CN109963826B - 具有作为燃料的泡沫的混合式充气机 - Google Patents

Abstract

一种充气机(10)，其可致动以提供充气流体，用于使可充气的车辆乘员保护装置充气。该充气机(10)包括一定体积的存储的气体和推进剂(52)，所述推进剂可点燃以经受产生反应产物的反应。反应产物包括与存储的气体混合以产生充气流体的混合物的气体和热量。充气机(10)构造为排放充气流体以使保护装置充气。推进剂(52)包括开孔泡沫燃料推进剂(140)。所述反应包括燃烧反应，其中泡沫燃料推进剂(140)与包含氧的气体氧化剂反应，以产生与存储的气体混合的气体反应产物和热量。

Description

具有作为燃料的泡沫的混合式充气机

技术领域

本发明涉及一种用于提供充气流体的充气机(inflator)，用于使可充气的车辆乘员保护装置充气。

背景技术

已知提供一种用于使可充气的车辆乘员保护装置(比如气囊)充气的充气机。一种特殊类型的充气机是混合式充气机，其合并并结合了存储的气体充气机和固体推进剂气体发生器两者的元件。

混合式充气机通常在形式上可以是细长的和管状的，包括包含固体推进剂的反应室以及包含存储的气体的压力室。反应室和压力室可通过可破裂薄膜(比如爆裂盘)分隔。点火器组件支撑在充气机的邻近反应室的端部处，并且通常通过可破裂薄膜(比如爆裂盘)与反应室隔离。扩散器组件支撑在充气机的邻近压力室的端部处。压力室和扩散器组件通过可破裂薄膜(比如爆裂盘)彼此分隔。

在致动充气机时，点火器的烟火材料点燃并且爆裂盘响应于此而破裂。来自点火器的反应产物进入反应室并点燃固体推进剂，从而引起产生反应产物(例如，热和充气流体)的反应。分隔反应室和压力室的爆裂盘响应于固体推进剂的反应而破裂。来自固体推进剂的反应产物进入压力室并与存储的气体混合。添加的热和充气流体增加了压力室中的流体量和流体压力。将扩散器与压力室分隔的爆裂盘破裂。充气流体通过扩散器被引导出充气机并进入保护装置中。

发明内容

根据一个方面，本发明涉及一种充气机，其能够致动以提供充气流体，用于使可充气的车辆乘员保护装置充气。该充气机包括一定体积的存储的气体和推进剂，所述推进剂能够点燃以经受产生反应产物的反应。反应产物包括与存储的气体混合以产生充气流体的混合物的气体和热量。充气机构造为排放充气流体以使保护装置充气。推进剂包括开孔泡沫燃料推进剂。所述反应包括燃烧反应，其中泡沫燃料推进剂与包括氧的气体氧化剂反应，以产生与存储的气体混合的气体反应产物和热量。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，推进剂还可包括包含化学成分的烟火推进剂。所述反应可包括自持化学反应，其中所述化学成分的燃料组分与化学成分的氧化剂组分反应，以产生与存储的气体混合的气体反应产物和热量。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可包括泡沫多烃、碳氢化合物或聚烯烃材料。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可包括聚醚、聚酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯材料中的至少一种。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述推进剂可包括反应调节剂，所述反应调节剂包括氢化硼、炭黑以及为粒状、片状和粉末状形式中的至少一种的铝、钛、硅、镁、铝金属氧化物、钛金属氧化物、硅金属氧化物、镁金属氧化物、铝合金、钛合金、硅合金、镁合金、镁铝合金中的至少一种。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，充气机可包括壳体，所述壳体限定用于容纳推进剂和气体氧化剂的反应室、以及用于容纳存储的气体的压力室。反应室和压力室可通过第一封闭构件分隔，所述第一封闭构件可响应于充气机的致动而破裂，以允许由推进剂产生的反应产物与压力室中存储的气体混合。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，充气机可包括点火器，所述点火器可致动以点燃反应室中的推进剂。点火器可构造为在致动时产生冲击波，并且其中，反应室中的泡沫燃料推进剂构造为允许冲击波传播通过反应室而没有显著的强度损耗。冲击波可作用于使反应室与压力室分隔的第一封闭构件并使其破裂，从而允许反应产物进入压力室并与存储的气体混合。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，充气机可包括：充气机出口部分，其定位在压力室的与第一封闭构件相对的端部；以及第二封闭构件，其封闭充气机出口。由点火器的致动产生的冲击波可构造为在第一封闭构件破裂之后也传播通过压力室并使第二封闭构件破裂。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，充气机可包括：充气机出口部分，其定位在压力室的与第一封闭构件相对的端部；以及第二封闭构件，其封闭充气机出口。第一封闭构件可构造为响应于破裂而产生冲击波。由第一封闭构件的破裂产生的冲击波可传播通过压力室并使第二封闭构件破裂。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述第一封闭构件可在所述反应室和所述压力室之间提供可透气密封。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述推进剂可仅包括泡沫燃料推进剂。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可在所述充气机的反应室中被压缩，并符合所述反应室中的充气机结构。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可构造为不填充整个反应室。泡沫燃料推进剂可通过粘合剂和由泡沫在反应室内被压缩产生的摩擦接合中的至少一种而在反应室中保持就位。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，可选择所述泡沫燃料推进剂的体积以定制所述充气机的输出而不用调节所述充气机的结构以适应所选的体积。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可填充所述充气机的整个反应室。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可包括延伸穿过泡沫燃料推进剂的一个或更多个孔。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可包括单块泡沫燃料推进剂材料。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可包括多个泡沫燃料推进剂本体。不同的泡沫燃料推进剂本体可由不同类型的泡沫燃料推进剂材料制成。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂本体可具有与构成这些本体的泡沫燃料推进剂材料的类型相对应的形状和颜色中的至少一者。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，存储的气体、推进剂和氧化气体都可在充气机中存储在单个室中。存储的气体和氧化气体可包括包括氧和至少一种惰性气体的气体混合物。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述烟火推进剂可包括以堆叠构造轴向地布置在所述充气机中的多个烟火推进剂环。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述烟火推进剂环可包括对齐的中心开口，所述泡沫燃料推进剂可包括延伸穿过对齐的中心开口的圆柱形部分。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述烟火推进剂环可在充气机中轴向地彼此间隔开。泡沫燃料推进剂可包括定位在烟火推进剂环之间的盘状间隔件。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，烟火推进剂环可在充气机中轴向地彼此间隔开并包括对齐的中心开口。泡沫燃料推进剂可包括定位在烟火推进剂环之间的盘状间隔件以及延伸穿过对齐的中心开口的圆柱形部分。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可包括延伸穿过泡沫燃料推进剂的一个或更多个孔。烟火推进剂可包括多个烟火推进剂片，所述多个烟火推进剂片通过过盈配合支撑在孔中，其中，所述片使限定孔的泡沫燃料推进剂壁变形。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可包括多个泡沫燃料推进剂本体，并且烟火推进剂包括多个烟火推进剂本体。泡沫燃料推进剂本体和烟火推进剂本体可以在充气机中以混合物放置。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可包括泡沫燃料推进剂的本体，并且所述烟火推进剂可包括嵌入在所述泡沫燃料推进剂中的多个烟火推进剂本体。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可在充气机内限定用于容纳烟火推进剂的空间。烟火推进剂可包括支撑在所述空间中的多个烟火推进剂片。这些烟火推进剂片可填充所述空间。所述泡沫燃料推进剂可限定所述空间的所有侧面，从而包围支撑在所述空间中的所述烟火推进剂片。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可形成为挤出件，其中，泡沫聚合物形成限定沿其长度延伸的多个小的挤出通道的矩阵或蜂窝结构形式的均匀结构。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可形成为开孔泡沫聚合物材料的片材，其卷绕以形成泡沫聚合物卷。所述泡沫聚合物片材可包括从片材的一个或两个表面延伸的用于使所述片材的叠加层间隔开的一系列突起，以便在层之间产生气体能聚集在其中的空间。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，所述泡沫燃料推进剂可形成为堆叠，其中各个独立的泡沫聚合物推进剂块与箔层交替地堆叠，该箔层影响所述泡沫燃料推进剂的燃烧速率。

根据另一方面，单独或与任何前述方面组合，泡沫燃料推进剂可形成为若干个独立的泡沫聚合物推进剂块的堆叠。这些块可具有影响泡沫燃料推进剂的燃烧速率的不同的机械或化学性质。

附图说明

通过参照附图阅读以下描述，本发明的上述和其它特征对于本发明所涉及的本领域的技术人员将变得明显，附图中：

图1是示出根据本发明的示例构造的充气机的示意性剖视图。

图2A-图2C是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图3A-图3B是根据本发明的其它示例构造的与图1的充气机类似的充气机的一部分的示意性剖视图。

