CN110582433B - 气体发生器过滤器 - Google Patents

Abstract

一种用于气体发生器的过滤器，包括卷绕的片材，该卷绕的片材对中在轴线上或者作为整体三维打印并且包括多个开口。偏转器与每个开口相关联，用于相对于轴线在非径向方向上引导充气流体。

Description

气体发生器过滤器

相关申请

本申请要求2017年2月16日提交的美国临时申请第62/459,660号的权益。

技术领域

本发明总地涉及气体发生器，更具体地，涉及一种过滤器，用于从充气流体中过滤微粒、用于帮助冷却充气流体以及用于引导充气流体的流动路径。

背景技术

提供充气流体以使可充气车辆乘员保护装置充气膨胀的气体发生器是已知的。已知的气体发生器可包括过滤器，充气流体被引导通过该过滤器以从充气流体中去除微粒或帮助冷却充气流体。

发明内容

本发明涉及一种新的改进的气体发生器过滤器，其在例如周向或轴向的非径向方向上引导充气流体。

根据一个方面，用于气体发生器的过滤器包括卷绕的片材，该卷绕的片材对中在轴线上或作为整体三维打印并且包括多个开口。偏转器与每个开口相关联，用于相对于轴线在非径向方向上引导充气流体。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，片材可由多孔金属板网形成。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，可以卷绕片材以形成多个径向层。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，偏转器能以第一布局布置在某第一径向层上，并且能以不同的第二布局布置在第二径向层上。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，第一径向层上的偏转器可具有第一形状，并且第二径向层上的偏转器可以具有与第一形状不同的第二形状。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，偏转器可以围绕轴线周向地引导充气流体。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，偏转器可在大致平行于轴线的方向上轴向地引导充气流体。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，偏转器可具有多边形形状。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，偏转器可具有弯曲的形状。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，过滤器的某第一径向层上的偏转器可邻接过滤器的第二径向层。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，气体发生器可以使车辆乘员保护装置充气，该车辆乘员保护装置包括驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、可充气侧帘、可充气车顶衬垫(headliner)、可充气座椅安全带、可充气膝垫(knee bolster)以及由气囊操作的膝垫中的至少一个。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，每个偏转器可限定出口开口，该出口开口与片材中的相关开口流体连通。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，每个偏转器可在过滤器内部或层之间限定间隙/气室。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，混合式气体发生器可包括过滤器。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，两级烟火式气体发生器可包括过滤器。

根据另一个方面，单独地或与任何其它方面组合，单级烟火式气体发生器可包括过滤器。

从下面的详细描述和附图中将得到本发明的其它目的和优点以及更全面的理解。

附图说明

图1是包括根据本发明的过滤器的设备的示意图。

图2是包括所述过滤器的气体发生器的剖视图。

图3是图2的俯视图。

图4A是根据本发明的示例性过滤器的正视图。

图4B是根据本发明的另一个示例性过滤器的正视图。

图4C-4E示出了用于形成图4B的过滤器的制造步骤。

图5A是图4A的过滤器上的偏转器的放大视图。

图5B-5C是偏转器的替代构造。

图6是处于展开状态的图4B的过滤器的正视图。

图7是处于展开状态的图4B的过滤器的替代构造的正视图。

图8是围绕中心线卷起的过滤器的示意图。

图9是示出了图8的细节9的示意图。

图10-12示出了与本发明的过滤器一起使用的各种安全气囊气体发生器。

具体实施方式

本发明总地涉及气体发生器，更具体地，涉及一种过滤器，用于从充气流体中过滤微粒、用于帮助冷却充气流体以及用于引导充气流体的流动通路。参照图1，用于帮助保护车辆(未示出)的乘员的设备10包括可充气车辆乘员保护装置16。在本发明的所示实施例中，可充气车辆乘员保护装置16包括安全气囊，所述安全气囊可以充气胀出仪表板至仪表板和车辆乘员之间。例如，可充气车辆乘员保护装置16可以是驾驶员侧气囊或乘客侧气囊，驾驶员侧气囊从置于车辆方向盘内的存储状态起可充气，而乘客侧气囊则从置于仪表板内的存储状态起可充气。作为另一个示例，可充气车辆乘员保护装置16可以是可充气侧帘、可充气车顶衬垫、可充气座椅安全带、可充气膝垫或者由气囊操作的膝垫。

