CN1119157A - 流体燃料式气包充气机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种使汽车上的可充气装置充气的设备和方法，它可适应多种燃料和氧化剂。其中流体燃料燃烧并与贮存的压缩气体混合，产生含很少或不含颗粒的充气气体。还公开了一种用于气包充气机的点火器装置，它含有流体燃料，一旦反应便产生充气气体，使汽车乘客的可充气安全装置充气。

Description

流体燃料式气包充气机
本发明一般涉及可充气的阻遏系统，更具体地，涉及一种使应用于该系统的可充气装置如可充气的汽车乘客阻遏器充气的设备和方法。
已有技术中已公开了许多种充气机装置，它们用来使应用于充气式阻遏系统中的气包充气。一种充气机装置采用一定量的贮藏的压缩气体，该气体能有选择地释放，使气包充气。为了适当地以适合的速度使典型的气包充气，这种类型的装置常常需要在较高压力下贮藏较大量气体。高压的结果使得气体贮藏室的壁典型地都较厚，以增强强度。大体积和厚壁的结合造成充气机结构较笨重。此外，必须设计一种技术，以便引发贮藏气体释放进入气包。
另一种充气机装置使用可燃性的气体产生材料作为气体源。一旦点燃，该材料便产生一定量的足以使气包充气的气体。典型地，这种气体产生材料会产生多种不希望有的燃烧产物，如各种固体颗粒材料。去除这些固体颗粒材料，例如通过在充气机中或周围增加过滤装置，则会麻烦地增加充气机设计和加工的复杂性，而且会增加与此相关的成本。
此外，这种充气机装置的排出气体的温度典型地会随多种相关因素而在约500°F(260℃)和1200°F(649℃)之间变化，其中包括例如所期望的充气机性能的等级，以及其中所用的气体产生剂的类型和数量。因此，与这种充气机装置一起使用的气包通常由一种可耐这种高温的材料构成或涂覆。例如，为了防止暴露于如此高温而引起烧穿，可以制备例如由尼龙织物构成的气包，使得尼龙织物气包材料上涂有氯丁橡胶或者将一个或多个涂有氯丁橡胶的尼龙布片放置于气包中最先接触热气体的地方。正如人们所知，这种特殊构造或制备的气包的制造生产典型地会更昂贵。
此外，尽管汽车充气式阻遏系统经优化设计以便能在广泛的条件下适当地工作，但是，这种充气机装置结构的性能对环境条件尤其温度的变化特别敏感。例如，在非常低的温度如-40°F(-40℃)下的操作会影响多种推进剂的性能，从而降低由含有固定量的可供推进剂的充气机产生的气包的压力。
在第三种充气机装置中，用于使气包充气的气体来自贮藏的压缩气体和气体产生材料的燃烧。这种充气机装置通称为强化式或混合式充气机。迄今为止所提供的混合式充气机都具有某些缺点。例如，这种设计的充气机装置常会产生具有较高颗粒含量的气体。
在已有技术中已提出了多种特定的充气机装置和组件。U.S.专利NO.5,263,740公开了一种组件，其中在单室内装有膨胀气体和第一可燃性材料，后者随后在单室中点燃。
将膨胀气体和可燃材料同时装入单室会造成生产和贮藏方面的困难。例如这些组份的浓度梯度，无论最初还是当装置等待启动的时间内，都会增加完全点燃前释放可燃材料进入气包的可能性，以及增加释放入气包的不完全燃烧产物的相对量。
同样，在单室中贮藏有例如燃料和氧化剂的气体发生器在某些极端环境中会自动点火(即自我点火)，从而在制造和贮藏过程中引起由此带来的危险。
此外，因为来自这种单贮藏室组件的气体混合物典型地处于高温，因此这种结构会有与上述的与高温排出物有关的缺点相同或相似缺点。
此外，因为存在通常与装有氧化剂和可燃材料混合物的充气机装置相关的压力和温度的快速上升，所以这种充气机装置的适当的和所期望的调控及操作会很困难和/或复杂。
因此，需要改进气包充气机，从而克服上述缺点。更具体地，需要提供温度较低和不良燃烧产物尤其颗粒物质浓度较低的气包充气气体。另外，需要一种设计和结构简单的充气机装置，该装置能用多种不同燃料、氧化剂及贮存气体进行有效的工作。此外，还需要一种充气机设计，它能减少或消除充气气体/可燃材料混合物自动点火的可能性。另外，还需要提供含有不超过规定量的氧气和水份的气包充气气体，从而减少或避免与此有关的问题。另外还需要一种充气装置，它能减少或避免充气时将可燃混合物引入气包。
此外，需要提供一种充气机组件设计，它能安全地提供设计和制造方面的灵活性。本发明便是用来填平已有技术在这些方面的空隙。
本发明的一般目的是提供一种使可充气装置如汽车乘客的充气式阻遏系统充气的改良的设备和方法。
本发明的更具体的目的是克服一个或多个上述问题。
本发明的一般目的，至少能通过一种充气装置的充气设备而部分实现。该设备包括第一室和第二室以及点火装置，点火装置用以在第一室中引起至少一种流体燃料和至少一种氧化剂燃烧从而产生包括热燃烧气体在内的燃烧产物。第一室有至少一个气体出口并且具有在正常状态下关闭气体出口的封闭装置。流体燃料和氧化剂的燃烧升高了第一室中的温度和压力。
还含有用以打开第一室的封闭装置的开启装置，从而能让至少一部分热燃烧气体从第一室中排出。一旦打开气体出口封闭装置，则含有压缩贮存气体的第二室便与第一室的流体连通，从第一室排出的热燃烧气体与压缩贮存气体相混从而产生充气气体。
第二室包括至少一个气体出口，而且具有在正常状态下关闭气体出口的封闭装置。热的燃烧气体与压缩贮存气体的混合增加了第二室中的温度和压力。
包括在装置内的还有用于打开第二室的封闭装置的开启装置，从而让至少一部分从第二室排出的充气气体使装置充气。
已有技术不能提供温度足够低的，同时不良燃烧产物如不完全燃烧产物和/或颗粒物质浓度足够低的气包充气气体。此外，安全性及操作问题，例如那些与单室式贮存充气气体/可燃材料混合物相关的问题，并没有被已有技术装置完全解决。此外，已有技术的装置通常只能与相对较少种类的燃料和氧化剂配合使用。另外，这种单室装置会产生不利的压力的快速上升。此外，为了减少上述的不利后果，典型地只有燃料和氧化剂的相对量在受限制条件下才能确保这种已有技术的装置正常工作。
本发明还包括一种可充气装置的充气设备，它包括一贮存有至少一种不含氧化剂的流体燃料的流体燃料贮存部件，第一室和第二室，以及用于在第一室中引发流体燃料和至少一种氧化剂燃烧，从而产生包括热燃烧气体在内的燃烧产物的点火器装置。
第一室包括至少一个气体出口而且具有在正常状态下封闭气体出口的封闭装置。流体燃料和氧化剂的燃烧提高了第一室内的温度和压力。
还含有用以打开第一室的封闭装置的开启装置，从而能主至少一部分热燃烧气体从第一室中排出。一旦打开气体出口封闭装置，则含有压缩贮存气体的第二室便与第一室的流体连通，从第一室排出的热燃烧气体与压缩贮存气体相混从而产生充气气体。
第二室包括至少一个气体出口，而且具有在正常状态下关闭气体出口的封闭装置。热的燃烧气体与压缩贮存气体的混合增加了第二室中的温度和压力。
还包括在内的还有用于打开第二室的封闭装置的开启装置，从而让至少一部分从第二室排出的充气气体使装置充气。
本发明还包括一种使汽车中的可充气安全装置充气的方法。该方法包括在封闭的第一室中燃烧至少一种流体燃料和至少一种氧化剂从而产生包括热燃烧气体在内的燃烧产物的步骤。第一封闭室包括至少一个气体出口。它在正常状态下被封闭装置封闭。燃烧升高了该室的温度和压力。接着，室封闭装置被打开，将热燃烧气体从第一室排入第二室。第二室含至少一个在正常状态下被封闭装置封闭的气体出口，而且含有压缩贮存气体供应源。排出的热燃烧气体与压缩贮存气体在第二室中混合，产生充气气体。混合过程提高了第二室中的温度和压力。随后，出口封闭装置被打开将充气气体从第二室中排出，使充气安全装置充气。
本发明还涉及一种这样的可充气装置的充气设备和方法，它们用来使汽车中的使用细分的固液燃料的充气安全装置充气。
另一方面，本发明涉及一种改良的气包充气机的点火器装置和一种改良的含有该种点火器装置的用于使可充气装置充气的设备。
在一个例子中，该气包充气机的点火顺装置包括一种容器装置，它限定用于贮存至少一种流体燃料的流体燃料贮存容积，以及与流体燃料贮存容积相邻的用于贮存一个装载量点火材料的点火物装载贮存容积。点火器装置还包括用于引燃引火材料装载的装置，从而能至少产生足够的燃烧产物，使容器装置破裂，释放出其中的燃料。