图4A-图4C是根据本发明的其它示例构造的与图1的充气机类似的充气机的一部分的示意性剖视图。

图5A-图5C是根据本发明的其它示例构造的与图1的充气机类似的充气机的一部分的示意性剖视图。

图6是根据本发明的另一示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图7A-图7B是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图8A-图8B是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图9A-图9B是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图10是根据本发明的另一示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图11A-图11C是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图12A-图12B是根据本发明的其它示例构造的类似于图1的充气机的充气机的一部分的示意性剖视图。

图13是根据本发明的另一示例构造的具有与图1的充气机的构造和构型不同的构造和构型的充气机的一部分的示意性剖视图。

图14A-图14D是根据本发明的另一示例构造的可在充气机中实施的推进剂组分的示意性剖视图。

图15是根据本发明的另一示例构造的具有与图1的充气机的构造和构型不同的构造和构型的充气机的一部分的示意性剖视图。

具体实施方式

本发明涉及一种有助于保护车辆的乘员的设备。作为本发明的代表，充气机形式的设备10用作充气流体源，其可致动以提供充气流体，用于使可充气的车辆乘员保护装置(未示出)充气。充气机10可特别适合于使气囊、特别是可充气帘式的可充气车辆乘员保护装置充气。然而，充气机10可用于或适于提供充气流体，用于使需要充气的任何可充气车辆乘员保护装置充气，比如可充气驾驶员气囊、可充气乘客气囊、可充气侧气囊、可充气安全带、可充气膝垫、可充气顶篷、后座气囊、由可充气气囊操作的膝垫、行人气囊、或任何其它需要用于操作的充气流体的车辆乘员保护装置，如，致动器设备，其用于通过例如将活塞移动出汽缸来提升或移动车辆的一部分，例如小汽车的引擎罩，以便保护在小汽车外的人，比如行人。

充气机构型

充气机10是混合式充气机，其包括生成气体的材料，在本文中总体上称为“推进剂”，其可点燃以引起生成热和充气流体的反应。充气机还包括加压气体形式的存储的充气流体，其在充气机致动时释放。在充气机10致动时，由推进剂产生的热量和充气流体与存储的气体结合，并且这种混合物从充气机排放。这种混合有助于保持充气机内的所需的压力，使得充气流体可以以所需的体积流速且快速地被输送到保护装置。

为了产生热和充气流体，推进剂响应于点燃而进行反应，并且该反应产生用于使气囊充气的反应产物，比如充气流体和热量。反应的类型和它产生的反应产物由特定类型的推进剂决定。例如，燃烧反应是一种化学反应，其中燃料形式的推进剂与氧化剂反应，氧化剂通常是氧气。氧可以来自大气或其它源，比如纯氧或包括纯氧的气体混合物。因此，在一种构造中，充气机可以包括燃料形式的推进剂和氧气或包括氧的气体混合物形式的氧化剂。在该构造中，在点燃时，发生燃烧反应，其中推进剂燃料与氧反应以产生充气流体和热量。

作为另一示例，烟火反应是涉及烟火材料形式的推进剂的化学反应。烟火材料通常是包括燃料和氧化剂的化学成分，因此不依赖于外部氧化源，比如空气或氧气。当点燃时，烟火材料产生燃料与氧化剂的自持反应。因此，在另一构造中，充气机可以包括烟火材料形式的推进剂，其是自持的并且不需要氧化气体。

图1中示出了根据本发明的充气机10的示例构造。参照图1，充气机10包括呈细长管形式的壳体12，所述壳体12沿其长度在不同位置处压接或以其它方式机加工或形成，以限定充气机的部段或部分，并且还限定用于支撑充气机的其它元件的结构或表面。在图1中从左到右看，充气机10包括沿其轴线14间隔开的点火器支撑部分20、限定反应室50的部分、限定压力室80的部分以及出口部分100。如下所述的多个充气机部件定位在充气机10的各个部分上和/或内，并沿其长度轴向地对齐。

点火器支撑部分20构造为支撑点火器组件22。点火器组件22包括点火器24，点火器24支撑在点火器保持件26中。点火器和点火器保持件是众所周知的装置，因此，本文所示的点火器组件22仅是示例性的。点火器组件24可以具有适合于如本文所述起作用的任何所需构造。在图1的示例构造中，可以通过将保持件压接到点火器上而使点火器24固定至点火器保持件26。

点火器组件22通过比如焊接的已知方法固定至壳体12的点火器支撑部分20。为了实现该连接，点火器保持件26具有大体圆柱形构造，其适于在壳体12的末端处与点火器支撑部分20接合和配合。在图1中所示的示例构造中，焊接形成在点火器保持件26的锥形肩部和壳体12的末端之间的接合部处。可使用任何已知的焊接工艺(例如，MIG、TIG、对接焊和摩擦焊接)来形成该焊接连接。也可以使用替代连接、比如压接或机械紧固(比如，螺纹连接)来促进该连接。点火器保持件26与壳体12的连接在充气机10的点火器端处形成不透气气密密封。

点火器24包括烟火材料的本体28，在此称为“爆管”，其可点燃以引发反应室50中的反应。点火器24的致动和爆管28的点燃经由由点火器引线30输送的电信号电气地实现。引线30可以支撑在连接器32中，连接器32与连接至车辆布线和联接至适于触发充气机10的致动的传感器的连接器(未示出)配合。

与点火器组件22相邻，充气机10包括支撑爆裂盘36的爆裂盘支撑件34。爆裂盘支撑件34在形式上为大体圆柱形，并且与壳体12的点火器支撑部分20的内直径形成紧密配合。爆裂盘支撑件34抵接点火器保持件26并包括通孔38，点火器24被接收在所述通孔38中。通孔38轴向地延伸穿过爆裂盘支撑件34并沿其长度具有不同的直径。通孔38延伸穿过环形肩部40而终止，爆裂盘36连接并支撑在环形肩部40上。

爆裂盘36具有圆顶构造，并且定向成使其凸出表面呈现为在通孔38中朝向点火器24。爆裂盘36的凹入表面呈现为面向反应室50中。环形肩部40支撑爆裂盘36的环形部分，但使盘的中心部分暴露成靠近点火器24的爆管28。爆裂盘36有助于在点火器组件22和点火器支撑部分20之间提供有效的密封。

反应室50支撑大量的气体生成材料52，在本文称为推进剂。在图1的示例构造中，爆裂盘36和爆裂盘支撑件34一起限定了反应室50的一端(如图1中所示的左端)。反应室50的相对端由筛54限定，筛54用于收集燃烧颗粒(比如炉渣)，其可以作为推进剂52的燃烧副产物而生成，和/或在燃烧期间将推进剂52保持在反应室内。筛54具有圆顶构造并且横跨反应室50的直径，其凸出表面呈现为朝向推进剂52。多个孔口延伸穿过筛54，其定尺寸为允许气体流过筛，同时阻止或以其它方式限制颗粒/炉渣通过筛。

充气机壳体12在接合部或者从反应室50到压力室80过渡的区域中具有减小的直径。壳体12的该减小的部段形成环形肩部56，其接收反应室衬套60，所述反应室衬套60在反应室50和压力室80之间形成密封，尤其是可透气密封。

反应室衬套60具有大体杯形的构造，其包括横跨环形壁的圆顶端部部分64和环形壁部分62。反应室衬套60压配合到反应室50中，使得环形壁部分62接合反应室50的内直径，并使圆顶端部部分64与充气机壳体12的环形肩部56接合并配合。

圆顶端部部分64以爆裂盘的方式用作反应室50和压力室80之间的可破裂封闭件或爆裂盘。该爆裂盘64构造为使得盘的凸出表面呈现为面向压力室80。圆顶爆裂盘64至少部分地延伸到环形肩部56中或穿过环形肩部56并且封闭压力室80的一端。使其圆顶结构以这种方式呈现至压力室80内的压力的爆裂盘64适于以非气密方式保持压力室80的封闭。这意味着包括爆裂盘64的反应室衬套60设计成以非密封方式封闭压力室80的一端。例如，可以存在沿着爆裂盘64的环形壁部分62的轴向通道(图中未示出)，从而允许在充气机10的非激活状态下在压力室80和反应室50之间的压力补偿。作为另一示例，由于通过反应室衬套60的压配合给予的密封，压力室80和反应室50之间的压力补偿可通过壳体12和反应室衬套60的抵接部分(例如，爆裂盘64)进行。因此，爆裂盘64在压力室80和反应室50之间构成可透气分隔器件。

如图1中所示，筛54的环形端部部分抵接反应室衬套60的环形壁部分62。因此，反应室衬套60可以帮助将筛54定位和支撑在反应室50中。筛54和反应室衬套60可以是在反应室50中组装在一起的独立的部件。替代地，筛54和反应室衬套60可压配合在一起并作为单元安装在反应室中。作为另一替代方案，筛54和反应室衬套60可具有整体的(例如焊接的)构型，并且可作为整体部件安装。

