，并在附属盖33外侧焊接。

本发明在上盖与下盖围成的气体成生腔外增设导流区，对生成的高压气流进行疏导，首先，高压气流进入第一导流区，由于第一导流区的气体通过的截面积基本保持不变，并且容体随导流区半径增加呈线性增大，因此气压在第一导流区仅有略微的降低，高压气流得以均匀膨胀；然后，高压气流进入降压导流区，由于降压导流区的气体通过的截面积随导流区半径迅速增大，因此气压在降压导流区得以迅速下降，再结合排气孔合适的面积比，使得气流以符合要求的速度排出气体发生器，进入安全气囊，一方面避免充气过快时，高压气流对气体发生器本身造成破坏性冲击，另一方面，充气过慢时，当人的头部到达方向盘位置时，气囊还在充气阶段，强大的气流会对人头部会造成重创，因此安全气囊获得一个合适的充气速度是避免气囊伤人的关键。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：包括排气罩(1)、上盖(2)、下盖(3)，所述上盖(2)和下盖(3)组成密闭的气体生成腔，所述排气罩(1)具有用于罩在上盖(2)的顶部并且与上盖(2)顶部共同形成导流区的导流腔体，所述排气罩(1)的纵截面呈帽子型，其中部的导流腔体为无底的圆柱形，顶部为平面状；所述排气罩(1)的导流腔体与上盖(2)形成的导流区包括第一导流区(5)和降压导流区(6)；

所述上盖(2)的顶部包括位于中部的平面段(10)和位于平面段(10)周围的弧面段(11)，所述上盖(2)的位于第一导流区(5)的弧面段(11)由半径为3mm的弧面和半径为10mm的弧面拼接而成，所述上盖(2)的位于降压导流区(6)的弧面段(11)由半径为17mm的弧面和半径为8mm的弧面拼接而成，上述四段弧面光滑连接，并且，所述上盖(2)顶部外侧壁与排气罩(1)顶部内侧壁之间的距离在弧面段(11)沿导流区半径增大的方向满足先减小后增大的规律，以使第一导流区的气体通过截面基本保持不变，降压导流区的气体通过截面迅速增大，所述上盖(2)顶部外侧壁与排气罩(1)顶部内侧壁的最小距离处为第一导流区(5)与降压导流压区(6)的分界线，所述上盖的平面段(10)处设置有气体进口，高压气体由气体生成腔经该气体进口进入导流区；

所述排气罩(1)位于降压导流区(6)的侧壁上设置有多个排气孔(7)，并且排气孔(7)的面积总和与降压导流区(6)侧壁的面积总和比在3：1000～6：1000之间。

2.根据权利要求1所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述上盖(2)位于排气罩(1)内，所述上盖(2)的侧壁与排气罩(1)的侧壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述气体生成腔为柱形腔。

4.根据权利要求1所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述气体生成腔的中部设置有过滤器(8)，并且所述过滤器(8)呈中空的圆柱形，用于对气体生成腔内的高压气体进行过滤与导向，高压气体经过滤器(8)过滤后从过滤器(8)的中部排出，由位于上盖(2)顶部的出气口排出进入导流区。

5.根据权利要求4所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述气体生成腔内设置有环形燃烧区(9)，所述过滤器(8)(8)构成环形燃烧区(9)的内壁，所述环形燃烧区(9)的顶壁和外壁由能量组件封盖(4)构成，所述过滤器(8)与能量组件封盖(4)焊接连接，过滤器(8)与能量组件封盖(4)共同围成下部开口的环形燃烧区(9)，环形燃烧区(9)内设置有药篮(41)，所述药篮(41)沿能量组件封盖(4)的内壁圆周布置。

6.根据权利要求5所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述气体生成腔内还设置有由附属盖(33)和附属端盖(34)围成的扩燃区，所述扩燃区插入环形燃烧区(9)，并且在所述扩燃区的下部安装有点火装置，点火装置用于对扩燃区内的扩燃药进行点火；所述附属盖(33)焊接连接在下盖(3)上，所述附属端盖(34)焊接连接在附属盖(33)的顶部。

7.根据权利要求6所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述点火装置包括点火帽固定座(31)和点火帽(32)，所述点火帽固定座(31)插入附属盖(33)上，并且在所述点火帽固定座(31)上开有与扩燃区连通的通孔，所述点火帽(32)位于点火帽固定座(31)内，并与下盖(3)绝缘连接，点火帽(32)通过上述通孔对扩燃区内的扩燃药点火。

8.根据权利要求7所述的适用于汽车安全气囊的气体发生器组件，其特征在于：所述点火帽固定座(31)与附属盖(33)过盈配合，并在附属盖(33)外侧焊接。