CN111634252B - 多出气孔乘员侧气囊气体发生器 - Google Patents

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Abstract

一种气囊气体发生器包括一个压力容器，所述压力容器具有一个底部、一个顶部和一个连接底部和顶部的中心结构。所述顶部包括一个由可破裂的膜片封闭的出气孔。一个附接到中心结构的能量罩容纳烟火材料，一个转向器附接到顶部。压力容器、能量罩和转向器限定了一个从能量罩内部向压力容器的底部的气体流道，所述流道在高能盖和压力容器内朝着压力容器的顶部至少形成了第一个180度旋转。较长的气体流道允许多孔颗粒、片、条在离开气体发生器之前有时间燃烧，从而减少了离开气体发生器的颗粒数量。

Description

多出气孔乘员侧气囊气体发生器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年8月22日提交的、名称为MULTI-VENT PASSENGER SIDEAIRBAG INFLATOR(多出气孔乘员侧气囊气体发生器)”的美国专利申请No.16547715的优先权，将该专利申请以引用的方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车气囊气体发生器，更具体地，涉及一种多出气孔、更长的、弯曲流道以及具有通过多出气孔提供不同性能效果的混合动力汽车气囊气体发生器。
背景技术
混合动力汽车气囊气体发生器包含储存气体和烟火材料。烟火材料用于产生气体和加热储存气体。一些混合式气体发生器设计使用储气罐来容纳高压气体和烟火材料，这允许较小的气体发生器尺寸。在一些混合式气体发生器中，主要的烟火材料是硝酸铵基材料，其产生的颗粒含量非常低。使用硝酸铵基发生剂的混合式气体发生器不需要大量的颗粒过滤，因为硝酸铵基发生剂产生的颗粒重量很轻。随着硝酸铵基发生剂在汽车气囊气体发生器中的使用变得不被接受，现在需要不含硝酸铵的发生剂。典型的非硝酸铵基烟火材料会产生重量百分比为25％至35％的颗粒，需要从气体中过滤掉，只有这样颗粒才不会到达气囊或车辆乘员。
混合式气体发生器硝酸铵替代烟火材料的设计目的是直接代替原始材料，但是气体发生器现在需要一种将颗粒物保持在气体发生器内的方法。期望提供一种利用现有气体发生器设计去除颗粒的构造，从而不需要设计新的气体发生器。
另外，当前的乘员气体发生器通过一个位于气体发生器轴线中心的出气孔排出。该出气孔很可能被某些物体堵塞，从而减少或阻止气体从气体发生器及时释放到气囊。
发明内容
所描述实施例的气体发生器设计中设置了多个出气孔以减少物体阻塞任何一个出气孔的影响，将出气孔远离可能导致堵塞的潜在材料源，并利用设计的内部转向器元件来保护多个出气孔远离任何可能导致堵塞的材料。
另外，所描述的气体发生器设计还设置了一种独特的流道，所述流道多次改变方向。更长、更弯曲的流道减少了离开气体发生器的颗粒总量。流道的长度还为最后一小块燃烧推进剂(推进剂碎片)留出了更多的时间，以此在离开气体发生器之前完成燃烧过程。这两个优点都降低了气囊垫塞孔的风险。
第二、第三个出气孔的增加允许多种不同的气体发生器性能效果。例如，为了保持效率最大化，在低温条件下可以只打开一部分出气孔。其他例子是可以在调度中在任何给定时间在不同压力下打开不同的出气孔，以改变质量流量。
在一个实施例中，一种气囊气体发生器包括一个压力容器，所述压力容器具有一个底部、一个顶部以及一个连接底部与顶部的中心结构。顶部包括一个出气孔，所述出气孔由一个可破裂的膜片封闭。一个附接在中心结构上的能量罩，所述能量罩容纳烟火材料。一个附接到顶部的转向器。压力容器、能量罩和转向器限定了一个从能量罩内部朝向压力容器底部的气体流道，气体流道在能量罩和压力容器之间朝向压力容器的顶部形成了第一个180度的旋转。
能量罩和转向器可以进一步限定气体流道在能量罩和转向器之间朝向压力容器的底部形成第二个180度旋转，并且朝着出气孔形成转入转向器的第三个180度旋转。