构造为包含在压力下的储存的一种或更多种气体的压力室80不包括任何内部结构。出口部分100定位在压力室80的与反应室衬套60相对的端部处，并形成充气机壳体12的末端。出口部分100包括在壳体12的外部上的环形凹部102，用于接收和支撑扩散器104。扩散器104焊接在凹部102上并覆盖出口部分100，包括壳体12的开口端106，充气流体通过开口端106排放。

壳体12的开口端106具有减小的直径并且接收封闭构件108，封闭构件108经由已知方法(比如焊接)连接至开口端。可使用任何已知的焊接工艺(例如，MIG、TIG、对接焊和摩擦焊接)来形成该焊接连接。封闭构件108包括通孔110，通孔110由爆裂盘112形式的可破裂封闭构件封闭。在图1的示例构造中，封闭爆裂盘112的圆顶构造被布置成使得凸出表面通过封闭构件108中的通孔110面向外。

从上可知，应理解的是，存储在压力室80中的一种或更多种气体的加压由通过点火器组件22至壳体12的连接在充气机10的一端处以及通过封闭构件108至壳体的连接在充气机的相对端处提供的密封而保持。反应室衬套60(总体上)、并且具体地爆裂盘64不会阻止充气机10内的压力在反应室50和压力室80之间正常化或平衡。相反，如本文所描述的，反应室衬套60有助于改善充气机10的性能。

存储在压力室80中的充气流体可以是通常用于存储的气体或混合式充气机中的任何气体或气体组合。例如，存储在压力室80中的充气流体可以包括：氦气，氦气和氩气的混合物，或氦气、氩气和氧气的混合物。压力室80中的气体的成分可以保持在所需的比例，以便落在所需的分子量范围内。例如，在包括氦气、氩气和氧气的成分中，气体的分子量可以保持在7g/mol和39g/mol之间。在该范围内，7g/mol的下限可以例如保持在90％的氦气和10％的氧气的成分中。

在感测到期望与充气机10相关的保护装置(例如，气囊)充气的事件发生时，传感器(未示出)经由连接至插脚30的引线向点火器24提供致动信号。在接收到该致动信号时，爆管28引燃，其使爆裂盘36破裂并点燃推进剂52，从而使推进剂进行燃烧反应。爆裂盘64也破裂，并且由推进剂反应生成的燃烧产物(即，热和充气流体)进入压力室80并与存储在其中的一种或更多种气体混合。推进剂生成的热和充气流体进入压力室80，增加压力室中的气体混合物的压力，并向气体混合物添加热量。

爆裂盘112破裂并且充气流体从充气机12通过扩散器104直接地或通过导管(未示出，比如填充管)朝向保护装置排放。保护装置从存储状态充气和展开到充气和展开状态，在该状态中，保护装置可以帮助保护车辆乘员。

推进剂成分

根据本发明，存储在反应室50中的推进剂52包括泡沫燃料推进剂，其点燃导致产生充气流体和热量的燃烧反应。在图1的示例构造中，推进剂52被示出为一体的块，其形成为填充反应室50，即在一端处通过爆裂盘36和爆裂盘支撑件34、在相对端处通过筛54以及通过壳体12周向地界定的空间。推进剂52可具有任何其它形状/尺寸构造，并且可占据反应室50中的任何空间量。推进剂52可构造为使得其任何泡沫燃料推进剂组分可以在反应室50中未压缩，或者可构造为使得泡沫被相邻的充气机部件(例如爆裂盘36、爆裂盘支撑件34、壳体12和筛54)压缩。

反应室50中的推进剂52可包括除泡沫燃料推进剂之外的推进剂。例如，除了泡沫燃料推进剂之外，推进剂50还可包括烟火推进剂、反应调节剂、或烟火推进剂和反应调节剂的组合。这些材料的存在决定了在反应室50中发生的反应，以便定制充气机10的气体生成特性。可以通过泡沫燃料推进剂、任何烟火推进剂和任何反应调节剂的选择和配置定制的充气机10的气体生成特性包括由充气机10生成的一种或更多种气体的温度、类型、体积流速以及推进剂的燃烧速率。

推进剂52的泡沫燃料推进剂组分可具有各种化学成分。一般而言，泡沫燃料推进剂可以是开孔、可燃泡沫多烃或聚烯烃材料，比如聚醚、聚酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯。泡沫燃料推进剂可具有各种替代物理特性和机械性质，包括不同的开孔尺寸、不同的孔隙率、不同的密度、不同的压缩性和不同的硬度。泡沫燃料推进剂还可具有不同的光学性质，例如颜色，其可用于在使用各种不同类型或性质的泡沫的情况下识别泡沫燃料推进剂的类型。

泡沫燃料推进剂的密度可以例如在10-90kg/m³的范围内。泡沫燃料推进剂的密度或硬度可以例如在2-10kPa的范围内，其中，硬度是由引起泡沫燃料推进剂的预定程度的压缩或挠度所需的压力负载确定的压缩硬度。例如，泡沫燃料推进剂可以具有在40％变形下4.5kPa的压缩负载挠度以及45kg/m³的密度。除了泡沫材料的类型或化学成分外，泡沫孔的尺寸还可以帮助确定泡沫燃料推进剂的机械性质。较大的孔可降低密度/硬度并增加泡沫的孔隙率。较小的孔可以增加密度/硬度并减小泡沫的孔隙率。典型的孔尺寸可以例如在约0.5-3mm的范围内。

可与泡沫燃料推进剂一起包括在反应室50中的推进剂52的烟火推进剂组分包括在常规烟火式充气机中实施的任何固体烟火推进剂，比如硝基胍、硝化纤维素和硝酸胍烟火推进剂。这些固体烟火推进剂可包括各种形状和尺寸，比如粒丸、片和环。

反应调节剂可以包括可燃添加剂，其用作有助于改变泡沫燃料推进剂和包括在充气机10中的任何烟火推进剂的反应特性的催化剂。这些反应特性可以例如包括燃烧速率、温度、生成的气体、气体体积等。例如，金属，比如铝、钛、硅、镁及其金属氧化物，以及合金，比如镁铝合金，可以包括在泡沫燃料推进剂中。这些金属反应调节剂可以例如以粒状、片状或粉末状形式添加。也可包括其它反应调节剂，比如氢化硼和炭黑。

泡沫燃料推进剂的燃烧反应需要氧化剂。在图1的示例构造中，除了包含推进剂52之外，反应室50还包含加压的氧化气体。氧化气体可以仅仅是氧，或者可以是包含预定百分比的氧的气体的组合。因此，氧化气体中氧的百分比可高达100％。

有利地，该加压的氧化气体可渗透泡沫并填充开孔和泡沫燃料推进剂的孔周围的任何区域。当泡沫燃料推进剂在燃烧反应中被消耗时，存在行进通过推进剂的火焰前峰。因为氧化气体渗透通过泡沫燃料推进剂的开孔，所以总是存在可供燃烧反应消耗的氧化气体。这有助于确保泡沫燃料推进剂与氧化气体的燃烧反应以高度的可重复性和可靠性以一致且均匀的方式进行。氧化气体在反应室50中的存在不会对推进剂52的任何烟火组分产生负面影响。事实上，氧化剂气体可以改善某些烟火推进剂的反应。

泡沫燃料推进剂的物理特性和机械性质可影响当推进剂52被点燃时产生的燃烧反应的速率和效率。这些物理特性包括泡沫燃料推进剂的密度、孔隙率、可压缩性和硬度。例如，泡沫燃料推进剂的孔隙率有助于确定氧化气体如何容易地渗透或填充泡沫内的开孔。此外，一般而言，随着孔隙率增加，泡沫燃料推进剂的体积内的泡沫表面面积可增加，并且泡沫孔的壁厚会减小。调节泡沫燃料推进剂的密度有助于确定每单位体积推进剂的燃料量。泡沫燃料推进剂的可压缩性有助于确定可以将多少推进剂“挤压”到可用空间，即反应室50中，这也调节泡沫燃料推进剂的有效密度。

由此可理解的是，泡沫燃料推进剂的燃烧速率可通过调节泡沫的孔隙率来控制。这可通过为整个泡沫燃料推进剂块选择合适的孔隙率来实现。替代地，这可以通过沿着反应室50的长度彼此相邻地堆叠不同孔隙率的泡沫件(比如盘)来实现。

调节或平衡这些因素-泡沫燃料推进剂的化学成分和物理特性、以及氧化气体的类型和成分-有助于确定在反应室50中发生的燃烧反应的效率和速率。通过仔细选择和平衡这些因素，充气机10可构造为使得泡沫燃料推进剂的燃烧反应产生在预定的时间量和预定的温度下输送的预定的充气量。这样，充气机10可定尺寸为具有与特定的可充气保护装置相适应的充气流体输送特性，由此其也具有可重复性和可靠性。