在另一例子中，本发明涉及一种使可充气装置充气的设备，该设备含所述的点火装置。
在另一例子中，这种气包充气机的点火器装置包括一种容器装置，它限定用于贮存至少一种流体燃料的封闭的流体燃料贮存室以及与流体燃料贮存室相邻的用于贮存焰火引火材料装载的引火物装载贮存室。在装置中，封闭的流体燃料贮存室和引火物装载贮存室被至少一个可破裂的接触障碍壁所分开。还包括在设备中的有用于点燃焰火引火物材料装载的装置，从而产生足够的燃烧产物，使可破裂的接触障碍壁和流体燃料贮存室两者破裂释放出流体燃料，并引燃至少一部分释放的燃料。
在本文中，称室中或容积内“不含燃烧氧化剂”应理解为指室或容积基本上不含氧化剂，从而当其中贮存流体燃料时在所经历的压力和温度范围内，由化学反应释放的热量小于散入周围环境的热量(因为在所有温度下化学反应速率不为零)。应理解，因为这种化学反应的速率(以及因反应而释放的热量)取决于氧化剂的浓度和温度，所以可以适当控制最初存在的氧化剂的量而尽量减少释放的热量。
术语“当量比”(φ)常用于燃烧过程。当量比被定义为实际燃料对氧化剂之比(F/O)A除以化学计量的燃料对氧化剂之比(F/A)S：
φ＝(F/O)A/(F/O)S(化学计量反应是一种独特的反应，被定义为所有的反应物都消耗交并转化为最稳定形式的产物的反应。例如在烃燃料和氧气的燃烧中，化学计量反应是这样的反应，其中所有的反应物都被消耗和转化成完全由二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)构成的产物。相反，含有相同反应物的反应，如果在产物中存在一氧化碳(CO)，就不是化学计量式的，因为CO可以与O2反应形成CO2，而CO2被认为是比CO更稳定的产物)。通常，在给定温度和压力条件下，燃料和氧化剂混合物仅能在特定的当量比范围内是可燃的。
从下面详细的描述以及结合所附的权利要求书和附图，本领域的一般熟练技术人员会明白其他目的和优点。
图1—4和4′是根据本发明的各种例子的流体燃料充气机的简化的，部分剖示的示意图。
图5A，5B是根据本发明用于流体燃料充气机中的各种点火器装置的简化示意图；
图6显示了根据本发明的一个例子的流体燃料充气机的桶压对时间性能图，其中充气机在低、室温和高温下调节；
图7显示了根据本发明的另一个例子的流体燃料充气机的桶压对时间的性能图；
图8与图1—4和4′相似，是根据本发明的另一例子的流体燃料充气的简化的，部分剖示的示意图；
图9是图8的流体燃料充气机的点火装置的放大的剖面示意图；
图10，与图9相似，是本发明另一例子中的点火器装置的放大的剖面示意图；
图11，与图9相似，是本发明另一例子中的点火器装置的放大的剖面示意图；
图12，与图10相似，是本发明另一例子中的点火器装置的放大的剖面示意图；
图13显示了实施例5中的桶压对时间的性能图。
先参见图1，显示了用于使汽车乘客阻遏系统如气包充气的流体燃料充气机组件10。应理解，下文描述的本发明具有广泛的适应性，适合各种类型的气包组件，包括用于汽车如运货车，轻型卡车以及尤其小汽车的驾驶员侧，乘客侧和侧面冲撞气包组件。
充气机组件10包括一个含有贮存室14的压力罐12，室14中加压充满惰性气体如氩气或氮气，使压力典型地为2000—4000psi。
室14由细长的、大体为圆柱形的衬套16界定范围。衬套16分别具有第一末端20和第二末端22。第一末端20部分由成为一体的肩部24所封闭。扩散器组件26通过环焊缝27与衬套的第一末端封闭相连。燃烧室组件30通过环焊缝31与衬套第二末端22封闭相连。
扩散器组件26包括一大体为圆柱形的衬套32。衬套32具有一个帽段34和底段36，两者界定了扩散室40。扩散器组件的帽段34和底段36分别包括封闭的第一端42a和42b以及开口的第二端44a和44b。扩散器组件的帽段34有与封闭的帽部第一端42a相邻的多个开口46，用于将充气气体从充气机组件中送入气包组件(未标出)。扩散器组件的底段36还有与封闭的底部第一端42b相邻的多个开口48，用于让来自贮存室14的充气气体通过进入扩散室40。
扩散器组件的帽段34和底段36各自的开口的第二端部44a和44b对齐，并被封闭装置例如紧抵着的安全隔膜50而封闭。扩散器组件的安全隔膜50通过隔膜50周围的环焊缝51而与扩散器组件的帽段34和底段36封闭相连。在静止状态下，隔膜50用来将贮存室14有内含物与气包分隔开。
燃烧室组件30包括一帽段54和底段56，用于界定燃烧室60。在燃烧室60中贮存有一种或多种流体燃料和一种或多种氧化剂，形成可燃混合物。在实施这种发明时，一种或多种燃料和一种或多种氧化剂是在一起的，例如紧密接触而且位于较高压力下(如约500—2000psi(3.4至13.8MPa))，典型地较佳大于约900psi(6.2MPa)，而且更佳地为约1200—1800psi(8.3—12.4MPa))。正如将气体贮存于贮存室14一样，将气体于较高压力下贮存于燃烧室60中能有利地减少充气机的总体积以及减少点火的延迟时间，从而导致充气机性能更好和更快，并导致更充分的燃烧，例如通过更高的温度进而更高的反应率而实现。此外这种充气机组件能减少或消除不完全燃烧产物的排出。
燃烧室帽段54包括一衬套62。衬套62具有侧壁64以及通过帽肩连接段68连接于侧壁64的圆顶66。燃烧室圆顶66有一小孔，在此称为气体出口70。气体出口70在正常状态下由封闭装置封闭，例如通过安全隔膜72。隔膜72通过位于其周围的环焊缝73与燃烧室圆顶66封闭相连。
燃烧室圆顶66通常被设计成能承受燃烧室60中可燃混合物的燃烧而产生的内压。在静止状态，隔膜用于维持气体贮存室14处于封闭状态。
燃烧室底段56包括一底环74，其中底帽76通过底部肩连接段78与之相连。底部肩连接段78作为一种方便的手段将燃烧室底段56与燃烧室衬套62相对定位，并且提供环焊79的场所，从而将燃烧室组件底段56封闭地连于燃烧室帽段54。
底帽76其中包括一开口80。点火器装置82，例如下文详细描述的，通过开口80用焊缝83，卷边或其他合适的密封手段与燃烧室60封闭相连。
工作时，例如感受到碰撞时，电信号被送至点火器装置82。如下面将更详细描述的那样，点火器装置会按适当选定的方式引燃燃烧室60中的流体燃料和氧化剂的混合物。因可燃混合物的燃烧而产生的热气体导致燃烧室60中压力快速上升。当燃烧室60中的气体压力超过安全隔膜72的结构承受能力时，隔膜便破裂，或以其它方式让热气体通过气体出口70进入贮存室14。在贮气室中，从燃烧室60排出的热燃烧气体与贮存在分开的贮存室14中的压缩气体混合，产生了用于使可阻遏装置如气包充气的充气气体。应理解，与单独的燃烧气体相比，用贮存的惰性气体中加入燃烧气体而产生的充气气体具有较低的温度和较低的副产物浓度(如CO，NOx，H2O等)。
当贮存室14中的气体压力超过安全隔膜50的结构承受能力时，隔膜便破裂，或以其它方式让充气气体通过扩散器底段36并进入扩散器帽段34，从而使该充气气体通过开口46排入气包组件。
可用于该设备的流体燃料包括多种气体，蒸气，细分的固体和液体，从而使得，当与一种或多种氧化剂以适当比例混合时，可在选定条件下(无论是单独，或是与一种或多种惰性气体一起)形成可燃性混合物。
这种流体燃料包括氢气以及烃基燃料如烃或烃衍生燃料。例如，该烃燃料包括由环烷烃、烯烃和链烷烃构成的燃料，尤其是C1—C4链烷烃燃料。能用于实施本发明的合适的燃料包括例如汽油、煤油和辛烷。此外，烃类衍生物燃料如由各种醇，醚和酯构成的燃料，例如那些含有四个或更少碳原子的种类，特别是如乙醇和丙醇之类的醇能很好地用于实施本发明。
通常，用于实施本发明的细分的固体燃料必须具有足够的能含量和反应性，从而能加热贮存气体，使其按所需速度使可充气的阻遏装置充气，同时又不会使充气机装置的尺寸过大。此外，要求燃料产生不超过可接受量的那些在足够浓度下有害的燃烧产物，如，CO，NO，HCN或NH3。
能用于实施本发明的细分的固体燃料包括一种或多种粉末或粉剂，如：
(a)含碳材料如煤或煤产品(如带有各种挥发性内含物的无烟煤，烟煤，次烟煤等)，木炭，油页岩灰和焦炭；