设备10包括与可充气车辆乘员保护装置16相关联的气体发生器12。气体发生器12可致动而产生充气流体以使可充气车辆乘员保护装置16充气膨胀。设备10还包括传感器14，用于感测可以期望致动气体发生器12的车辆状况。例如，传感器14可以感测车辆减速。在该示例中，传感器14测量车辆减速的幅度和持续时间。如果减速的幅度和持续时间满足预定阈值水平，传感器14则传送一个信号，或者触发一个信号被传送，以致动气体发生器12。一旦致动，气体发生器12提供充气流体以使可充气车辆乘员保护装置16充气。保护装置16在充气膨胀后有助于保护车辆的乘员。

在所示实施例中，气体发生器12是烟火式气体发生器，其使用气体产生材料的燃烧来产生充气流体。然而，气体发生器12可具有各种替代构造。例如，气体发生器12可以是储气式气体发生器，其包含一定储存量的气体形式的加压充气流体。气体发生器12替代地可包含加压充气流体和用于加热充气流体的可燃材料的组合。作为另一替代形式，气体发生器12可以是用于供应充气介质的任何合适的类型或结构。

气体发生器12的具体构造可以变化。图2示出了气体发生器12的一种可能构造的示例。在图2中，气体发生器12包括基部部段18和扩散器部段20。两个部段18和20通过诸如焊接、螺纹紧固件或铆钉的装置(未示出)连结在一起，并协配以限定内部28。扩散器部段20包括安装凸缘22，用于将气体发生器12固定到车辆和车辆乘员保护装置14。扩散器部段20还包括出口开口26，充气流体可通过出口开口26引导到可充气车辆乘员保护装置16中。

第一燃烧杯30设置在气体发生器12的内部28内。第一燃烧杯30包括外圆筒形壁32和环形顶壁34。第一燃烧杯30有助于限定具有大致圆筒形构造的燃烧室40。燃烧室40装有任何合适类型或构造的气体产生材料35，例如推进剂颗粒。

燃烧室40接配点火器80。点火器80包括壳体82，壳体82支承可燃材料的本体84。壳体82还支承包含少量可燃材料(未示出)的药料的爆管。爆管包括可操作地连接到传感器14(参见图1)的电引线。点火器支架86将点火器80固定到基部部段18。

第二燃烧杯50也设置在气体发生器12的内部28内。第二燃烧杯50包括外筒柱形壁52和环形顶壁54。第二燃烧杯50有助于限定具有大致圆筒形构造的燃烧室60。燃烧室60装有任何合适类型或构造的气体产生材料55，例如用作增压药料的推进剂颗粒。

燃烧室60接配点火器90。点火器90包括壳体92，壳体92支承可燃材料的本体94。壳体92还支承包含少量可燃材料(未示出)的药料的爆管。爆管包括可操作地连接到传感器14(参见图1)的电引线。点火器支架96将点火器90固定到基部部段18。

在内部28中两个燃烧室杯30、50外设有任何合适类型或构造的附加气体产生材料75，例如推进剂颗粒。在工作时，首先致动点火器80，其引起推进剂35的点燃。点燃的推进剂35通过第一燃烧室杯30中的开口(未示出)离开第一燃烧室杯30。离开第一燃烧室杯30的燃烧产物点燃推进剂75，产生朝向开口26流动的充气流体和燃烧产物。如果需要，致动第二点火器90以点燃推进剂55，其产生充气流体和燃烧产物，它们以已知的方式离开第二燃烧室杯50并朝向开口26流动。

充气流体过滤器100围绕燃烧室40、60、邻接基部部段18和扩散器部段20以及出口开口26的径向内部环形地延伸。因此，充气流体在通过出口开口26从气体发生器12排出之前穿过过滤器100。

参照图4A，过滤器100具有大致圆筒形构造并且沿着轴线或中心线112从第一端114延伸到第二端116。过滤器100限定内部或中央通道120，燃烧室40、60和主推进剂75置于其中。

过滤器100可具有各种结构。在一个示例中，过滤器100由片材122构成，片材122由例如碳钢、不锈钢的任何金属或者能够在气囊充气膨胀期间承受高温的其它合适的金属或金属合金、塑料或任何聚合物制成。在一个示例中，片材122由金属板网(多孔金属板)材料形成。替代地，片材122可以由穿孔金属(未示出)形成。片材122可具有约0.10毫米或更大的厚度。片材122可以使用已知的金属加工工艺或三维打印形成。