除了调节泡沫燃料推进剂的特性之外，还可以调节包含在推进剂52中的烟火推进剂的量。对于将要包含泡沫燃料推进剂、烟火推进剂和氧化气体的特定室尺寸，应保持一定量或比例。例如，随着泡沫燃料推进剂的量的增加，用于烟火材料的空间减少。用于氧化气体的空间也减少，但它是可压缩的，因此可稍微进行调整。然而，应注意的是，气体以极高的压力(比如从5000psi到超过10000psi)储存在压力室80中，反应室50中的氧化气体的压力将相应地具有如其在压力室80中的气体压力的相同值，这是由于爆裂盘64构成在压力室80和反应室50之间的可透气分隔器件，以便在充气机10的非激活状态下平衡爆裂盘64的相对侧的压力。

例如，在泡沫燃料推进剂用作烟火推进剂的助推器的情况下，泡沫燃料推进剂的重量百分比应为约0.25％-15.0％。当烟火推进剂用于改善泡沫燃料推进剂的性能时，泡沫燃料推进剂的重量百分比应为约10％-100％，其中，100％表示全部泡沫的实施方式，而没有添加任何烟火推进剂。泡沫燃料推进剂负载应小于反应室50的体积的70％，尽管这不是严格的要求。

反应室中氧化气体的量应该是过量的氧，即在支持化学计量反应所需的氧量的约110％-150％的范围内的氧。虽然通常情况下反应室中具有过量的氧，但是可以调节反应室中过量的氧的量，以便定制在其中发生的燃烧反应。例如，少于10％的过量的氧是不明智的，因为充气机输出计算通常基于泡沫燃料推进剂的完全消耗，并且10％的过量被认为是确保完全化学计量反应的最小量。大约30％的量的过量的氧可以是提供足够的过量的氧以确保完全反应的标准量。将过量的氧增加至约40％或更多可用于增加充气机输出以满足更积极的输出要求。例如，一种特定的氧化剂气体成分可以是80％的氦气和20％的氧气，其中氧量是与泡沫燃料推进剂进行化学计量反应所需的130％。

从上可知，应理解的是，具有特定构造的充气机，比如图1中所示的充气机，可以被制成为通过简单地改变推进剂52及其组分的化学成分和/或物理特性而不会改变反应室50中用于容纳推进剂的空间的整体尺寸而具有各种充气流体输出特性。因此，可以在需要不同充气机输出特性的不同实施方式中使用单一的充气机构造。为了避免在使用泡沫燃料推进剂来产生不同输出的充气机的制造中的混淆，可通过添加颜料来增强泡沫燃料推进剂，以根据其输出特性对泡沫进行颜色编码。

此外，由于推进剂52的成分，在反应室50中发生的反应的产物也不同。例如，由多烃(polyhydrocarbon)、聚醚、聚酯或聚氨酯制成的泡沫燃料推进剂的副产物主要是二氧化碳和水。然而，除了不同的气体之外，烟火推进剂也可能生成微粒或炉渣，这可能需要包括筛54以用于收集这些副产物。

冲击波和超压爆裂盘破裂

操作中，基本上有两种方式可以打开爆裂盘112，使得充气流体可从充气机10排放到相关的气囊中。在一种方式中，冲击波可产生并且可沿着充气机10的长度传播以撞击爆裂盘112并使爆裂盘112破裂。在另一方式中，爆裂盘112可响应于推进剂52的燃烧(其产生热量和气体，从而在压力室80中产生超压)而破裂。因为充气流体的快速输送对于车辆乘员安全系统会很重要，所以会希望构造充气机10以利用冲击波破裂爆裂盘112。

每当波以流体中的局部声速(优选地以具有高幅值的单个压力前沿的形式)移动或传播时产生冲击波。在充气机10的示例构造中，可由两种情况中的任何一种的发生产生冲击波。首先，冲击波可以由于燃烧或爆炸事件(比如点火器24的致动)而发生。该冲击波在图1中总体上由标记为“A”的箭头表示。其次，冲击波可以由于压力的突然和急剧增加而产生，比如在爆裂盘(比如点火器爆裂盘36(在图1中总体上由标记为“B”的箭头表示)或反应室衬套60的爆裂盘64(在图1中总体上由标记为“C”的箭头表示))破裂时发生的冲击波。

充气机10可构造为响应于致动而产生这些冲击波中的任一者(单独或以任何组合)。为了响应于点火器24的致动而产生冲击波，点火器可定尺寸为使得由致动产生的燃烧事件足够强大以产生所需的通过充气机10的各个室中的流体的波速。为了响应于爆裂盘36、64中的一个或更多个的破裂而产生冲击波，可选择用于构造盘的构造和材料，使得引起破裂事件所需的压力强到足以产生所需的通过充气机10的各个室中的流体的波速。

可以根据使用充气机10的实施方式选择爆裂盘112打开的方式(即，经由冲击波或超压)。例如，在需要相对慢的充气时间的实施方式中，比如乘客前部气囊实施方式，通过压力室80中的超压来破裂爆裂盘112可能是有利的。在需要相对快的充气时间的实施方式中，比如侧碰撞气囊或帘式气囊实施方式，通过产生冲击波来破裂爆裂盘112可能是更有利的。

鉴于上述情况，本领域的技术人员将理解的是，充气机10可构造为提供简单且经济的构造，所述构造可用于提供通过压力室80的可重复且可靠的冲击波传播，以使出口爆裂盘112破裂。可以实现该冲击波生成的一种机制是通过反应室衬套60和充气机壳体12的坐置和固定有所述衬套的部分(即，环形肩部56)的构造和设计。

例如，爆裂盘64可通过其结构构造和材料选择设计成在确定产生冲击波的压力下破裂。例如，这可以通过选择爆裂盘64的厚度以及爆裂盘被构造为沿着发生破裂的刻痕线的深度来完成。此外，肩部56可构造为减小爆裂盘64的直径，这将增加其强度以及因此其发生破裂的压力。通过这些方法，充气机10可构造为以一致且可靠的方式产生冲击波。

有利地，具有开孔构型并且填充有一种或更多种气体的泡沫燃料组分在推进剂52中的存在不会阻碍冲击波的传播。这很重要，因为迄今为止，实施冲击波爆裂盘破裂的充气机设计都需要通过流体(气体)介质的无阻碍路径以便起作用。认识到占据反应室50中的大部分体积的是氧化气体，并且泡沫燃料推进剂是被氧化气体包围的低质量、薄壁结构，泡沫将经历压缩并以非常类似于气体的方式传播冲击波，因此不会产生任何显著的冲击波强度损耗。由于泡沫具有开孔构造，因此氧化气体在整个反应室50中渗透并连续。因此，当传播通过连续体积的气体和定位在其中的孔壁时，冲击波的传播不会像从气体转移到孔壁以及从孔壁转移到气体那样地进行。

充气机10可具有不影响充气机的操作特性的各种替代构造。可在充气机10中实施的构造变型的示例在图2A-图15中示出。在这些图中，与图1中使用的附图标记相同的附图标记将用于标识图2A-图15中的对应部件。因此，例如，图2A-图15中的任一者中的充气机总是被标识为“充气机10”。在图2A-图15中将使用独特的附图标记来标识这些图所特有的任何结构。在这些示例构造中，主要差异集中在推进剂52的构造和成分上。充气机中也存在一些结构差异，但这些差异主要是为了适应不同的推进剂52而实施的。

作为唯一的气体生成源的泡沫燃料推进剂

图2A-图6示出了充气机10的示例构造，其中，推进剂52包括作为存储在反应室50中的唯一气体生成组分的泡沫燃料推进剂140。图2A-图2C示出了充气机10的示例构造，其中，反应室50定尺寸为允许泡沫燃料推进剂140(例如，在尺寸、形状、体积等方面)被构造为用于根据所需的性能规格定制充气机的输出。如以下描述的，这些图还示出了也可实施的某些部件构造和构造选择。

参照图2A，泡沫燃料推进剂140构造为在反应室50中在推进剂和筛54之间留出轴向空间120。筛54的目的是从推进剂52的推进剂组分中收集/捕获炉渣和其它反应产物，特别是在烟火推进剂的情况下。然而，图2A的示例构造中的推进剂52不包括任何烟火组分。然而，图2A中的筛54的存在是用于收集/捕获来自图2A的示例构造中呈现的推进剂52的推进剂组分的炉渣和其它反应产物，但是也用于示出充气机10可以被构造为允许调节或改变推进剂52的成分，甚至添加烟火组分。

此外，图2A中所示的充气机10包括定位在爆裂盘支撑件34和泡沫燃料推进剂140之间的可选间隔件122。间隔件122具有环形构造并围绕爆裂盘36，从而在爆裂盘和泡沫燃料推进剂140之间形成轴向空间124。在该构造中，泡沫燃料推进剂140可以具有大致圆柱形的构造，并且由于空隙，可以是没有或基本上没有轴向压缩。

图2A的示例构造还表明泡沫燃料推进剂140的尺寸和形状可以定制成在充气机10中提供所需的气体生成特性，其中，其余组分是相同的。在该示例充气机构造中，可通过增加泡沫燃料推进剂140的尺寸/体积来增加充气机10的输出，例如通过增加其长度。类似地，通过减小泡沫燃料推进剂140的尺寸/体积，例如通过减小其长度，可以减小充气机10的输出。反应室50的体积允许包含一定体积的足以支撑推进剂52的燃烧的氧化气体(例如，氧)。