转向器的形状可以设置成与压力容器顶部相对应，并且转向器可以在顶部的内表面上形成一个通道。转向器可在其底表面中包括若干穿孔。压力容器可以是环形的。压力容器的顶部可以包括多个出气孔，其中每个出气孔均由一个可破裂的膜片封闭。
气囊气体发生器还可以包括一个烟火支架，所述烟火支架设置在能量罩内并附接到中心结构、能量罩和压力容器的底部其中之一。烟火支架可以设置多个用于支撑烟火材料的腿。烟火材料可以设置成三个相连的各自具有中央开口的圆柱体，其中烟火材料可以通过中央开口被固定在多个腿上。
能量罩可以包括一个端部开放的圆柱体，所述端部开放的圆柱体包括一个开口端和一个封闭端，所述开口端面向压力容器的底部，所述封闭端包括一个用于附接到压力容器中心结构的中心孔。封闭端可以包括一个面向转向器的凹口，其中，凹口和转向器之间的空间可以形成气体流道的一部分，所述气体流道在能量罩和压力容器之间的空间内朝向压力容器底部形成第二个180度旋转。能量罩和转向器可以进一步限定气体流道朝着出气孔形成转入转向器的第三个180度旋转。能量罩可以包括多个在外径上的轴向通道，所述轴向通道限定了能量罩和压力容器之间的一部分气体流道。
在另一个实施例中，一种气囊气体发生器包括：一个环形压力容器，所述环形压力容器具有一个底部、一个顶部和一个连接底部和顶部的中心结构；一个附接到所述中心结构用于容纳烟火材料的能量罩；以及一个附接到顶部的转向器。顶部可以包括多个出气孔，每个出气孔由可破裂的膜片封闭。压力容器、能量罩和转向器限定了一个从能量罩内部朝向压力容器底部的气体流道，其中所述气体流道上形成多个180度旋转，从而延长气体流道。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明一种多出气孔乘员侧气囊气体发生器的剖视图。
图2A和图2B是压力容器的结构示意图。
图2C和图2D是具有两个启动器的压力容器的结构示意图。
图3A是一种气体流道实施例的剖视图。
图3B是连接到出气孔的气体流道的放大结构示意图。
图4A-4C是附接转向器的压力容器顶部的多个实施例的结构示意图。
图5A是具有多条腿的烟火支架的结构示意图
图5B是附接烟火材料的图5A的烟火支架的结构示意图。
图6A和图6B是能量罩的结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
下面结合图1至图6B对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
图1是气囊气体发生器10的一实施例的剖视图。图1在一个实施例环形压力容器12的不同部分中剖开，以示出容纳在压力容器中的各种部件。图2A和2B示出了压力容器的结构。压力容器12包括一个底部14、一个顶部16和一个连接底部14和顶部16的中心结构18。顶部16包括至少一个出气孔20，所述出气孔20由一个可破裂的膜片24封闭，形成阀瓣总成22的一部分。气体发生器10可以是如图2A和2B所示的单级结构(包括一个启动器)，也可以是如图1、2C和2D所示的双级结构(包括两个启动器)。
一个能量罩26附接到中心结构18并容纳烟火材料28。烟火材料28填充在中心结构18周围的空间中。图6A和6B示出了示例性的能量罩26。如图所示，能量罩26包括一个端部开放的圆柱体，该圆柱体具有一个开放端和一个封闭端，开放端面对压力容器12的底部14，封闭端具有一个附接到压力容器12的中心结构18的中心孔48。
流体转向器30附接到压力容器12的顶部16。流体转向器30优选地在其底表面中包括多个孔或穿孔32。孔或穿孔32可以是狭槽或与之类似的形式，并且可替代地或另外地形成在流体转向器30的侧壁中。
流体转向器30能够防止大颗粒到达出气孔20。如图4A-4C所示，转向器30优选地被设置为对应于压力容器12的顶部16，并且在顶部16内表面上形成一条通道。图4A示出了一个包括多个穿孔32的转向器30。图4B和图4C示出了单排穿孔32。图4B中顶部16的中心部分比图4C中顶部16的中心部分浅。