参照图4C-4E，金属片材122绕其自身卷绕或缠绕，以形成形状为圆筒形的多层。更具体地，金属片材122通过传送器输送到切割刀片，该切割刀片最初刺穿或以其它方式为金属片材提供开口，其示例如图4C中126和图4E。然后，金属片材122可以在一个或多个方向上被拉伸、伸展或扩张，如箭头127所示，直到开口126伸展到期望的尺寸和/或形状。替代地，拉伸/伸展/等步骤被省略。然后，金属片材122围绕中心线112卷绕以形成圆筒形形状，如图4D中总地以131指示。在图4A-4B的示例性构造中，过滤器100包括总地以L1-L4指示的、并且围绕中心线112同心地布置的四个卷绕层。替代地，过滤器可以作为整体三维地打印。

开口126完全延伸穿过片材122，以允许充气流体从中心通道120通过层L1-L4流到过滤器100的外部。每个开口126可具有诸如圆形或椭圆形(如图4C所示)的环绕的形状、矩形形状(如图5A所示)、不同的多边形形状或不规则形状。开口126可以具有彼此相同的形状或不同的形状，并且可以围绕过滤器100对称地或者不对称地布置，以提供期望的充气流体流动通路。

偏转器或引导件130与每个开口126相关联，用于在期望的方向上引导充气流体离开过滤器100。偏转器130可利用片材使用模具、冲压机、压力机、压印机等形成或者3D打印整体形成。

如图4A-5A中所示，偏转器130可以具有矩形形状。更具体地，每个偏转器130在片材122中的对应开口126上形成盖部或护罩。参照图5A，偏转器130包括成对侧壁133，侧壁133具有三角形形状并且平行于彼此延伸。替代地，偏转器130可以没有侧壁。侧壁133可替代地相对于彼此(未示出)以一角度延伸。顶壁或连接壁135在侧壁133之间延伸。壁133、135协配以限定出口开口137，该出口开口137流体地连接到片材122中的开口126。

在另一个示例中，偏转器130a具有弓形形状(图5B)。在该结构中，偏转器130a包括单个拱形或圆顶形侧壁133a，其在开口126上形成护罩并限定出口开口137。在又一示例中，偏转器130b具有三角形形状(图5C)。在该结构中，侧壁133b是三角形的，并且在远离片材的方向上朝向彼此成角度。侧壁133b在接合点或顶点139处彼此相交并且协配以限定出口开口137。

如图4A中所示，偏转器130在方向D1上大致朝向过滤器100的第二端116引导充气流体离开开口126。更具体地，充气流体流过开口126，被偏转器130沿着期望的轨迹偏转，并且通过出口开口137离开过滤器。替代地，偏转器130可以在与方向D1相反的方向(未示出)上大致朝向过滤器100的第一端114引导充气流体。在两种情况下，充气流体均相对于过滤器100的中心线112大致轴向地被引导并且相对该中心线大致平行或相对其成锐角。

偏转器130a和偏转器130b同样可以在方向D1上或在与方向D1相反的方向上引导充气流体。在任何情况下，偏转器130、130a、130b在非径向方向上引导充气流体离开过滤器100。换言之，充气流体沿着不正交于或垂直于片材122的外表面124的轨迹离开过滤器100，因此，该轨迹横向于外表面的法线。

在图4B中所示的替代构造中，过滤器100a包括偏转器130，偏转器130构造成围绕中心线112在大致周向方向D2上引导充气流体。该方向可以是顺时针方向(如图所示)或逆时针方向。为此，偏转器130、130a、130b的取向可在片材122上旋转90°，以实现该充气流体轨迹。在任何情况下，这些构造中的充气流体沿着不正交于或垂直于片材122的外表面124的轨迹离开过滤器100a。

图6示出了处于展开状态的过滤器100a，即，片材122构造成在大致平面的取向上。金属片材122包括外表面124并且从第一端132延伸到第二端134。第一端132对应于卷绕的过滤器100a的第一端112。第二端134对应于卷绕的过滤器100a的第二端114。

片材122包括多个开口126及其相关的偏转器130，这些偏转器130以行140、142(在图6中水平方向)和垂直于行延伸的列150、152(在图6中竖直方向)布置。片材122被分成代表卷绕的过滤器100a的接续层L1-L3的若干部分。应当理解，卷绕的过滤器100a可包括更多或更少的层。所述的，L1表征卷绕的过滤器100a中第一层的行140、142和列150、152。L2表征第一层L1的径向向内的下一层的行140、142和列150、152。L3表征第二层L2的径向向内的下一层的行140、142和列150、152。如图所示，第一层L1是卷绕的过滤器100a的最外层，而第三层L3是最内层。

行140不包括开口126或偏转器130，因此构成片材122的未改变的外表面124，即，这些行被认为是空的。行142包括开口126和相关的偏转器130，它们沿着第一层L1中的整个行142连续地彼此端连端地定位。行140、142以取决于层L1-L3的不同的构造从片材122的第一端132到第二端134彼此交替。