此外，在图2A的示例构造中，反应室衬套60具有与图1的衬套的构造不同的构造。具体而言，反应室衬套60包括圆柱形、杯形的端部部分126，其替代图1中的衬套的圆顶端部64。端部部分126具有圆形端部表面，所述圆形端部表面包括用作爆裂盘128的可破裂部分。有利地，端部部分126的构造可有效地增加由其破裂生成的冲击波的鲁棒性，这至少部分地归因于由端部部分产生的反应室50的体积的增加。

图2B的充气机10的示例构造类似于图2A的充气机构造。参照图2B，省略了间隔件，因此泡沫燃料推进剂140抵接爆裂盘支撑件34。如图2B中所示，泡沫燃料推进剂140可以符合爆裂盘支撑件34的形状(或者通过使推进剂成形为匹配爆裂盘支撑件的轮廓或者通过将泡沫燃料推进剂压靠在支撑件上使得它由于泡沫的变形而符合)。例如，在图2B的示例构造中，泡沫燃料推进剂140可以在形状上是圆柱形的并且被压入反应室50中，以便与限定室的结构(比如爆裂盘支撑件34)相符合。

图2B的充气机10的示例构造也省略了筛，并且反应室衬套60的形状恢复到图1的构造。省略筛可以使充气机10具有泡沫燃料推进剂特定构造。再次，泡沫燃料推进剂140的物理构造、壳体12的尺寸和反应室衬套60的形状都有助于反应室50的体积和因此的气体存储容量。此外，如图2B中所示，压力室80的尺寸(例如，直径)可增加，以提供存储的气体容量的对应增加。

图2C的充气机10的示例构造类似于图2B的充气机构造，其具有以下修改。筛54包括在图2C的示例构造中，并且泡沫燃料推进剂140构造为填充反应室50。泡沫燃料推进剂140抵接爆裂盘支撑件34和筛54两者。泡沫燃料推进剂140可以是在筛54和爆裂盘支撑件34之间被压缩的圆柱形块，或者它可以构造为使得其相对的端部部分定轮廓成与其各自的抵接结构匹配。

图3A-图3B示出了充气机10的示例构造，其中，泡沫燃料推进剂140构造为包括轴向孔130。在图3A的示例构造中，泡沫燃料推进剂140具有相对大直径的轴向地延伸的中心孔130，所述中心孔130构造为使得推进剂52的环形环状端部部分132抵接并与爆裂盘支撑件34的环形肩部134配合。图3A的示例构造包括上面参照图2A描述的筛54和大体积反应室衬套60。然而，如图3B中所示，可省略筛54并且反应室衬套60可以具有替代构造。

在图3B的示例构造中，中心孔130具有小于图3A的构造的直径的较小直径，因此泡沫燃料推进剂140的体积增加。泡沫燃料推进剂140的端部部分132与环形肩部134的轮廓和爆裂盘支撑件34的相邻部分抵接并且符合。因此可以看出，图3A和图3B的示例充气机构造允许泡沫燃料推进剂140的体积以两种方式(即，通过增加或减少推进剂的长度或通过增加或减小中心孔130的直径)定制。还要注意的是，对于图3A和图3B的充气机10，压力室80可具有选择为提供所需的存储的气体容量的直径。

有利地，泡沫燃料推进剂140中的中心孔130在推进剂块内提供其中可以发生燃烧的空间。图3A和图3B的构造的泡沫燃料推进剂140可因此以外-内和内-外的方式发生。在使用任何类型的冲击波的情况下，实际上，如上所述的，具有开孔构型的泡沫燃料组分并不意味着冲击波强度的任何显著损耗。尽管如此，使用图3A和3B的构造的中心孔130作为一种通道可能是有利的，在所述通道中，由图3A中标记有“A”和“B”的箭头表示的冲击波可以通过不使用泡沫燃料推进剂140作为一种传输介质而传播通过“仅气体”，从而传播通过充气机10。

图4A-图4C示出了充气机10的示例构造，其在结构上类似于前述构造，差异在于泡沫燃料推进剂140的构造。在图4A-图4C的示例构造中，代替是单一体积或块的泡沫燃料材料的泡沫燃料推进剂140，泡沫燃料推进剂由多个较小的泡沫燃料块或本体构成。构成泡沫燃料推进剂140的泡沫本体可均匀定形状和尺寸，或者可以在形状、尺寸或者形状和尺寸两者上变化。尽管在图4A-图4C中示意性地示出为圆形/球形和矩形/立方形，泡沫燃料推进剂140可具有一个或更多个任何所需的形状，无论是规则的和均匀的或不规则的和不均匀的。

图4A-图4C中所示的泡沫燃料推进剂140的泡沫本体的数量、尺寸、分布和密度仅用于示例的目的，并不表示泡沫本体的实际数量、尺寸、分布和密度，其可根据各种因素而广泛变化。该多个泡沫燃料推进剂本体构造的一个潜在益处是多个泡沫本体增加了泡沫本体的表面面积，这可以改善泡沫燃料推进剂140的燃烧速率。例如，与单块的泡沫燃料推进剂140的更均匀的外-内或前向后燃烧相比，这可以允许该多个泡沫本体的更同时的外-内燃烧。

具有构成泡沫燃料推进剂140的多个泡沫本体的另一潜在益处是它们可由不同的泡沫燃料材料形成，因此允许调节泡沫燃料推进剂的燃烧特性。例如，一种泡沫燃料推进剂材料可具有比其它材料更好的气体生成性质，而另一种泡沫燃料推进剂材料可具有比其它材料更好的热生成性质。这些泡沫燃料推进剂材料可以以所需的量混合，以为充气机10提供所需的气体生成特性。在该情况下，由不同的泡沫燃料推进剂制成的泡沫本体可通过独特的形状和/或颜色来标识。

图4A的充气机10构型类似于图2A和图3A的充气机，包括具有所示构造的筛54和反应室衬套60。图4B的充气机10构型类似于图2B和3B的充气机，省略了筛并且包括具有所示构造的反应室衬套60。图4C的充气机10是一种稍微独特的构型，因为它省略了反应室衬套并且包括用于支撑泡沫燃料推进剂140的筛54。

图5A-图5C示出了充气机10的示例构造，其在结构上类似于前述构造，差异在于泡沫燃料推进剂140的构造。在图5A-图5C的示例构造中，代替的是泡沫燃料推进剂140完全填充反应室50，并且在一些构造中，不止完全填充反应室。图5A-图5C中所示的充气机10的示例构造因此代表高负载的泡沫燃料推进剂140，从而使得这些构造适用于需要大体积气体生成的实施方式。例如，这可能是有乘客前部气囊的情况，所述乘客前部气囊需要大体积构型，以占据仪表板/风挡与车辆的乘客侧的前座乘员之间的较大空间量。

参照图5A，泡沫燃料推进剂140填充充气机的整个反应室50并延伸穿过由环形肩部56形成的狭窄部并进入压力室80。虽然示出为终止于压力室80内，但泡沫燃料推进剂140可在压力室内占据更大的体积，直至并包括填充整个压力室。参照图5B，泡沫燃料推进剂140填充充气机的整个反应室50并部分地延伸到由环形肩部56形成的狭窄部中，并在其中终止。

图5C中所示的示例构造类似于图5B中所示的示例构造，其中泡沫燃料推进剂140填充充气机的整个反应室50并且部分地延伸到由环形肩部56形成的狭窄部中，并在其中终止。参照图5C，充气机10包括反应室衬套60。因此，在该特定构造中，泡沫燃料推进剂140填充反应室50，从爆裂盘支撑件34填充到反应室衬套60。

测试表明，泡沫燃料推进剂140的存在不会显著阻碍冲击波通过充气机壳体12的传播。因此，泡沫燃料推进剂140在反应室50中、在压力室80中、或在反应室和压力室两者中的存在不会干扰冲击波通过室的传播。冲击波可以行进穿过泡沫燃料推进剂140而不会损失任何强度。在这些和其它构造中，泡沫燃料推进剂可用作将冲击波传递通过充气机的物理构件。

图6示出了充气机10的示例构造，其包括上述其它示例构造的某些元件。具体而言，图6中所示的充气机10包括泡沫燃料推进剂140，其延伸反应室50的长度，即从爆裂盘支撑件34(环形肩部134)到反应室衬套60，并且具有多个轴向地延伸的孔130。

有利地，泡沫燃料推进剂140中的孔130在推进剂块内提供其中可发生燃烧的空间。因此，图6的示例构造的泡沫燃料推进剂140可以以外-内和内-外的方式发生。通过图6的示例构造的泡沫燃料推进剂140的孔130可在数量和尺寸/直径方面变化，以产生期望的性能特性。例如，可以选择孔130的尺寸和/或数量，使得泡沫燃料推进剂140的块足以生成所需量的燃烧产物(热和充气流体)。此外，还可以选择孔130的尺寸和/或数量以控制泡沫燃料推进剂140的表面面积，以帮助控制推进剂的燃烧速率。