如下面更详细地讨论的，压力容器12、能量罩26和转向器30限定了从能量罩26内部通过一个或多个180度转向并通过出气孔20的气体流道。如图6A所示，能量罩26可包括在外径上的多个轴向通道50，其限定了能量罩26与压力容器12之间的一部分气体流道。
一个多条腿的烟火支架44设置在能量罩26内，并附接到中心结构18、能量罩26和压力容器12底部14之一上。如图5A和图5B所示，烟火支架44包括多个用于支撑烟火材料的腿46。图5B中示出了支撑烟火材料28的烟火支架44。
继续参考图5B，烟火材料28可以设置成三个相连的各自具有中央开口29的圆柱体。烟火材料28通过中央开口被固定在多个腿46上。
三个连接的圆柱体或凸角连同他们各自的烟火材料28中央开口被构造为在所有烟火材料上产生中性回燃(当颗粒燃烧时，燃烧表面积保持恒定)。与类似片剂的减面燃烧(表面积减少)相比，中性回燃的优势在于烟火气体的产生最初较低，而在燃烧结束时较高。在混合式气体发生器中，气体发生器内部最大工作压力发生在燃烧事件的早期，因此较低的燃烧表面积降低了内部工作压力，从而使气体发生器的结构重量更轻，并且气体发生器的输出得到了更好的控制，从而减少了对模块和汽车仪表板的影响。接近燃烧结束时的较高表面积可提高燃烧效率，从而降低了从烟火材料中生成一氧化二氮或一氧化碳的可能性。
压力容器12的底部14包括一个用于固定气体发生器启动器36的启动器支撑组件34(图1为两个)。在操作中，向气体发生器启动器36施加电流的应用会通过助燃材料38引起烟火材料28点火。从点燃的烟火材料28中产生的热量和气体，连同压力容器12中存储的所有气体结合起来增加了气体发生器10中的内部压力。压力容器12中增加的压力导致可破裂的膜片24破裂。膨胀的气体流入一个排气歧管40，然后流入气囊(图中未显示)，以通过歧管孔42膨胀。
如前所述，在一些混合式气体发生器中，主要的烟火材料是硝酸铵基材料，其产生很高的产气率(例如90-93％)和非常低的颗粒水平(例如7-10％ash)。因此，使用硝酸铵基发生剂的混合式气体发生器不需要大量的颗粒过滤。近来，基于硝酸铵的发生剂已越来越不能用于汽车气囊气体发生器。但是，不含硝酸铵的发生剂产气率很低，导致更大量的需要从气体中过滤出去的颗粒。
参考图3A和3B，根据所描述的实施例的气囊气体发生器10包含了一个独特的流道，所述流道一次或多次改变方向。更长且更弯曲的流道有助于减少离开气体发生器的颗粒的总量。流道的长度还为最后一小块燃烧推进剂(推进剂碎片)留出更多的时间以在离开气体发生器10之前完成燃烧过程。这两个优点都降低了气囊垫塞孔的风险。
随着烟火材料在压力容器12中燃烧，气体从能量罩26的内部朝向压力容器12的底部14的方向流动(参见图3A中的箭头A)。然后，气体流道在能量罩26和压力容器12之间朝向压力容器的顶部16形成第一个180度旋转(参见箭头B)。如图3B所示，气体流道沿压力容器12与能量罩26之间的压力容器12的壁向上移动之后，气体流道在能量罩26与转向器之间朝着压力容器的底部14向下移动形成第二个180度旋转(参见箭头C部分)。最后，气体流道通过孔32朝向出气孔20转入转向器30，形成第三个180度旋转(参见箭头D部分)。
包括多个出气孔20允许多种不同的气体发生器性能效果。例如，在低温条件下，可以只打开一部分出气孔以保持效率最大化。另一个例子是可以在调度中在任何给定时间在不同压力下打开不同的出气孔，以改变质量流量。改变膜片24的厚度将改变其破裂压力。具有多个出气孔的该组件可以包含具有不同破裂特性的可破裂膜。然后，内部工作压力确定哪些膜片破裂。例如，在寒冷的条件下，内部压力低于正常压力。该压力可以增加到足以打开一个可破裂的膜24，但是第二个更厚的可破裂的膜将不会打开。
所描述的实施例的气囊气体发生器特别适合于产气率较低的推进剂。较长的流道使多孔颗粒、片、条在离开气体发生器之前有时间燃烧。转向器可保护孔免受更大的颗粒和/或碎屑的侵害。另外，多个出气孔的直径的变化可以允许不同的输出情况。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (12)

1.一种气囊气体发生器，其特征在于，包括：