如图6中所示，在第一层L1和第三层L3中，行142是第一端132处的第一行。在第二层L2中，行140是第一端132处的第一行。因此，第二层L2中的行140、142相对于相邻层L1、L3的行移位或偏移一行，即，这些行以交替方式移位，使得一层的开口126/偏转器130的行142与相邻层的空行140纵向对齐。从而，层L1、L3中的行140彼此纵向对齐并且与第二层L2中的行142纵向对齐。层L1、L3中的行142彼此纵向对齐并且与第二层L2中的行140纵向对齐。因此，第二层L2中的行140、142相对层L1、L3中的对应行140、142向下移位一行。

由于行140、142的移位构造，第一层L1中的列150与第三层L3中的列150相同。更具体地，层L1和L3中的每一列150在第一端132处以开口126和对应的偏转器130开始，并且在开口/偏转器组合和外表面124之间交替，直到到达片材122的第二端134。第一层L1和第三层L3都不包括列152。

在第二层L2中，每一列152在第一端132处以片材122的外表面124开始，并且在外表面和开口126/偏转器130组合之间交替，直到到达片材122的第二端134。第二层L2不包括列150。

图7示出了过滤器100b的另一个示例构造，其描绘了处于展开状态的片材122，并且其中的开口126和偏转器130在行和列中的布置是一种改型的布局。在该示例中，片材122包括多个行160、162(在图7中水平方向)和垂直于行延伸的列170、172(在图7中竖直方向)。L1表征卷绕的过滤器100a中第一层的行160、162和列170、172。L2表征第一层L2的径向向内的下一层的行160、162和列170、172。L3表征第二层L2的径向向内的下一层的行160、162和列170、172。如图所示，第一层L1是卷绕的过滤器100a的最外层，而第三层L3是最内层。

行160类似于行140，但是开口126和相关的偏转器130沿着行的长度方向彼此间隔得更远。更具体地，偏转器130在行160内被具有与偏转器大致相同尺寸的覆盖面积的、外表面124的未改变的或空的部分161彼此间隔开。每一行160在第一层L1的左侧处以开口/偏转器组合开始(如图7所示)，并且在开口/偏转器组合与外表面124的空的部分161之间交替直至第一层的右侧。

行162类似于行160，除了行162在第一层L1的左侧处以外表面124的空的部分161开始(如图7所示)并且在外表面的空的部分和开口/偏转器组合之间交替直至第一层的右侧。行160、162从片材122的第一端132到第二端134彼此交替。此外，行160、162在层L1-L3之间不改变，使得行160在所有三个层中端连端地彼此纵向对齐，并且行162在所有三个层中端连端地彼此纵向对齐。

由于行160、162的构造，每一列170在第一端132处以开口126/偏转器130组合开始并且在开口/偏转器组合和外表面124的空部161之间交替直至第二端134。另一方面，每一列172在第一端132处以外表面124的空的部分161开始，并且在开口126/偏转器130组合和外表面124的空的部分161之间交替直至第二端134。列170、172在横跨片材122的整个长度的左至右方向上(如图7所示)彼此交替。因此，每一层L1-L3具有相同的列170、172布置

然而，每一层L1-L3内的列172相对于相邻列170移位一行，即，这些列具有一行的交替移位或偏移。由于每一行160、162和列170、172的构造以及在每一行和列内偏转器130通过外表面124的空的部分161彼此间隔开，所以偏转器以棋盘状方式布置在片材122上。

应当理解，本发明的过滤器可以包括行140、142、160、162中的任何一个或多个以及列150、152、170、172中的任何一个或多个的组合。为此，任何层L1-L3可具有任何布置和数量的行140、142、160、162以及任何布置和数量的列150、152、170、172。因此，在任何一层L1-L3上的偏转器130布置与在任何其它层L1-L3上的偏转器布置可以相同或不同。此外，偏转器130能以不同于所示和所述的任何期望的布局布置在层L1-L3上，以满足期望的性能标准。任何行或任何列中的任何单个偏转器都可以具有所示和所述的任何构造。例如，能将在一层上的偏转器构造成轴向地引导充气流体，并且能将在另一层上的偏转器构造成周向地引导充气流体(未示出)。

参照图8-9，当过滤器100围绕中心线112卷起时，偏转器130提供了在径向方向上将层彼此间隔开的附加优点。如图所示，滤波器100包括在第三层L3内侧的附加第四层L4，并且第一层L1没有偏转器130。层L1-L4示出为具有各自不同的偏转器130、130a、130b构造，仅用于说明目的。