图2A-图6示出了充气机10的构造，其中仅通过燃烧反应在反应室50中生成充气流体。因此，在这些构造中，泡沫燃料推进剂140是反应室50中的唯一燃料，并且氧气——无论是纯的还是气体混合物的组分——是唯一的氧化剂。由于氧可渗透整个泡沫燃料推进剂140，因此燃烧反应可非常有效地发生。通过向反应室50填充足以产生化学计量燃烧反应的氧量，可确保泡沫燃料推进剂140的完全和有效燃烧。由于实现化学计量反应比较难，因此可以提供略微超过理论上化学计量的氧量。

有利地，泡沫燃料推进剂140可具有比其它燃料大得多的能量容量或密度，并且因此与其它气体生成材料相比可提供高性能。例如，当与常规的烟火推进剂相比时，泡沫燃料推进剂140可以提供高能量/性能替代因子(energy/performance replacement factor)。

在本说明书中，“能量/性能替代因子”是指替代另一种推进剂的能量和气体生成性能所需的一种推进剂的量。例如，提供能量/性能替代因子1:10的泡沫燃料推进剂意味着1g泡沫燃料推进剂可替代/代替10g烟火推进剂，同时保持相当的充气机性能。例如，由常规推进剂燃烧产生的能量可为约2-3kJ/g。在一个特定示例中，硝酸胍烟火推进剂(连同氧化剂)可具有约2.8kJ/g的能量密度。典型的开孔泡沫燃料推进剂的能量密度可近似为20-40kJ/g(不包括氧气的质量)。在该示例中，泡沫燃料推进剂的能量密度是常规烟火推进剂的能量密度的约7-14倍。

作为烟火推进剂的助推器的泡沫燃料推进剂

图7A和图7B示出了充气机10的示例构造，其中，除了泡沫燃料推进剂140之外，使用烟火推进剂150来生成气体/充气流体。在图7A的示例构造中，泡沫燃料推进剂140包括抵接爆裂盘支撑件34的端部部分152以及在中心轴向地延伸的圆柱形延伸部154，所述圆柱形延伸部154基本上延伸反应室的长度，终止于反应室衬套60处或其附近。在图7A的示例构造中，烟火推进剂150包括布置成轴向地延伸的堆叠的多个环形盘，其中泡沫燃料推进剂140的延伸部154延伸穿过这些盘的轴向地对齐的中心孔。

图7B的示例构造类似于图7A的示例构造。在图7B的示例构造中，泡沫燃料推进剂140包括与第一端部部分152相对的第二端部部分156。延伸部154从第一端部部分152延伸到第二端部部分156，其中，烟火推进剂环150在端部部分152、156之间堆叠在延伸部154上。

如前所述，泡沫燃料推进剂140是非烟火的，因此需要氧化剂，在这种情况下，氧化剂是比如氧或包含氧的气体混合物的氧化气体。如其它构造一样，该氧化气体可以填充反应室50内的空的空间，包括泡沫燃料推进剂140的开孔。烟火推进剂150是包含燃料和氧化剂两者的化学成分。当点燃时，烟火推进剂150进行自持化学反应，其不需要氧气。

有利地，图7A和图7B的示例构造中的泡沫燃料推进剂140用作助推装填物(booster charge)，其促进烟火材料的点燃和快速反应。泡沫燃料推进剂与氧气的燃烧具有高反应性并且易于引发和维持。由于烟火推进剂150的化学反应速率随着热量而增加，因此泡沫燃料推进剂140的包含和其进行的燃烧反应加热反应室50和存储在其中的材料(包括烟火推进剂150)。该添加的热量增加或“助推”烟火推进剂150的反应速率，从而可改善充气机10的气体生成特性。

图7A和图7B的示例构造因此包括两种不同的气体生成材料。通过仔细选择和构造这两种气体生成材料，可以加强或改善充气机10的性能。例如，泡沫燃料推进剂140可用作气体生成材料并且还可以用作助推装填物，其有助于点燃烟火推进剂150。泡沫燃料推进剂140与反应室50中的储存的氧化气体的燃烧反应可生成热和充气流体，其中由反应产生的热量有助于点燃烟火气体生成环150并促进所得的反应。

图8A和图8B示出了充气机10的示例构造，其类似于图7A和图7B的构造。图8A和图8B中的充气机10的基本操作原理与图7A和图7B中的充气机的基本操作原理相同，即泡沫燃料推进剂140产生热和充气流体形式的燃烧产物，并且热量帮助点燃烟火推进剂150并促进气体生成环以及促进所得的反应。

图7A和7B的示例构造与图8A和8B是示例构造之间的差异在结构方面。更具体而言，这些示例构造之间的差异主要在于(如果不是仅在于的话)泡沫燃料推进剂140和烟火推进剂150的构造。在图8A和8B的示例构造中，充气机10的泡沫燃料推进剂140包括多个泡沫燃料推进剂间隔件160。在这些构造中，泡沫燃料推进剂间隔件160定位在每对相邻的烟火推进剂环150之间。

在图8A的示例构造中，从泡沫燃料推进剂140中省略了中心延伸部。多个烟火环150和泡沫燃料推进剂间隔件160以交替方式堆叠在泡沫燃料推进剂140的第一端部件152上。堆叠可填充或基本上填充反应室50或其任何所需部分。在图8A的示例构造中，堆叠从爆裂盘支撑件34延伸到反应室衬套60。

在图8A的示例构造中，泡沫燃料推进剂间隔件160是盘状的。泡沫燃料推进剂间隔件160中的一个形成堆叠的末端，因此用作泡沫燃料推进剂140的第二端部件156。在这个意义上，第一端部件152也可以被认为是间隔件160。

在图8B的示例构造中，泡沫燃料推进剂间隔件160可包括各自的中心延伸部162，其具有选定的长度以填充烟火环150中的中心开口。多个烟火环150和泡沫燃料推进剂间隔件160以交替的方式堆叠在泡沫燃料推进剂140的第一端部件152上，其中，各个延伸部填充堆叠中相邻的烟火环150中的开口。堆叠可填充或基本上填充反应室50或其任何所需部分。在图8B的示例构造中，堆叠从爆裂盘支撑件34延伸到反应室衬套60。在图8B的示例构造中，泡沫燃料推进剂间隔件160中的一个形成堆叠的末端，因此用作泡沫燃料推进剂140的第二端部件156。在这个意义上，第一端部件152也可以被认为是间隔件160并且包括延伸部162。

图8A和图8B的示例构造因此包括两种不同的气体生成材料。通过仔细选择和构造这两种气体生成材料，可以加强或改善充气机10的性能。例如，泡沫燃料推进剂140可用作气体生成材料并且还可以用作助推装填物，其有助于点燃烟火推进剂150。泡沫燃料推进剂140与反应室50中的储存的氧化气体的燃烧反应可生成热和充气流体，其中，由反应产生的热量有助于点燃烟火气体生成环150并促进所得的反应。

在推进剂环150(图8A和8B)之间延伸并且通过环中的中心开口(仅图8B)的间隔件160可帮助改善泡沫燃料推进剂140的燃烧点燃烟火推进剂环150的效率。间隔件160另外可以用于帮助防止烟火环150在充气机10内部发出嘎嘎声。

图9A和图9B示出了充气机10的示例构造，其包括上述其它示例构造的某些元件。具体而言，图9A和9B中所示的充气机10包括泡沫燃料推进剂140，其延伸反应室50的长度，即从爆裂盘支撑件34延伸到反应室衬套60，并且具有多个轴向地延伸的孔130。

图9A和图9B中的充气机10的基本操作原理与图7A-图8B中的充气机的基本操作原理相同，即泡沫燃料推进剂140产生热和充气流体形式的燃烧产物，并且该热有助于点燃烟火推进剂150并促进气体生成环以及促进所得的反应。再次，与图9A和9B的示例构造的差异是结构性的。更具体而言，这些示例构造之间的差异主要在于(如果不是仅在于的话)泡沫燃料推进剂140和烟火推进剂150的构造。

在图9A和9B的示例构造中，除了泡沫燃料推进剂140之外，充气机10还包括烟火推进剂150，其生成热和充气流体。烟火推进剂150以多个粒丸的形式提供，其被放置或堆叠在泡沫燃料推进剂140中的孔130内。如图所示，烟火推进剂粒丸150通常在形式上可以是扁平的和圆柱形的。粒丸150可定尺寸以与圆柱形孔130形成干涉，使得泡沫燃料推进剂140稍微变形并将粒丸保持就位以及保持粒丸之间所需的空隙量。