(b)棉花，木材和泥煤(如各种纤维素材料，包括例如乙酸纤维素，甲基纤维素，乙基纤维和硝酸纤维素，以及木屑和纸屑)；
(c)食物或饲料(如面粉，淀粉和谷物粉剂)；
(d)塑料，橡胶和树脂(如环氧树脂，聚酯和聚乙烯)；和
(e)金属和金属合金材料(如以元素或化合物形式存在的铝，镁，钛等的粉末、金属屑和/或刨屑)。
应理解，如果需要，该燃料可以与不同含量的液体、蒸气及其水组合物进行组合。
此外，应理解，可用于实施本发明的细分固体燃料典型地包括不同大小和形状的固体颗粒。但通常情况下，这种细分固体燃料的颗粒大小典型地在约5—100微米之间，较佳为10—125微米，且平均颗粒大小为10—40微米。实践中，这种大小的细分固体燃料能合乎于要求地导致快而充分的燃烧，从而可在相应的充气机组件设计中减少或甚至消除滤掉颗粒的要求。
使用细分的固体燃料会得到多种运行优点。例如，该固体燃料(至少与气态或液态燃料相比)能简化操作要求并有利于在适当的燃料贮存室中的贮存。这种操作上的方便反过来会降低生产成本。
应理解，燃料，尤其是诸如液态烃和液态烃衍生物(如醇)的燃料可以在其中含有有限比例的通常不认为是燃料的材料如水。对于那些通常实践中不可能完全将水分开的燃料更是这样。此外，少量水的存在，如小于约10体积％，典型地在约4—8体积％，能有益地降低充气机组件的不利的自我点火的可能性，又不会显著影响组件在低温下的性能。
还应理解，如果需要，多种燃料可以混合使用。对于那些实际上通常不可能实现完全分离的燃料如商业级的丁烷尤其如此。例如，可以使用的燃料混合物包括：a)含约80％乙醇、8—10％甲醇和4—8％水及其余为其他各种烃的醇混合物和b)含90＋％(如约95％)丁烷，2—6％(如约4％)丙烷及其余为甲烷、乙烷和其他各种痕量烷的混合物。这种燃料的一个例子是变性乙醇“ANHYDROL SOL-VENT SPECIAL，PM—4061,190 Proof”，由Union CarbideChemicals and Plastics Company Inc.出售。
此外，燃料可以以不同状态(如气、液和固态)的二种或多种燃料的多相组合物形式使用。例如，使用的流体燃料可以是由位于液体燃料中的细分固体燃料组成的组合物或混合物如乙醇中的淀粉。同样，流体燃料可以是由与液态燃料紧密接触的气态燃料形成的组合物或混合物。例如，这种气态燃料可以在压力下保存于液体燃料中，其方式类似于保存于容器中的充碳酸气的饮料。
可用于本发明的氧化剂包括各种含氧的气体，其中包括，例如，纯氧气，空气，稀释空气以及与一种或多种气体稀释剂如氮气、二氧化碳及惰性气体如氦，氩，氙混合的氧气。事实上，使用纯氧气(O2)会因众多原因而不利，其中包括：1)从生产立场看，这种使用会有操作困难，2)这种使用会增大自我点燃可能性，3)与适量燃料混合时(化学计量或近化学计量值，0.8≤φ≤1.2)，会产生极高的火焰温度(尤其在常与这种充气机设计相伴的高压下)和4)当当量比小于0.8时，过量氧气和CO会造成麻烦。
综上所述，氩气和氧气的混合物是优选的。氩气的优点在于相对：(1)惰性，(2)价廉，(3)安全，和(4)易操作。这种混合物的组份的优选的相对量通常取决于诸如充气机形状及其中使用的特定燃料等因素。例如，由50—65体积％氧气和其余为氩气组成的氧化剂混合物可以有益地与含乙醇基燃料的组件一起使用。
还应理解，这种氧化剂混合物可以与少量空气一起使用，如在加入氧化剂之前早已存在于将注入氧化剂的室中的空气。
此外，至于与组分固体燃料一起使用的氧化剂，尽管上述氧化剂都可使用，但是据信高压的富含氧气的混合物是优选的。
应理解，对某混合物称其“富含氧气”是相对于具有与空气相似的氧气浓度的混合物而言的。因此，含大于约21％氧气的混合物在此认为是“富含氧气”的混合物。
实施本发明中，这种富含氧气的氧化剂混合物通常压力为约3.45—约20.7MPa(约500—约3000psi)，较佳为约6.9—13.8MPa(约1000—2000psi)。另外，如上所述，氧气可以与惰性气体混合。使用含约35—65％氧气，约2—15％氦和其余为一种或多种惰性气体(如氦、氩和氮气)，无论单独使用还是以各种相对量使用都是有益的。例如，由约60％氧气，约32％氩气和约8％氦气组成的混合物会导致更好的高温，低温和/或点火延迟性能，并且在生产过程中有助于对装置的泄漏的检测。
因此，本发明允许使用多种形式(包括气态，液态，固态，及其混合物，包括两种或多种燃料的多相混合物)的多种燃料，使用多种氧化剂种类，以及范围宽广的燃料和氧化剂的相对含量。
一般，本发明的充气机组件较佳地在当量比0.4≤φ≤1.6下操作，更佳在0.6≤φ≤1.1。
图2和3分别显示与上述的充气机组件10相似的流体燃料式充气机组件210和310。它们各有一贮存室，即214和314，一扩散器组件，即226和326，和一燃烧室组件，即230和330。
但是，流体燃料式充气机组件210和310与充气机组件10不同。正如下文将详细描述的那样，不同点在于这两种组件含有一个用于贮存不含燃烧氧化剂的流体燃料的单独的流体燃料贮存部件。它有助于长期存放，例如存放10—15年或更长。
具体地，如图2所示，尽管流体燃料式充气机组件210的燃烧室组件230还是含有类似的燃烧室组件帽段254和底段256，但含有一环状圆柱形壁284，它具有第一端285和第二端286从而界定燃料室287。壁284通过位于底帽开口280外的焊缝283a与燃烧室260封闭相连。第一端285通常被安全隔膜288所封闭。隔膜288通过位于其周围的环焊缝283b与端285封闭相连。与第二端286通过通过焊缝283c封闭连有一点火器装置282。在燃料室287单独贮有流体燃料，而且与贮存在燃烧室中的气体剂分开。
在该组件运行时，例如在感受到碰撞时，则电信号被传至点火器装置282。在该组件中，点火器装置较佳为焰火型。
如下文详细所述，焰火型点火器能：1)有益地提供足够的能量输出以打破将燃料与氧化剂隔开的分隔装置，2)使燃料在燃烧室中充分散开和汽化，以及3)提供足够的余热点燃形成的燃料和氧化剂混合物。
一旦收到适当的电信号，这种点火器装置会点燃并将一热的、充满颗粒的排出物排入燃料贮存室287。接着，燃料贮存室287中贮存的燃料的温度和压力会上升。
当安全隔膜288的结构承受力被压力和/或热所超过时，隔膜便破裂，或以其它方式使热燃料通过第一端285进入燃烧室260。在燃烧室260中，热燃料与氧化剂混合，点燃并在高温和高压下燃烧。
当燃烧室260中的气体压力超过安全隔膜272的结构承受力时，隔膜便破裂，或以其它方式使热气体通过气体出口270进入贮存室214。在此，从燃烧室260排出的热燃烧气体与贮存在贮存室214中的压缩气体混合，产生用于使可充气装置如气包充气的充气气体。
当贮存室214中的气体压力超过安全隔膜250的结构承受力时，隔膜便破裂，或以其它方式让充气气体通过扩散器底段236并进入扩散器帽段234。从而使该充气气体通过开口246排入气包组件。
图3显示了根据本发明的另一种流体燃料式充气机组件，其中流体燃料贮存于单独的流体燃料贮存部件中，不含燃烧氧化剂。
图3所示的流体燃料式充气机组件310与上述的充气机组件210相似，但是它不含一个用例如安全隔膜封闭的固定侧壁燃料贮存部件，而是含一个可破裂的弹性壁贮囊390，贮囊390位于燃烧室360中，紧靠点火器装置382。
如图所示，贮囊390能塞入具有第一端385和第二端386的环状圆柱形壁384。与图2的组件210相似，壁384通过位于底帽开口380处的焊缝383a而与燃烧室360内部封闭相连。同样，点火器装置382通过焊缝383c与第二端386封闭相连。但是，第一端385可以是开口状态，因为燃料贮囊390与壁384的环状开口相匹配，靠着点火器装置382的排气端。
贮囊390较佳地是由基本上对贮存于其中的流体燃料不渗透的材料构成，从而防止燃料和贮存在相邻或周围的燃烧室360中的氧化剂发生不希望发生的混合。在这种组件中，通过按所述用法使用燃料贮囊，可以贮存燃料流体而不含燃烧氧化剂。