由于偏转器130从片材122的外表面124延伸，每一层邻接在相邻的径向向内层上的偏转器，以在两个层之间限定气室或间隙129。因此，气室129形成在第一层L1和第二层L2之间、第二层L2和第三层L3之间、以及第三层L3和第四层L4之间。该构造增加了充气流体在到达扩散器区段20中的开口126之前必须通过的过滤器100的表面积。

图10-12示出了与本发明的过滤器一起使用的各种安全气囊气体发生器12a、12b、12c。如图所示，气体发生器12a、12b是烟火式气体发生器，而气体发生器12c是混合烟火式/储气式气体发生器，这几种气体发生器用于使非安装于方向盘的保护装置充气膨胀。每个气体发生器12a-12c中的过滤器100的位置在图10-12中以虚线示出。

在图10-12的示例构造中，气体发生器12a、12b、12c的形状是细长的圆筒形，并包括多个周向布置的出口开口26a、26b、26c。每个气体发生器12a、12b、12c包括过滤器100。过滤器100可以具有本文中所述的任何构造，特别是参考图1-9描述的任何构造。为此，本发明的过滤器位于其中的燃烧室可以是管状、圆筒形、圆的、多边形、环形等，因此，过滤器的轮廓可以是燃烧室的形状。

以上描述的是本发明的示例。当然，不可能描述为了描述本发明的目的的部件或方法的每种可设想的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明的许多另外的组合和变换是可能的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的替换、修改和改型。

Claims (22)

1.一种用于气体发生器的过滤器，包括：

围绕轴线卷绕以形成多个卷绕层的片材，所述片材包括以行和列布置的多个开口，偏转器，所述偏转器与每个所述开口相关联，用于相对于所述轴线在非径向方向上引导充气流体，其中，每个卷绕层具有径向外侧表面和径向内侧表面，并且其中，所有所述偏转器从所述外侧表面突出，或者所有所述偏转器从所述内侧表面突出。

2.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述片材由金属板网形成。

3.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述偏转器以第一布局布置在所述卷绕层的第一层上，并且以不同的第二布局布置在所述卷绕层的第二层上。

4.如权利要求3所述的过滤器，其特征在于，在所述第一布局中的所述偏转器具有第一形状，并且在所述第二布局中的所述偏转器具有不同于所述第一形状的第二形状。

5.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述偏转器围绕所述轴线周向地引导充气流体。

6.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述偏转器在大致平行于所述轴线的方向上轴向地引导充气流体。

7.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述偏转器具有多边形形状。

8.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述偏转器具有弯曲的形状。

9.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，在所述过滤器的所述卷绕层中的一层上的所述偏转器邻接所述过滤器的相邻的卷绕层。

10.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述气体发生器使车辆乘员保护装置充气膨胀，所述车辆乘员保护装置包括驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、可充气侧帘、可充气车顶衬垫、可充气座椅安全带以及由气囊操作的膝垫中的至少一个。

11.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述气体发生器使车辆乘员保护装置充气膨胀，所述车辆乘员保护装置包括可充气膝垫。

12.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，每个所述偏转器限定出口开口，所述出口开口与所述片材中的相关开口流体连通。

13.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，每个偏转器包括至少一个侧壁。

14.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述卷绕层之一上的偏转器邻接所述卷绕的片材的相邻卷绕层，并在所述卷绕片材的所述层之间限定间隙。

15.如权利要求12所述的过滤器，其特征在于，每个出口开口具有弧形形状。

16.如权利要求12所述的过滤器，其特征在于，每个出口开口具有拱形形状。

17.如权利要求12所述的过滤器，其特征在于，每个出口开口具有圆顶形形状。

18.如权利要求12所述的过滤器，其特征在于，每个出口开口具有三角形、矩形或其它多边形中的一种形状。

19.一种用于帮助保护车辆乘员的设备，所述设备包括：

可充气车辆乘员保护装置；以及

气体发生器，能够致动所述气体发生器以提供用于给所述可充气车辆乘员保护装置充气的充气流体，其中，所述气体发生器包括如权利要求1所述的过滤器。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述可充气车辆乘员保护装置包括驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、可充气侧帘、可充气车顶衬垫、可充气座椅安全带、可充气膝垫以及由气囊操作的膝垫中的至少一个。

21.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述气体发生器包括混合式气体发生器、两级烟火式气体发生器和单级烟火式气体发生器中的一种。

22.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述多个卷绕层的所有偏转器都在相同的周向方向上围绕所述轴线引导充气流体。

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