替代地，烟火推进剂粒丸150可形成有球形端表面或突起(未示出)，以保持粒丸之间的空隙。作为另一替代方案，代替粒丸，烟火推进剂150可以是挤出块，例如挤出的圆柱形块，其定尺寸为配装在孔130内。作为另一示例，烟火推进剂150的挤出块可包括轴向地延伸的肋部，以增加推进剂的表面面积。

图9A和9B的示例构造因此包括两种不同的气体生成材料。通过仔细选择和构造这两种气体生成材料，可以加强或改善充气机10的性能。例如，泡沫燃料推进剂140可用作气体生成材料并且还可以用作助推装填物，其有助于点燃烟火推进剂150。泡沫燃料推进剂140与反应室50中的储存的氧化气体的燃烧反应可生成热和充气流体，其中由反应产生的热量有助于点燃烟火气体生成环150并促进所得的反应。

图10示出了充气机10的示例构造，其包括上述示例构造的某些元件。具体而言，图10中所示的充气机10包括泡沫燃料推进剂140和烟火推进剂150，两者都由多个较小的推进剂块或本体构成。构成泡沫燃料推进剂140的泡沫和烟火本体可均匀地定形状和尺寸，或者可以在形状、尺寸或形状和尺寸两者上变化。

图10中的充气机10的基本操作原理与图7A-图9B中的充气机的基本操作原理相同，即泡沫燃料推进剂140产生热和充气流体形式的燃烧产物，并且热量有助于点燃烟火推进剂150并促进气体生成环以及促进所得的反应。再次，与图10的示例构造的差异是结构上的。

图10中所示的泡沫燃料推进剂140本体和烟火推进剂150本体的数量、尺寸、分布和密度仅用于示例的目的，并不表示本体的实际的数量、尺寸、分布和密度，其可根据各种因素而广泛变化。该多个推进剂本体构造的一个潜在益处是该多个本体增加了相应推进剂的表面面积，这可以改善它们各自的燃烧速率。例如，与单块的推进剂的更均匀的外-内或前向后燃烧相比，这可允许推进剂本体更同时的外-内燃烧。

用作促进烟火推进剂150本体的反应的助推器，混合泡沫燃料推进剂140允许由其燃烧产生的热量分布在整个反应室50中。

图11A-图11C示出了充气机10的示例构造，其中添加剂嵌入在泡沫燃料推进剂140中。添加剂可以是烟火推进剂150、反应调节剂170、或烟火推进剂和反应调节剂两者。反应调节剂170可以是例如催化剂或燃烧速率调节剂。可用作催化剂/燃烧速率调节剂的材料的示例是金属(比如粉末铝)、金属氧化物(比如氧化铜)、氢化硼、炭黑或其组合。

图11A-图11C的示例构造中的唯一差异与充气机部件的结构和烟火推进剂150、添加剂170以及泡沫的烟火本体52的尺寸有关。在图11A中，充气机10包括筛54和反应室衬套60。在该构造中，筛54可帮助收集由于任何反应调节剂170的燃烧而形成的炉渣。在图11B中，充气机10仅包括反应室衬套60。在图11C中，充气机10既不包括筛也不包括反应室衬套。

泡沫燃料推进剂140是非烟火的，因此需要氧化剂，在这种情况下，氧化剂是比如氧或包含氧的气体混合物等氧化气体。金属添加剂也可能需要氧化剂。正如其它构造一样，该氧化气体可以填充反应室50内的空的空间，包括泡沫燃料推进剂140的开孔。

图11A-图11C的示例构造因此包括至少两种不同的气体生成材料。通过这些气体生成材料的仔细选择和构造，可以加强或改善充气机10的性能。例如，泡沫燃料推进剂140可用作气体生成材料，并且还可用作助推装填物，其有助于点燃和促进烟火推进剂150的反应。反应调节剂170可有助于强化或促进泡沫燃料推进剂140的点燃特性，特别是在泡沫用于点燃和助推烟火推进剂150的情况下。

图12A和12B示出了充气机10的示例构造，其包括上述示例构造的某些元件。具体而言，图12A和12B中所示的充气机10包括泡沫燃料推进剂140和烟火推进剂150的组合。在图12A和12B的构造中，泡沫燃料推进剂140构造为在反应室50内留下至少部分地由泡沫界定的空间172。在图12A中，空间172在相对端处由泡沫燃料推进剂140界定。在图12B中，空间172被泡沫燃料推进剂140包围。

烟火推进剂150以定位在空间172内的多个粒丸的形式提供。烟火推进剂粒丸150可以以有序的方式放置在空间172中，例如堆叠，或者可以随机放置在空间中，如图所示，以填充空间。如图所示，烟火推进剂粒丸150通常在形式上可以是扁平的和圆柱形的。然而，粒丸150可以具有替代构造，比如球形、立方形、多面体等。

图12A和12B的示例构造因此包括两种不同的气体生成材料。通过仔细选择和构造这两种气体生成材料，可以加强或改善充气机10的性能。例如，泡沫燃料推进剂140可用作气体生成材料并且还可以用作助推装填物，其有助于点燃烟火推进剂150。实际上，定位在引发器附近的泡沫燃料推进剂140理想地定位成助推烟火推进剂150的点燃。泡沫燃料推进剂140与反应室50中存储的氧化气体的燃烧反应可生成气体，而由反应生成的热量可帮助点燃和促进/维持烟火粒丸150的反应。

图13示出了充气机10的替代构型。图13的充气机10类似于前述构造，因为它包括反应室50和压力室80。在图13的示例构造中，反应室50和压力室80由常规的爆裂盘180和爆裂盘支撑件182分隔。在该构造中省略了反应室衬套，而筛54重新定位到充气机10的与爆裂盘112和扩散器104相邻的出口部分100。

因此，图13的充气机10代表混合式充气机，其中反应室50和压力室80关于气密性彼此隔离，这意味着它们能够存储一种或更多种在压力下的气体。换言之，反应室50和压力室80可各自靠自己封闭在一定压力下的气体。由此，进一步可能的是，每个腔室50、80可封闭其自身类型的气体或气体混合物，这些气体或气体混合物可彼此不同。在该混合式充气机构造中，推进剂52可具有本文所述的任何成分，因此可包括一种或更多种泡沫燃料推进剂、一种或更多种烟火推进剂、以及任何组合的一种或更多种反应调节剂。存储在反应室50和压力室80中的气体也可具有本文描述的任何成分。

图14A-图14D示出了泡沫燃料推进剂140的不同构造，其可以以本文公开的构造中任一个实施。本领域的技术人员应理解的是，这些泡沫燃料推进剂构造中的一些可以比其它构造更容易适应某些充气机构造。

参照图14A，泡沫燃料推进剂140可以是开孔泡沫块，如在迄今为止的充气机10的构造所示。作为开孔泡沫块的泡沫燃料推进剂140包括由形成孔壁的泡沫聚合物材料(例如，聚丙烯、聚氨酯等)的非常薄的层限定的气袋。由于它们的开孔构造/构型，这些气袋中的大多数彼此流体连通，并且流体可基本上自由地流过泡沫，从而从一个孔移动到另一孔。在该开孔泡沫构造中，泡沫中的所有或大致所有孔可直接地或间接地彼此流体连接。

参照图14B，泡沫燃料推进剂140形成为挤出件，其中泡沫聚合物形成均匀结构，比如矩阵或蜂窝结构。在矩阵结构中，具有矩形或方形截面的多个小通道190被挤压成泡沫块并沿其长度延伸。在蜂窝结构中，那些通道190具有例如六边形截面。在该构造中，需要注意的是，通道190本身的侧壁由开孔泡沫聚合物材料形成。因此，气体可以渗透并穿过泡沫燃料推进剂140的挤出块的侧壁和外壁192。

参照图14C，泡沫燃料推进剂140形成为开孔泡沫聚合物材料的片材194，其卷绕以形成泡沫聚合物卷196。如图14C中所示，泡沫聚合物片材194可具有从一个或两个表面延伸的一系列突起198，所述突起198用于使片材194的叠加层间隔开，以便在层之间产生空间，气体可聚集在该空间中。此外，由于片材194本身由开孔聚合物泡沫形成，所以气体也可渗透片材194并在泡沫聚合物卷196中从一层通过到另一层。

参照图14D，泡沫燃料推进剂140以堆叠200实施，其中泡沫聚合物推进剂的各个独立的块段或块202与箔(比如塑料箔或金属箔)层204交替地堆叠。塑料箔204可例如由非泡沫的、即固体的聚合物(比如与起泡以形成泡沫块段202的相同的聚合物或不同于用于形成块段的聚合物的聚合物)形成。金属箔204可以是例如薄铝箔。在该构造中，箔层204可以通过减慢燃烧反应在整个泡沫推进剂块段202中的传播来影响(即，减慢)泡沫燃料推进剂140的燃烧速率。因此，通过选择箔层204的数量、厚度、材料等以及泡沫燃料推进剂块段202的泡沫性质(材料、孔尺寸、孔壁厚)，堆叠200的燃烧速率作为整体可定制，以满足特定的设计标准。