在该组件工作时，例如感受到碰撞时，则有电信号被传至点火器装置382。在该组件中，点火器装置较佳也是焰火型。同样在该组件中，焰火型点火器装置能：(1)有益地提供足够的能量如热能输出以打破弹性壁贮囊，(2)使燃料在燃烧室中充分散开和(3)提供足够的余热点燃形成的燃料和氧化剂的混合物。
一旦接受到适当的电子信号，这种点火器装置会点燃并将热的充满颗粒的排出物排在相邻的燃料贮囊的表面，使之穿透，或以其它方式打开贮囊390。随后其中的燃料与贮存在燃烧室360的氧化剂相混合。即作为点火器装置的能量输出的结果，燃料被分散入氧化剂并汽化。然后，从点火器装置放出的余热和热辐射颗粒提供了有效的点火源。接着燃料和氧化剂的混合物被点燃并燃烧。
与上述的例子相同，因可燃混合物的燃烧而产生的热气体导致燃烧室360中压力快速上升。随后热气体通过气体出口370进入贮存室314。在此处，从燃烧室360排出的热燃烧气体与贮存在贮存室314中的压缩气体混合，产生用于使可充气装置如气包充气的充气气体，其方式类似于上述的图1和2中所述的例子。
应理解，在将贮囊放置于燃烧室内之前，如在燃烧室中加入氧化剂之前，适当地将燃料注入贮囊，然后再在选定压力下将氧化剂注入燃烧室，能使注入过程变得相当安全和简便。
还应理解，在只需短期隔开燃料和氧化剂的应用情况下，也可以应用类似的含燃料的贮囊充气机组件设计。例如，这种含燃料的弹性壁贮囊可以用来在装料和/或封闭操作(如焊接)等与制造这种充气机组件有关的过程中使氧化剂和燃料隔开。比如在对容纳含燃料的贮囊的氧化剂室进行装料和封闭时。在装料和/或封闭之后，可能不再需要或不必维持燃料和氧化剂之间的这种隔开了。应理解，在仅需较短期隔开燃料和氧化剂时，通常贮囊材料的结构完整性不必很高。例如，形成贮囊的材料只需能在较短时间内不渗透燃料防止不利的混合即可。
一般，可用于这种流体燃料贮存在不含氧化剂的贮存部件中的组件的流体燃料可以与上述的燃料相同，包括如下所述的各种气体，液化气体，液体燃料，细分固体及两种或多种组成的多相组合物。
如上所述，为了减小充气机组件的总尺寸和满足性能标准，氧化剂是在较高压力下贮存。而在使用气体燃料时，将气体燃料贮存在位于与氧化剂的贮存压力大致相同的范围(如接近相同)的压力下是优选的。应理解，因为本发明的充气机组件设计一般依赖点火器提供足够的能量以碎裂，烧穿或打破燃料和氧化剂之间的隔离物如安全隔膜或燃料贮囊壁，因此将气体燃料和氧化剂在近乎相同的压力下贮存可以避免使用更厚或强度更大的隔离物。如果隔离物需长时间承受大压力差，则通常需要更厚或更牢的隔离物。因为大多数气体燃料在这种较高压力下通常都液化，因此用于本发明的这种将燃料贮存在不含燃烧氧化剂的贮存部件中的组件的较佳的气体燃料包括氢气和甲烷。
至于液化气体燃料，在选择适当的燃料时一个因素是材料的液相臌胀性能。一般，可以选定某燃料并将燃料贮存部件大致注满，只要对于设计的周围温度的增加，如在高达不寻常的约110℃下(230°F)贮存时，也不会达到贮存部件完全被液体注满的状态即可。当贮存部件几乎完全被液体注满时，一旦随后受到来自点火器的额外热量和质量输入，则贮存部件中的液体将只有很少或没有可供膨胀的体积。因此，当额外热量和质量输入时，则贮存件中压力会上升并按需要造成隔离部件的破裂。事实上，用于本发明的该方面的隔离部件应有足够牢度并耐用，以承受疲劳，比如通常与环境条件变化相关并且因环境条件变化而造成的贮存部件中贮存的材料的膨胀和压缩造成的疲劳。
应理解，为了满足特定应用中的需要，可以适当改变相应隔离部件的强度及设计的环境温度的升高值(如设计的最高环境温度可以提高或降低)。例如，至少在部分充气机组件设计中可能需要燃料贮存部件基本上被燃料注满，使得在较低的最高设计环境温度如低于约110℃(230°F)的温度下，贮存部件达到完全被液体注满的状态。
用于实施本发明的液化气体可以包括乙烷，丙烷，丁烷以及这些气体和其他合适气体的各种混合物。
至于在燃料与氧化剂分开贮藏的设计中使用流体燃料，可以使用上述的那些用于在燃料和氧化剂混合或不分离条件下贮存的组件中使用的流体燃料，包括乙醇。
图4显示了根据本发明的另一例子的流体燃料式充气机组件410。
与上述的充气机组件10相似，流体燃料或充气机组件410包括贮存室414，扩散器组件426，和燃烧室组件430。
但是流体燃料式充气机组件410与充气机组件10的差别之处在于，正如下面将详细所述的那样，组件410含有和采用了辅助燃料源。
具体的如图4所示，尽管燃烧室组件也含有类似的燃烧室组件帽段454和底段456，它含有环状圆柱形壁484。壁484具有第一端485和第二端486，从而界定了辅助燃料源贮存室492，在此通常贮存有紧靠点火器装置482的辅助燃料源装载493，它靠近点火器装置的排出段。
壁484通过位于底帽开口480处的焊缝483与燃烧室460内部封闭相连。第一端485含有一室缘495的协助将辅助燃料源装载493维持于室492中。与第二端486通过焊缝383C封闭相连一点火器装置482，例如下面详细描述的那种。
当这种组件工作时，例如感受到碰撞时，电信号便被送至点火器装置482。点火器装置482接着会使辅助燃料源材料释放辅助燃料进入燃烧室460，与贮存在其中的燃料和氧化剂混合形成可燃性混合物。点火器装置482的输出同样用来点燃该可燃性混合物。随后这种充气机组件的工作便与上述的充气机组件10类似。
实际上，用于实施本发明的辅助燃料源材料其一般特征在于能在暴露于热时释放出氢气或烃基燃料或混合物。用于实施本发明的合适的辅助燃料源材料一般为固体，因而易于处理和贮存。合适的辅助燃料源材料包括一种或多种金属氢化物和纤维素材料如醋酸纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素和硝酸纤维素。优选使用的金属氢化物是氢化锂。
在这种组件设计中可以这样贮存辅助燃料源材料，使它松散地放置于或紧密地堆放于靠近或接近点火装置处而且直接暴露于点火装置产生的排出物，包括热。
但是应理解，如果需要，辅助燃料源材料可以贮存在紧靠点火器装置482′的单独室中，如图4′所示的弹性壁容器497中。与上述的燃料贮囊设计相同，使用由一种不渗透水且较易燃烧的材料构成的弹性壁容器可以协助或减少对辅助燃料源材料的操作，尤其是那些对水敏感的辅助燃料源材料，比如各种金属氢化物。
由于以适当比例和在选定条件下与烃燃料和氧化剂的混合物存在氢气，一般会通过更高的火焰温度和更快的火焰速度而导致更完全的燃烧，因此使用含释放氢气的辅助燃料源材料如金属氢化物，会使充气机组件排出较少的污染物，例如排放较少的不完全燃烧产物。同时可使得气包更快地展开，因为更快的火焰速度能缩短气体开始流入气包之前的时间。
使用这种辅助燃料源材料时，贮存的燃料处于约束状态，使得燃料一般不会被释放，除非接触到其他来源如点火器的能量输出或受到不同环境。因为这种辅助材料能够为充气机组件提供所需燃料的相当大的部分，因此所需的与氧化剂混合贮存于燃烧室中的燃料的相对量可以大大减少。从而能有利地减少与这种燃料/氧化剂混合物长期贮存相关的问题(如自燃)。因此在燃料和氧化剂在贮存中会混合的充气机组件中，使用和包含辅助燃料源材料能确保这种燃料—氧化剂混合物安全地贮存更长时间。
应理解用于实施本发明的封闭装置可包括压力敏感型装置以及与压力无关的装置，比如依靠如抛射体的机械装置来打破隔膜。此外组件也可制成使之含有一个或多个压力敏感型封闭装置和/或一个或多个与压力无关的封闭装置。例如燃烧室使用压力敏感型封闭装置，如设计在选定压力下会破裂的安全隔膜，则其中流体燃料和氧化剂的燃烧会使室内的压力上升。当室压超过隔膜的破裂压力时，隔膜会破裂让燃烧产物通过形成一开口。
类似地，如使用压力敏感型封闭装置来封闭贮存室出口，如设计在选定压力下会破裂的安全隔膜，则排出的热燃烧气体与室内贮存的压缩气体的混合而产生充气气体同样会使室内压力上升。当室压超过隔膜的破裂压力时，隔膜会破裂让来自贮存室的充气气体通过，使可充气的安全装置充气。
图5A，5B，和5C都是其他点火器装置的简化示意图(分别为582a，582b和582c)，它们是已有技术中已知的而且能用于本发明的流体燃料充气机中。
如图5A所示的点火器装置582a为焰火式点火器。如人们所知它包括一电插脚接头501a，连接器502a本体部分503a和含焰火料部分504a。