一个压力容器，所述压力容器具有一个底部、一个顶部以及一个连接底部与顶部的中心结构，顶部包括一个出气孔，所述出气孔由一个可破裂的膜片封闭；
一个附接在中心结构上的能量罩，所述能量罩容纳烟火材料；以及
一个附接到顶部的转向器；
所述能量罩包括一个端部开放的圆柱体，所述端部开放的圆柱体包括一个开口端和一个封闭端，所述开口端面向压力容器的底部，所述封闭端包括一个用于附接到压力容器中心结构的中心孔和一个面向转向器的凹口；
其中，压力容器、能量罩和转向器限定了一个从能量罩内部朝向压力容器底部的气体流道，气体流道在能量罩和压力容器之间朝向压力容器的顶部形成了第一个180度的旋转，凹口和转向器之间的空间形成气体流道的一部分，所述气体流道在能量罩和压力容器之间的空间内朝向压力容器底部形成第二个180度旋转。
2.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，所述能量罩和转向器进一步限定气体流道在能量罩和转向器之间朝向压力容器的底部形成第二个180度旋转，并且朝着出气孔形成转入转向器的第三个180度旋转。
3.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，转向器的形状设置成与压力容器顶部相对应，并且转向器在顶部的内表面上形成一个通道；转向器的底表面包括若干穿孔。
4.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，压力容器是环形的。
5.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，压力容器的顶部包括多个出气孔，每个出气孔均由一个可破裂的膜片封闭。
6.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，还包括一个烟火支架，所述烟火支架设置在能量罩内并附接到中心结构、能量罩和压力容器的底部其中之一；烟火支架包括多个用于支撑烟火材料的腿。
7.根据权利要求6所述的气囊气体发生器，其特征在于，烟火材料设置成三个相连的各自具有中央开口的圆柱体，其中烟火材料通过中央开口被固定在多个腿上。
8.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，能量罩和转向器进一步限定气体流道朝着出气孔形成转入转向器的第三个180度旋转。
9.根据权利要求1所述的气囊气体发生器，其特征在于，能量罩包括多个在外径上的轴向通道，所述轴向通道限定了能量罩和压力容器之间的一部分气体流道。
10.一种气囊气体发生器，其特征在于，包括：
一个环形压力容器，所述环形压力容器具有一个底部、一个顶部和一个连接底部和顶部的中心结构，顶部包括多个出气孔，每个所述出气孔由一个可破裂的膜片封闭；
一个附接到所述中心结构的能量罩，所述能量罩用于容纳烟火材料；以及一个附接到顶部的转向器；
能量罩包括一个端部开放的圆柱体，所述端部开放的圆柱体包括一个开口端和一个封闭端，所述开口端面向压力容器的底部，所述封闭端包括一个用于附接到压力容器中心结构的中心孔和一个面向转向器的凹口；
其中，压力容器、能量罩和转向器限定了一个从能量罩内部朝向压力容器底部的气体流道，所述气体流道上形成多个180度旋转，从而延长气体流道，凹口和转向器之间的空间形成气体流道的一部分，所述气体流道在能量罩和压力容器之间的空间内朝向压力容器底部形成第二个180度旋转。
11.根据权利要求10所述的气囊气体发生器，其特征在于，能量罩和转向器限定了气体流道在能量罩和压力容器之间朝向压力容器的顶部形成了第一个180度的旋转，在能量罩和转向器之间朝向压力容器底部形成了第二个180度的旋转，朝着出气孔形成转入转向器的第三个180度旋转。
12.根据权利要求10所述的气囊气体发生器，其特征在于，转向器的形状设置成与压力容器顶部相对应，并且转向器在顶部的内表面上形成一个通道；转向器的底表面包括若干穿孔。
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