图15示出了充气机10的构型，其可以以任何构造实施，其中反应室50和压力室80之间没有分隔。在该情况下，充气机10省略了反应室衬套和任何其它室分隔结构，因此在反应室50和压力室80之间不需要环形肩部。因此，壳体12可沿着充气机10的这些部分是均匀的和圆柱形的。

在该构造中，与在反应室和压力室80之间没有分隔的其它构造一样，存储在充气机中的气体可以是一种或更多种氧化气体(即，包含氧)和一种或更多种惰性气体(例如，氦气、氩气或氦气和氩气的混合物)的混合物。当然，气体混合物必须包含足够的氧以支撑泡沫燃料推进剂的燃烧。这样，可以简化的结构获得利用泡沫燃料推进剂140来加热和加压包含惰性组分的气体混合物的混合式充气机10。

此外，在图15的示例构造中，泡沫燃料推进剂140被示出为推进剂52的唯一组分。然而，推进剂52可具有本文所述的任何成分，因此可以任何组合包括一种或更多种泡沫燃料推进剂、一种或更多种烟火推进剂、以及一种或更多种反应调节剂。存储在反应室50和压力室80中的气体也可以具有本文描述的任何成分，记住的是这些室之间没有分隔。

从以上对本发明的描述中，本领域的技术人员将认识到对本发明的应用、改善、改变和修改。本领域技术范围内的这些应用、改善、改变和修改旨在由所附权利要求覆盖。

Claims (36)

1.一种充气机，其能够致动以提供充气流体以用于使可充气的车辆乘员保护装置充气，所述充气机包括壳体，所述壳体限定了：

用于容纳一定体积的存储的气体的压力室，所述存储的气体以至少5000psi的压力存储在所述压力室中；以及

用于容纳推进剂和氧气或包含氧气的气体混合物形式的气体氧化剂的反应室，所述推进剂能够点燃以经历产生反应产物的反应，所述反应产物包括热量以及与所述存储的气体混合以产生充气流体的混合物的气体，所述充气机被构造为排放所述充气流体以使保护装置充气，

其中，所述推进剂包括开孔泡沫燃料推进剂，所述反应包括燃烧反应，在燃烧反应中，泡沫燃料推进剂与所述气体氧化剂反应，以产生热量以及与所述存储的气体混合的气体反应产物，其中，氧气在支持化学计量燃烧反应所需的氧量的110％至150％的范围内。

2.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述推进剂进一步包括包含化学成分的烟火推进剂，所述反应进一步包括自持化学反应，在自持化学反应中，所述化学成分的燃料组分与所述化学成分的氧化剂组分反应，以产生热量以及与所述存储的气体混合的气体反应产物。

3.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括泡沫多烃、碳氢化合物或聚烯烃材料。

4.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括聚醚、聚酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯材料中的至少一者。

5.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述推进剂进一步包括反应调节剂，所述反应调节剂包括氢化硼、炭黑以及为粒状、片状和粉末状形式中的至少一种的铝、钛、硅、镁、铝金属氧化物、钛金属氧化物、硅金属氧化物、镁金属氧化物、铝合金、钛合金、硅合金、镁合金、镁铝合金中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述反应室和所述压力室由第一封闭构件分隔开，所述第一封闭构件能够响应于所述充气机的致动而破裂，以允许由推进剂产生的反应产物与所述压力室中的存储的气体混合。

7.根据权利要求6所述的充气机，进一步包括点火器，其能够致动以点燃所述反应室中的推进剂，所述点火器被构造为在被致动时产生冲击波，并且其中，所述反应室中的泡沫燃料推进剂被构造为允许冲击波传播通过所述反应室而没有强度的显著损耗，冲击波作用于使所述反应室与所述压力室分隔开的所述第一封闭构件并使其破裂，从而允许反应产物进入压力室并与存储的气体混合。

8.根据权利要求7所述的充气机，进一步包括定位在所述压力室的与所述第一封闭构件相对的端部处的充气机出口部分、以及封闭充气机出口的第二封闭构件，其中，由所述点火器的致动产生的冲击波构造为在使所述第一封闭构件破裂之后也传播通过所述压力室并使所述第二封闭构件破裂。

9.根据权利要求6所述的充气机，进一步包括定位在所述压力室的与所述第一封闭构件相对的端部处的充气机出口部分、以及封闭充气机出口的第二封闭构件，其中，所述第一封闭构件构造为响应于破裂而产生冲击波，通过所述第一封闭构件的破裂产生的冲击波传播通过所述压力室并使所述第二封闭构件破裂。

10.根据权利要求6所述的充气机，其中，所述第一封闭构件提供所述反应室与所述压力室之间的可透气密封。

11.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述推进剂仅包括泡沫燃料推进剂。

12.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂在所述充气机的反应室中被压缩，并符合所述反应室中的充气机结构。

13.根据权利要求12所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂不填充整个反应室，并且其中，所述泡沫燃料推进剂通过粘合剂和因所述泡沫在所述反应室内被压缩所产生的摩擦接合中的至少一者在所述反应室中保持就位。

14.根据权利要求11所述的充气机，其中，选择所述泡沫燃料推进剂的体积以定制所述充气机的输出而不用调节所述充气机的结构以适应所选择的体积。

15.根据权利要求11所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂填充所述充气机的整个反应室。

16.根据权利要求11所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括延伸穿过所述泡沫燃料推进剂的一个或更多个孔。

17.根据权利要求11所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括单块泡沫燃料推进剂材料。

18.根据权利要求11所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括多个泡沫燃料推进剂本体。

19.根据权利要求18所述的充气机，其中，不同的泡沫燃料推进剂本体由不同类型的泡沫燃料推进剂材料制成。

20.根据权利要求19所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂本体具有与构成这些本体的泡沫燃料推进剂材料的类型相对应的形状和颜色中的至少一者。

21.根据权利要求1所述的充气机，其中，存储的气体、推进剂和氧化气体在所述充气机中都存储在单个室中，其中，所述存储的气体和所述氧化气体包括包含氧和至少一种惰性气体的气体混合物。

22.根据权利要求2所述的充气机，其中，所述烟火推进剂包括多个烟火推进剂环，这些烟火推进剂环以堆叠构造轴向地布置在所述充气机中。

23.根据权利要求22所述的充气机，其中，所述烟火推进剂环包括对齐的中心开口，所述泡沫燃料推进剂包括延伸穿过所述对齐的中心开口的圆柱形部分。

24.根据权利要求22所述的充气机，其中，所述烟火推进剂环在所述充气机中轴向地彼此间隔开，并且其中，所述泡沫燃料推进剂包括定位在所述烟火推进剂环之间的盘状间隔件。

25.根据权利要求22所述的充气机，其中，所述烟火推进剂环在所述充气机中轴向地彼此间隔开并包括对齐的中心开口，并且其中，所述泡沫燃料推进剂包括定位在所述烟火推进剂环之间的盘状间隔件以及延伸穿过所述对齐的中心开口的圆柱形部分。

26.根据权利要求2所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括延伸穿过所述泡沫燃料推进剂的一个或更多个孔，并且其中，所述烟火推进剂包括通过过盈配合支撑在所述孔中的多个烟火推进剂片，其中，所述片使限定所述孔的泡沫燃料推进剂壁变形。

27.根据权利要求2所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括多个泡沫燃料推进剂本体，并且所述烟火推进剂包括多个烟火推进剂本体，其中，所述泡沫燃料推进剂本体和所述烟火推进剂本体在所述充气机中以混合物形式布置。

28.根据权利要求2所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂包括泡沫燃料推进剂的本体，并且所述烟火推进剂包括嵌入在所述泡沫燃料推进剂中的多个烟火推进剂本体。

29.根据权利要求2所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂在所述充气机内限定了用于容纳所述烟火推进剂的空间，其中，所述烟火推进剂包括支撑在所述空间中的多个烟火推进剂片。

30.根据权利要求29所述的充气机，其中，所述烟火推进剂片填充所述空间。

31.根据权利要求29所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂限定所述空间的所有侧，从而包围支撑在所述空间中的烟火推进剂片。

32.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂形成为挤出件，其中泡沫聚合物形成限定沿其长度延伸的多个小的挤出通道的矩阵或蜂窝结构形式的均匀结构。

33.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂形成为开孔泡沫聚合物材料的片材，其卷绕以形成泡沫聚合物卷。

34.根据权利要求33所述的充气机，其中，泡沫聚合物片材包括从片材的一个表面或两个表面延伸的用于使片材的叠加层间隔开的一系列突起，以便在层之间产生空间，气体能够聚集在所述空间中。

35.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂形成为堆叠，其中，泡沫聚合物推进剂的各个块与箔层交替地堆叠，所述箔层影响泡沫燃料推进剂的燃烧速率。

36.根据权利要求1所述的充气机，其中，所述泡沫燃料推进剂形成为若干独立的泡沫聚合物推进剂块的堆叠，其中，这些块具有影响泡沫燃料推进剂的燃烧速率的不同的机械性质或化学性质。

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