在这种焰火式点火器的典型操作中，一旦接收到适当的电信号，电流便通过与贮存在点火器中的焰火材料相接触的小金属线。因电流通过导线而产生的热导致焰火材料反应。这种反应导致将热和辐射颗粒排入周围环境中。
还应理解，如果需要，在焰火式点火器中焰火材料可以用其他装置如机械始爆器(primer)而点燃。
如图5B所示火点器装置582b是火花放电点火器。如人们已知，它含有电插脚接头501b，连接器502b，本体部分503b和第一、第二电极505b和506b，两者隔开放置形成火花隙507b。
在这种火花放电点火器的典型操作中，一旦接收到适当的电信号，便通过设备的电极施加高电压势。对于给定量的能量，会在电极隙产生放电。事实上这能量的数量取决于许多与电极有关的因素，其中包括：如周围环境的性能，结构的材料及形状。产生的高能高温离子化气体或等离子体构成的放电区域会有效地将能量传递给周围环境，从而点燃可燃性混合物。
如图5c所示，点火器装置582c为加热元件点火器。如人们所知它含有电插脚接头501c，连接器502c，本体部分503c以及隔开放置并由导线508c连接在一起的第一和第二电极505c和506c。
在这种加热元件点火器的典型操作中，一旦接收到适当电信号，电流便通过与周围环境直接接触的导线。通常这种点火器常被设计成使导线悬在点火器本体上面或直接放在其上。电流通过导线使导线快速加热。取决于诸如导线尺寸和类型等因素会造成导线气化。因此能量便快速传递给周围介质，点燃可燃混合物。
本发明的上述方面将结合下列实施例更详细地描述。实施例阐述了实施本发明的各方面。应理解所有在本发明精神之内的变动都要求保护，因而本发明不应理解为受这些实施例局限。
实施例1—3
将同样的充气机调节到3个不同温度条件。每个充气机都含有由流体燃料成份(即上述的变性乙醇，ANHYDROL SOLVENTSPECIAL，PM—4061，190 Proof，由Union Carbide Chemicalsand Plastics Company Inc.所出售)和氧化剂成份组成的混合物。将各充气机开启充入体积100升的刚性桶中，监测作为时间函数的桶压。
用于三种情况中的充气机结构都是相同的，含有32.8cc(2 in3)圆柱形燃烧室和196.6cc(12 in3)惰性气体贮存室。贮存室含有98％Ar和2％He的混合物，压力为18.6MPa(2700psig)，温度为21℃(70°F)。
在各例子中，在燃烧室先注入化学计量量的燃料，再注入65％O2和35％Ar的氧化剂成份气体混合物，直至燃烧室内压在21℃(70°F)达到9.6MPa(1400psig)。
适当注入燃料氧化剂和惰性气体后，在各例子中将充气机设备在某容器中调节到适当的选定温度达2小时。采用的3个选定的温度测试条件为：
实施例1：—40℃(—40°F)
实施例2：21℃(70°F)
实施例3：90℃(193°F)结果讨论
图6显示了实施例1—3中得到的作为时间函数的桶压。
在三种情况下都达到可接受的足以使典型的驾驶员型气包充气的桶压，即达到所要求的比压对时间的关系。例如，在70毫秒内达到了数值为13psig(89.6kpa)和19psig(131KPa)之间的最大桶压。
重要的是应注意到，环境温度的变化没有显著影响气体开始流入桶前的时间间隔(称为“延迟时间”)以及最终达到的压力。
实施例4
在本例子中，同样监测作为时间函数的桶压，但这次是对一充气机，其中燃料(即上述的变性乙醇“ANHYDROL SOLVENTSPELIAL，PM—4061，190 Proof”，由Union Carbide Chemicals andPlastics Company Inc.出售)贮存在与贮存氧化剂成份的燃烧室独立并隔开的某室中。使用金属的(0.1mm厚)铝质安全隔膜使燃料贮存室和燃烧室隔开。用50％O2和50％Ar注入燃烧室(6 in3，98.3cc)至压力1000psig(6.9MPa)。
在该情况下，惰性气体贮存室(体积＝12 in3，196.6cc)注入98％Ar和2％He混合物至4200psig(29.0MPa)。
该实施例使用上述实施例1—3中所用的同样测试硬件和仪器进行。
结果讨论
图7显示了实施例4中获得的作为时间函数的桶压，它清楚地显示根据本发明使用将燃料与氧化剂分开贮存的充气机组件能实现可接受的延迟时间(如3.7毫秒)。
此处描述的充气机组件可提供许多优点例如包括：
a)通过使用流体燃料，可以产生含有很少或不含颗粒的充气气体。
b)该组件能适应使用各种燃料及燃料混合物材料，因而能在其中使用众多可方便提供及成本低廉的燃料。
c)大量氧化剂和氧化剂混合物材料能用于这种充气机组件，从而提供更大的设计和生产的灵活性。
d)这种组件设计可适应修改，例如使用辅助燃料源材料或将燃料和氧化剂分开，从而提供更多的设计和生产灵活性。
e)该组件对许多充气机要求提供了低廉的解决方案。
f)这种组件，例如通过将燃烧产物膨胀排入贮存气体，能在较低强度下提供充气气体，从而避免了上述与具有高温排放的充气机设计相关的问题。
g)该组件还能提供具有较低浓度的不完全燃烧产物的气包充气气体。
h)该组件还能在制造和贮存时提供更好的安全性。
图8—13显示了本发明的另一方面。先参见图8，它显示了一个与上述的充气机组件10类似的流体燃料式充气机组件810。它有贮存室814，扩散器组件826和燃烧室组件830。
但是流体燃料式组件810与充气机组件10的不同之处在于，如下面结合图9详细描述的那样，组件810包括一含流体燃料的点火器装置882。
参见图9，与上述的点火器装置582a相似，点火器装置882含有电插脚接头901，连接器902，和本体部分903。在该阐述的例子中这种连接器902和本体部分903是由例如尼龙或其他塑料材料构成的一体结构。
点火器装置882还含有容器910。容器910由壁912构成。壁912与含点火剂部分914一起形成封闭的贮存室916，并限定贮存流体燃料922的封闭的流体燃料贮存容积920。与之相邻的为点火剂贮存容积924，其中贮存有点火剂材料926。
因为考虑到强度、重量及耐燃料浸蚀等方面，所以容器910通常为金属如不锈钢制成。
应理解用于这种点火器装置的流体燃料，正如上述及所需要的那样，可以是气体，液体和/或细分固体形式，及其多相组合物。
适当的点火剂材料可以包括，单独或组合形式的：a)一种或多种点火材料如高氯酸钾锆(ZPP)，高氯酸钾钛(TPP)，高氯酸低氢化钛钾(titanium sub—hydride potassium perchlorate，THPP)，收敛酸铅或其他本领域已知的点火材料，b)自动点火材料如无烟火药或黑色火药，而且还可以和粘合剂材料，如已知的尼龙基粘合剂组合。
含点火剂部分914包括点火剂储蓄器930，位于电插脚接头901周围的玻璃/金属封口932，以及如果需要更好保证长时间的稳定性，还包括可破裂的隔离装置如壁934以将点火剂贮存容积924与流体燃料贮存容积920隔开。
这种隔离壁能合格地提供位于流体燃料和点火剂材料之间的耐燃料的障碍物，实现与点火剂储蓄器的无泄漏连接。因而这种隔离壁一般由铝或钢等金属构成。
应理解，本发明的点火器装置的长期性能可以通过在贮存时含有这样一个位于点火剂材料和流体燃料间的隔离壁，通过降低燃料或点火材料变质的可能性而得以改善。例如，具有固体焰火材料和流体燃料但无隔离壁的点火器装置，甚至在装置的通常设计的环境温度范围内，也会因固体加溶于液体而更易使品质下降。
容器壁912经预弱化处理，如在外表面940上含有划痕936以便点火剂926点燃时易于破裂。容器壁912还含有注入孔942，通过它可以将流体燃料适当地注入封闭的流体燃料贮存容积920中。一旦完成了燃料注入过程，则可适当地用注孔塞944将注入孔942封住。
在容器壁外部940四周及与装置本体部分903相邻处，装置882有绝缘罩946。该绝缘罩可以用各种适宜材料制成，如用E.I.Du Pont de Nemours Co.出售的TEFZEL氟代聚合物膜。含有绝缘罩可防止点火材料的不利的点燃，比如当寄生放电从充气机壳传至金属制成的燃料容器时可能发生的点燃。
装置882包括如零件950示意所示的点火装置。该点火装置950可以是桥线(bridgewire)，以用来点燃点火剂926。典型地，这种桥线形式的点火装置，一旦通过少量电流，桥线便被加热，将能量快速地通过传导传递至周围的点火材料926，使其点燃。
其它点燃点火材料的装置包括，例如，使用初级炸药的点火装置如：与爆炸化合物层或火花点燃的引火剂一起使用的半导体桥，印刷电路板，薄膜沉积桥；或使用次级炸药的点火装置如爆炸桥线或爆炸箔片。
例如，对于半导体桥，一个通过半导体桥的低电流脉冲会产生热等离子体，它凝聚于周围的点火材料从而快速而有效地将点火材料点燃。与半导体桥一起不必使用固化焰火(consolidatedpyrotechnic)，因为半导体桥已显示能直接点燃固化焰火。
标准的桥线，半导体桥，印刷电路板桥，薄膜桥或火花隙点火器都是低能量点火装置。低能量点火装置典型地使用与桥线，半导体桥，薄膜桥或印刷电路板桥相邻或位于火花隙之间的初级炸药。常见的初级炸药包括高氯酸钾锆(ZPP)，高氯酸钾钛(TPP)，高氯酸低氢化钛钾(THPP)，叠氮化铅和收敛酸铅。低能量点火装置所需的点火系统典型地是用低电压和/或电流。因此，电池或低压直流电电源，如汽车中的电源，通常能出色地用于低能量点火装置。
不幸的是，使用初级炸药的点火装置更易发生不良爆炸，如因为静电放电(ESD)而发生。因此，使用初级炸药的点火装置，如标准桥线，半导体桥，印刷电路板桥，薄膜桥和火花隙点火器典型地都是ESD敏感型的。
一般，半导体点火装置在本质上能更好地防止ESD，因为点火材料和半导体基片紧密接触。用于标准桥线点火装置的ESD防护的辅助装置包括采用：a)火花隙，b)同轴和c)次级线路设计。
另一方面，爆炸桥线和爆炸箔片点火装置通常使用次级炸药(即受到热(来自热导线的热)，火焰，或火花时不会爆炸的炸药，相反需要施加冲击波来可靠地引发爆炸)。通常，这种点火装置能比那些需要热来点燃初级炸药的点火装置运行得更快。
在这种具桥线点火装置和焰火点火材料的点火器装置的典型的运作中，一旦接到适当电信号，电流便通过桥线。因电流通过导线而产生热，接着热使焰火剂反应即点燃。这种反应使足量燃烧产物即热和辐射颗粒被排放，通过隔离障碍934进入周围环境即贮存容积920中贮存的流体燃料中。结果，燃料贮存容积920中的温度和压力上升，导致贮存室916破裂。流体燃料因此散入和汽化入周围环境。另外，来自点燃的焰火剂的燃烧产物使产生的燃料和氧化剂的混合物点燃。
现参见图10，它显示了一个与图9的点火器装置882相似的点火器装置882′。类似的零件用同样的号标加撇号(′)表示。
点火器装置882′有电插脚接头901′，连接器902′(例如由尼龙或其他塑料材料制成)，和与之形成一体结构的本体部分903′，它带有一个容器910′。该一体结构最好由金属材料如不锈钢制成。如下所述，这种点火器装置的金属结构使得能直接将装置焊于充气机壳，从而能消除最终结构中的泄漏路径。
因此，本体部分903′形成一头部960，使得能直接将点火器头部960焊于与之相连的充气机壁上。与点火器装置882相似，容器910′由壁912′构成。壁912′与含点火剂部分914′一起形成封闭的贮存室916′，并限定贮存流体燃料922′的封闭的流体燃料贮存容积920′。与之相邻的为贮存点火剂材料926′的点火剂贮存容积924′。
含点火剂部分914′包括点火剂储蓄器930′，位于电插脚接头901′周围的玻璃/金属封口932′，以及如果需要更好保证长时间的稳定性，还包括可破裂的隔离壁934′以将点火剂贮存容积924′与流体燃料贮存容积920′隔开。
因为点火器装置882′允许将点火器头部960直接焊于与之相连的充气机壁，因此，这种点火器装置很适合用于容器910′直接或间接(如通过绝缘罩)受到与环境条件相比更高压力的场合。具体地，这种将点火器头部960直接焊于与之相连的充气机壁的做法，可以允许并利于屏蔽沿电插脚接头901′四周的玻璃/金属封口932″，防止其暴露于高压。从而减少或避免不希望发生的燃料贮存容积920′暴露于氧化剂并反应的可能性。
与上述点火器装置882相似，容器壁912′经预弱化处理，例如在外表面940′上有刻痕936′，以便点火剂926′点燃时易于破裂。容器壁912′还含有注入孔942′，一旦完成了燃料注入过程，则可适当地用注孔塞944′将注入孔942′封住。
图11显示了根据本发明另一例子的点火器装置882″。点火器装置882″与图9的点火器装置882相似，其中类似零件用同样号码加双撇号(″)表示。
与上述的点火器装置882相似，点火器装置882″含有电插脚接头901″，连接器902″和本体部分903″。如上所述，连接器902″和本体部分903″是一体结构。
点火器装置882″含有容器910″，容器910″由壁912″构成。壁912″与含点火剂部分914″一起形成封闭的贮存室916″，并限定贮存流体燃料922″的封闭的流体燃料贮存容积920″。与之相邻的为如上所述的贮存点火剂材料926″的点火剂贮存容积924″。
含点火剂部分914″包括点火剂储蓄器930″，位于电插脚接头901″周围的玻璃/金属封口932″，以及可破裂的隔离壁934″。
壁912″包括侧壁970a和970b以及多孔的末端，此处称为排出端972。该多孔端可以由多孔材料制成，或者例如用相对非多孔的材料构成但含有许多穿透它的小开口或孔(此处称为燃料排放口974)。位于排出端972处的壁912″的外表面940″盖有薄密封盘976。该密封盘976可由如碳或不锈钢等材料制成，并通过环焊缝980而连接。
但应理解，该密封盘典型地也可由其他材料制成，如那些能提供密封并一般能抗御与之接触的燃料的浸蚀的材料。因此，可以采用其他材料如铝，及某些塑料和玻璃。
还应理解，也可以用其他合适的连接手段，如通过本领域中已知的适当的耐燃料的粘合剂将该密封盘连于相关的容器。
因为含有燃料排放口，所以能更好地控制燃料的排放。
在这种采用焰火点火材料的点火器装置中的典型运作中，一旦接到适当的电信号和当焰火材料点燃时，焰火材料便燃烧并将热和物质传入贮存的流体燃料中。这些现象会升高贮存室916″的压力。当贮存室916″中的压力超过密封盘976的结构承受力时，流体燃料会从燃料排放口974排出。当加热的燃料从点火器装置882″中排出时，其中至少一部分汽化并在充气机燃烧室的氧化环境中点燃。
采用这种充气机装置，流体燃料从密封的贮存室916″中的排出或排放能针对具体需求和用途更方便地加以控制或调节，从而提供多种多样的设计。
例如，因为相关的充气机燃烧室的壁的温度常低于燃料燃烧反应的反应温度，所以反应剂与这种较低温度的壁接触会使反应速度下降并可能使燃烧反应淬灭。这又会使不完全燃烧产物增加。但是，本发明的点火器装置能设计成使燃料排放远离相关充气机燃烧室的壁从而导致燃料的更有效的燃烧。
这种点火器装置能设计成使得燃料会在密封盘两侧的压力差为给定数值时通过排放口流出，而且如果或当压力差超过预定极限时，容器壁会破裂，使燃料从中释放出。
应理解，通过排放口的流体的质量流动速率在很大程度上取决于容器中的液体压力和密封盘对面介质压力之间的压力差。提高压力差是有利的，因为它们会使流体燃料更快地排放，从而使雾化更细，燃料的燃烧更有效。
还应理解，这种排放口可以适应各种方法和设计上的变动。例如：
1)排放口的式样可改变；
2)排放口可以改放在容器侧壁；或在侧壁增加排放口；
3)排放口可以是不同几何形状的，如圆形，椭圆形或缝形；
4)排放口可以与点火器装置的轴呈不同角度成形于容器壁中(如径向或周向)从而实现特定的效果。例如，从不同开口排出的燃料总体会具有角速度分量如“旋涡”；和
5)通过壁的排放口可以是直的，圆锥形或具有不规则的表面。
还应理解，在实施本发明时，将点火剂材料如焰火材料用不同方法制成一定形状是有利的，以便于打破用于隔开点火剂贮存容积和流体燃料贮有容积的隔离装置。
例如，图12显示了根据本发明另一例子的点火器装置882。点火器装置882与图10的点火器装置882′相似，其中类似零件用同样号码加三撇号()表示。因此，点火器装置882含有电插脚接头901，连接器902和带容器910的本体部分903。容器和本体部分903是整体结构且本体部分903构成头部960。容器910由壁912构成。壁912与含点火剂部分914一起形成封闭的贮存室916，并限定贮存流体燃料922的封闭的流体燃料贮存容程920。与之相邻的为贮存点火剂材料926的点火剂贮存容积924。
但点火材料926被制成具有圆锥形表面990，其以点火器装置882的轴992为中心。采用这种形状的点火剂能有利地影响与打破将点火剂贮存容积924与流体燃料贮存容积920隔开的隔离装置(如可破裂的隔离壁)相关的动力学。更具体地，这种形状的点火剂926，能更有效地，如以喷气形状将形成的燃烧产物集中于轴992，并冲击隔离装置934。即穿透隔离装置934。
点火器装置882还包括盖住圆锥表面990的任选衬里994。衬里994为圆锥形，且最好由金属制成但也可用塑料制成。应理解，含有衬里994能进一步促进所期望的隔离装置934的破裂。例如，因点火剂材料926点燃而产生的压力和热使衬里改变其原来的圆锥形并沿轴992崩塌。这种变形，同时伴有或不伴有衬里材料的额外液化，导致形成喷气物质并使其施加于隔离壁934，协助打破壁934″。
尽管在图12中显示了某形状的点火剂材料并且结合图10所示点火器装置进行描述，其中点火器装置形成头部960以将其与充气机壁焊连，但是应理解，使用这种形状的点火剂是不受限制的，而且这种点火剂能用于本发明的不是这种类型的点火器装置。
结合下列阐述本发明该方面的实施例更详细地阐述本发明。应理解，所有属于本发明精神之内的变动都应受保护，因此应理解本发明不受该实施例的局限。
实施例5
采用如图8所示的充气机结构。该充气机结构有6 in3的(98.3cc)圆柱形燃烧室，注有65％O2和35％Ar的混合物以及12in3(196.6cc)惰性气体贮存室，它含有3200psig(22.1MPa)和70°F(21℃)下的98％Ar和2％He的混合物。
采用的点火器装置的设计类似图9所示，具有桥线点火装置和焰火点火材料。采用的燃料是如上所述的变性乙醇，“ANHYDROLSOLVEMT SPECIAL，PM—4061，190 Proof”，由Union CarbideChemicals and Plastics Company Inc.出售。其用量用当量比表示为0.8。点火剂材料是200mg ZPP(高氯酸钾锆)。
将点火装置装入燃烧室后，在燃烧室中注入氧化剂混合物，直至燃烧室压力在70°F(21℃)为1600psig(11MPa)。
再将充气机开启充入刚性桶(体积为100升)，并监测作为时间函数的桶压。
结果讨论
图13显示了实施例5中获得的作为时间函数的桶压。
该测试的重要结果是从起始到气体流入桶之间的时间间隔(即“延迟时间”)较短，约2.2ms。此外，因为这样短的延迟时间反映了装置的性能足够用于具体应用，所以这些结果表明可以进一步进行设计改进，如通过减小燃烧室的尺寸从而减轻其重量以及减少所需的燃料贮存压力和装载量。
因此，本发明的流体燃料式点火器装置可以，例如，提供众多好处，包括具有出色的性能如短的延迟时间。
此外，本发明的流体燃料式点火器装置能得到能安全地提供更多设计和制造灵活性的充气机组件。
例如，点火器装置可以在调控良好的环境中制造和适当地注入燃料，或者在原位或者在远离制造和装配充气机组件其余部分的地方进行。例如，可以在将点火器装置装入充气机组件之前而完成燃料泄漏检测。这种燃料加工和操作方式比在充气机装配、注入并连接(如焊接)的同一场所进行燃料操作更安全和更方便。
此外，对于这种点火器装置，可以按要求很好地控制流体燃料装载相对于点火装置的位置。
此处的说明的本发明可以在缺省没有具体公开的某一元件、零件、步骤、组分或成份等的情况下，合适地加以实施。
上述详细描述仅仅是为了清楚理解而给出的。不应理解为有任何非必要的限制，因为落于本发明范围内的改动对于本领域的熟练技术人员是显而易见的。

Claims (50)

1.一种用于使可充气装置充气的设备(10)，其特征在于，该设备包括：
第一室(60)，其中至少一种流体燃料和至少一种氧化剂燃烧产生包括热燃烧气体的燃烧产物，该第一室包括至少一个气体出口(70)和通常关闭该气体出口的封闭装置(72)，流体燃料和氧化剂的燃烧使该第一室中的温度和压力上升，该第一室的封闭装置适合在当该第一室中的压力增加达到预定值时打开，从而使至少一部分热燃气体从该第一室中排出，
含有压缩贮存气体的第二室(14)，一旦气体出口封闭装置打开，则该第二室与第一室流体相通，从第一室排出的热燃烧气体与压缩贮存气体混合产生充气气体，该第二室包括至少一个气体出口(46)和通常关闭该气体出口的封闭装置(50)，该热燃烧气体与压缩贮存气体的混合使第二室中的温度和压力上升，该第二室的封闭装置适合在从第一室中排出的热燃烧气体与压缩贮存气体混合产生充气气体之后，当第二室中的压力增加达到预定值时打开，从而使至少一部分充气气体从第二室中排出，使装置充气，以及
用于引发至少一种流体燃料和至少一种氧化剂燃烧的点火器装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，流体燃料包括气体形式。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，流体燃料包括液体形式。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，流体燃料含H2。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，流体燃料包括烃基燃料。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，烃基燃料选自环烷烃，烯烃和链烷烃。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，烃基燃料选自醇、醚和酯。
8.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，烃基燃料含有的碳原子不超过四个。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，烃基燃料选自乙醇和丙醇。
10.如权利要求5所述的设备，其特征在于，烃基燃料含有少量水。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，流体燃料包括细分固体形式。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，细分固体液体燃料包括碳质材料。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，细分固体液体燃料包括纤维素材料。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，纤维素材料选自醋酸纤维素，甲基纤维素醚和硝酸纤维素。
15.如权利要求1—14所述的设备，其特征在于，第一室(60)含有当量比为0.4≤φ≤1.6的燃料和氧化剂。
16.如权利要求1—15所述的设备，其特征在于，还包括靠近所述点火器装置(482)的辅助燃料源贮存室(492)，它含有辅助燃料源材料(493)，点火器装置引发辅助燃料源材料将辅助燃料释放进入第一室(460)，该辅助燃料与流体燃料和氧化剂混合形成燃烧后会产生燃烧产物的可燃性混合物。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，辅助燃料源材料(493)含有至少一种金属氢化物。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，辅助燃料源材料(493)含有氢化锂。
19.如权利要求1—15所述的设备，其特征在于，还包括至少一种不含燃烧氧化剂的流体燃料的流体燃料贮存部件，该流体燃料贮存部件包括可破裂的弹性壁贮囊(390)，它由对第一室的流体燃料不渗透的材料组成，其中贮存至少一种不含燃烧氧化剂的流体燃料，该贮囊被置于第一室中，且点火器装置(382)被安排成先打破该可破裂壁贮囊，然后在该第一室中点燃流体燃料和氧化剂。
20.如权利要求1—15所述的设备，其特征在于，还包括流体燃料贮存部件(284，288)，它包括贮存至少一种不含燃烧氧化剂的流体燃料的封闭的贮存室(287)，该封闭贮存室包括至少一个燃料出口(285)和通常关闭该燃料出口的封闭装置(288)，当打开时该燃料出口使贮存室与第一室流体相通。
21.如权利要求19或20所述的设备，其特征在于，贮存在贮存部件(287，390)中的不含氧化剂的流体燃料选自：H2，细分固体燃料和烃基燃料，其中烃基燃料选自：环烷烃、烯烃和链烷烃和醇、醚和酯。
22.如权利要求1—21所述的设备，其特征在于，点火器装置(82)包括火花放电装置，加热元件或焰火点火器装置。
23.如权利要求1—22所述的设备，其特征在于，第一室封闭装置(72)和第二室封闭装置(50)中至少有一个是压力敏感型的，
其中当第一室封闭装置(72)是压力敏感型时，因流体燃料和氧化剂的燃料而引起的第一室(60)中的压力上升使得第一室的封闭装置打开，以及
当第二室封闭装置(50)是压力敏感型时，在热燃料气体与压缩贮存气体的混合而引起的第二室(14)中的压力上升使第二室封闭装置打开。
24.如权利要求1—22所述的设备，其特征在于，第一室封闭装置(50)和第二室封闭装置(72)中至少有一个包括压力无关型封闭装置，它由与压力无关的装置打开。
25.一种气包充气机点火器装置(882)，其特征在于，包括：
容器装置(910)，它用于限定贮存至少一种流体燃料(922)的流体燃料贮存容积以及与该流体燃料贮存容积相邻的贮存点火剂材料(926)的点火剂贮存容积(924)；和
用于点燃点火剂材料的装置，从而至少产生足够的燃料产物，用于打破容器装置进而释放燃料。
26.如权利要求25所述的充气机点火器装置，其特征在于，流体燃料贮存容积(920)位于封闭的贮存室(916)中。
27.如权利要求26所述的充气机点火器装置，其特征在于，该封闭的贮存室包括至少一个经预弱化处理过的壁，以使它在点火剂材料点燃时易于打破。
28.如权利要求25—27所述的充气机点火器装置，其特征在于，有一个可破裂的隔离装置(934)将流体燃料贮存容积(920)与点火剂贮存容积(924)隔开。
29.如权利要求28所述的充气机点火器装置，其特征在于，点火剂材料制成一定形状，以便将冲击力集中并沿轴导向可破裂隔离装置(934)，以利于点火剂材料点燃时打破可破裂隔离装置。
30.如权利要求25—29所述的充气机点火器装置，其特征在于，用于点燃引火剂材料(926)的装置(950)，当点燃点火剂时还产生足量的燃料产物以点燃至少一部分从中释放出去的燃料。
31.如权利要求25—30所述的充气机点火器装置，其特征在于，点火剂材料(926)为焰火材料。
32.如权利要求25—31所述的充气机点火器装置，其特征在于，点火装置还包括静电放电防护装置。
33.如权利要求25—32所述的充气机点火器装置，其特征在于，流体燃料(922)包括气体形式。
34.如权利要求25—32所述的充气机点火器装置，其特征在于，流体燃料(922)包括液体形式。
35.如权利要求25—32所述的充气机点火器装置，其特征在于，流体燃料(922)包括细分固体形式。
36.如权利要求25—32所述的充气机点火器装置，其特征在于，流体燃料(922)包括流体燃料的多相组合，其中至少有选自：气体，液体和细分固体的两种形式。
37.如权利要求25—36所述的充气机点火器装置，其特征在于，点燃点火剂材料(926)的装置(950)包括爆炸性的桥线爆筒(bridgewire squib)。
38.如权利要求25—36所述的充气机点火器装置，其特征在于，点燃点火剂材料(926)的装置(950)包括爆炸箔片点火器。
39.一种用于使可充气装置充气的设备(810)，其特征在于，该设备包括：
第一室(830)，其中至少一种流体燃料和至少一种氧化剂燃烧产生包括热燃烧气体的燃烧产物，该第一室包括至少一个气体出口和通常关闭该气体出口的封闭装置，流体燃料和氧化剂的燃烧使该第一室中的温度和压力上升，该第一室的封闭装置适合在当该第一室中的压力增加达到预定值时打开，从而使至少一部分热燃气体从该第一室中排出，
含有压缩贮存气体的第二室(814)，一旦气体出口封闭装置打开，则该第二室与第一室流体相通，从第一室排出的热燃烧气体与压缩贮存气体混合产生充气气体，该第二室包括至少一个气体出口和通常关闭该气体出口的封闭装置，该热燃烧气体与压缩贮存气体的混合使第二室中的温度和压力上升，该第二室的封闭装置适合在从第一室中排出的热燃烧气体与压缩贮存气体混合产生充气气体之后，当第二室中的压力增加达到预定值时打开，从而使至少一部分充气气体从第二室中排出，使可充气装置充气，以及
如权利要求25—38中之一所述的用于引发至少一种流体燃料和至少一种氧化剂燃烧的气包充气机点火器装置。
40.一种使汽车可充气安全装置充气的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
在第一封闭室(60)中燃烧至少一种流体燃料和至少一种氧化剂以产生包括热燃烧气体的燃烧产物，其中第一封闭室包括至少一个通常被封闭装置(72)封闭的气体出口(70)，该燃烧使第一室中的温度和压力上升，
当第一室的压力增加达到预定值时，打开第一室封闭装置，从而将热燃烧气体从第一室排入含有压缩贮存气体的第二室(14)，
在第二室中混合排出的热燃烧气体和压缩贮存气体以产生充气气体，其中第二室包括至少一个通常被封闭装置(50)关闭的气体出口(46)，该混合使第二室中的温度和压力上升，
在从第一室排出的热燃烧气体与压缩贮存气体混合产生充气气体以及当第二室的压力增加达到预定值时，打开第二室出口封闭装置，将充气气体从第二室中排出使可充气的安全装置充气。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，流体燃料包括气体或液体形式。
42.如权利要求40所述的方法，其特征在于，流体燃料包括烃基燃料。
43.如权利要求40所述的方法，其特征在于，流体燃料包括细分固体形式。
44.如权利要求40—43所述的方法，其特征在于，在当量比为0.4≤φ≤1.6间进行该方法。
45.如权利要求40—44所述的方法，其特征在于，还包括引发辅助燃料源材料(493)释放辅助燃料进入第一室(460)的步骤，辅助燃料与流体燃料和氧化剂混合形成可燃性混合物，供燃烧以产生燃烧产物。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，辅助燃料源材料含有至少一种金属氢化物，较佳为氢化锂。
47.如权利要求40—44所述的方法，其特征在于，至少一种不含燃烧氧化剂的流体燃料被贮存在可破裂的弹性壁贮囊(390)中，它由对至少一种流体燃料不渗透的材料组成且贮囊被置于第一室(360)内，该方法不包括在燃烧之前打破贮囊释放出燃料与氧化剂接触的步骤。
48.如权利要求40—44所述的方法，其特征在于，还包括将至少一种不含燃烧氧化剂的流体燃料贮存在封闭的贮存室(287)中，该封闭贮存室包括至少一个燃料出口(285)和通常关闭该燃料出口的封闭装置(288)，该方法还包括在燃烧之前打开封闭装置使燃料与第一室中的氧化剂相通。
49.如权利要求40—48所述的方法，其特征在于，第一室封闭装置和第二室封闭装置(72，50)中至少有一个是压力敏感型的，
其中当第一室封闭装置(72)是压力敏感型时，因流体燃料的氧化剂的燃料而引起的第一室(60)中的压力上升使得第一室的封闭装置打开，以及
当第二室封闭装置(50)是压力敏感型时，在热燃料气体与压缩贮存气体的混合而引起的第二室中的压力上升使第二室封闭装置打开。
50.如权利要求40—48所述的方法，其特征在于，第一室封闭装置和第二室封闭装置(72，50)中至少有一个是压力无关型封闭装置，它由与压力无关的装置打开。
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