CN1175523A - 混合式充气机 - Google Patents

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Abstract

用于一气胀式安全系统的混合式充气机。在一实施例中,混合式充气机使用一双功能启动器,使得来自于启动器的燃烧产物既通过与推进剂直接接触而点燃该推进剂,又推动一投射顶针穿过一输出隔盘以释放储存的压缩介质。在另一实施例中,混合式充气机的硬件结构允许在所有位于推进剂附近的硬件连接之后再向充气机加入推进剂,这种连接需要采用焊接,事实上已采用焊接。

Description

混合式充气机
本发明涉及气涨式安全系统领域，尤其是涉及一种混合式充气机。
汽车气涨式安全系统充气机的发展已带来了单纯压缩气体充气机、单纯推进剂充气机和混合式充气机的开发。对于上述每种类型的充气机当然有许多设计考虑。在所有这三种系统中，两个主要的设计考虑是，为使操作有效，在预定的时间内空气/安全气囊必须膨胀预定的量。为此，绝大多数开发工作都旨在如何在充气机与空气/安全气囊之间建立气流通道以及如何将其气流供给空气/安全气囊从而满足上述目的。在混合式充气机中，其既需要释放储存的压缩气体又需点燃一气体和/或热生推进剂，因此需要以一种能满足上述目的的方法来既建立通向空气/安全气囊的气流通道，又点燃推进剂。
另一越来越重要的目的是充气机的组装方法。复杂的硬件结构通常需要复杂的组装过程，这就增大了充气机的总成本。当然，在组装过程中不应对充气机的特性产生不利影响，以及提供一种足够安全的组装方法也是重要的。
本发明的第一方面涉及用于气涨式安全系统的一种混合式充气机，其采用一种双功能启动器。该混合式充气机具有一储存有合适的压缩介质(例如流体和/或气体)的充气机壳体和一储存有合适的气体/热生成材料或推进剂以向气涨式安全系统的空气/安全气囊输送气流的气体发生器。一第一隔盘起动之初将混合式充气机与空气/安全气囊隔开。设置有一触发装置，它包括至少一种易燃材料，当需要启动系统时，点燃该易燃材料。来自于触发装置的燃烧产物设置成与推进剂直接接触以点燃该推进剂。来自于触发装置的这些相同的燃烧产物还推进一弹丸通过第一隔盘，以便启动从充气机到空气/安全气囊的气流。
在该第一方面的一实施例中，弹丸除了顶破第一隔盘提供启动通向空气/安全气囊的气流之外，还具有一个功能。例如，弹丸可设置在气体发生器的端部并且至少部分地与第一隔盘对齐。通过选择弹丸的合适的形状和/或其与气体发生器端部的相互关系，其中弹丸通过该气体发生器顶破第一隔盘，该弹丸也可用来密封气体发生器的这一端部。迫使燃烧气体和/或来自于触发装置的其它燃烧产物在经折断的第一隔盘流出充气机之前从气体发生器流入储气壳体中可能是合乎需要的。当使用产生易燃气体的推进剂时，可降低在空气/安全气囊内这些易燃气体燃烧的可能性。
在该第一方面的另一实施例中，内置一传爆管并且与气体发生器壳体隔开。所有推进剂都设置在气体发生器壳体与传爆管之间的空间内，并且传爆管包括若干开口。触发装置的输出直接进入传爆管内并且接着经传爆管的开口流出以点燃推进剂。这就降低了启动触发装置对推进剂的结构完整性产生不利冲击的可能性。传爆管也可用来将触发装置的输出直接作用于上述弹丸，以将其推过第一隔盘。
本发明的第二方面涉及一种其中间设置有输出隔盘的混合式充气机。一充气机壳体具有以第一距离隔开的第一与第二端部，并且一合适的压缩介质盛装在该充气机壳体内。充气机还包括一气体发生器，其内盛装有气体/热生成材料或推进剂；还包括一输出通道，其与充气机壳体及所述气体发生器壳体的至少其一以流体互连。一第一隔盘设置在该输出通道内并且其构成从充气机的输出与气涨式安全系统的空气/安全气囊之间的隔板。该第一隔盘设置在离充气机壳体每一端为第一距离(充气机长度)的至少大约40％处。与本发明第一方面有关的上述各特征也可用于本发明的第二方面。
本发明的第三方面大体上涉及一种多腔混合式充气机。该充气机包括第一壳体和第二壳体组件。该第二壳体组件与第一壳体相连并设置在其内(例如同心地设置)。第二壳体组件包括一第一腔，其内设置有一合适的气体/热生成材料或推进剂。一第二腔由第一壳体与第二壳体组件之间的空间限定并且在静态下或启动充气机之前盛装有合适的压缩介质。第二腔与第一腔总保持流体连通从而使第一腔也盛装有压缩介质。
该第三方面的第二壳体组件还包括一第三腔。一第一隔盘与第三腔相连并在空气/安全气囊与充气机之间提供起初的隔离。第三腔与第二腔流体连通，但与第一腔实质上隔开。因此，当第一腔内的推进剂点燃时，燃烧气体从第一腔流入第二腔，并且接着流向第三腔。当第一隔盘被顶破后，建立了从充气机到空气/安全气囊的流通。
在该第三方面的一实施例中，第一方面的上述双功能弹丸可用作将第一腔与第三腔隔开的装置。对于本发明的第一与第二方面，上述所有其它特征也可用于该第三方面。
在该第三方面的另一实施例中，第二壳体组件包括带有一个侧壁和两个开口端的一中央壳体。充气机触发装置设置并封闭在中央壳体的一个开口端内并合适地固定于其上(例如通过焊接)。在中央壳体内部设置有一隔板(例如通过压入配合)以限定第二壳体组件的第一腔及触发装置。一喷散器组件设置并封闭在中央壳体的另一开口端内并且合适地固定于其上(例如通过焊接)，以限定第二壳体组件的第三腔及该喷散器组件。由于隔板与中央壳体接合并且其上根本没有任何开口，因此实质上可以限制从第一腔直接流向第三腔的任何流通。此外，通过将隔板压入配合在中央壳体内，这也允许在完成位于推进剂附近的全部焊接后将推进剂装入中央壳体内。
本发明的第四方面涉及充气机的一种组装方法。该充气机包括一储气壳体；带有第一和第二开口端的一中央壳体；气体/热生成材料或推进剂；一隔板；以及一喷散器组件。该方法包括通过储气壳体将中央壳体设置在一开口内，并将中央壳体与储气壳体焊接在一起的步骤。一气体生成材料点火装置设置在中央壳体的第一开口端并且焊接于其上。此后，通过其第二开口端将气体生成材料装入中央壳体内邻近于点火装置的位置。这样，其允许在完成将充气机各元件相互连接所需的所有焊接之后，将推进剂装入充气机内。
一旦以上述方法装入推进剂，可通过中央壳体的第二开口端将隔板装入中央壳体内并与该中央壳体合适地相连(例如通过压入配合其内)。这将中央壳体分隔成两个不同的腔，推进剂位于这些腔中的一个之内。然后可将喷散器组件设置在中央壳体的第二开口端，以焊接于其上。
图1是一种汽车气涨式安全系统的简图；
图2A-B分别是混合式充气机一实施例与其一放大部分的纵向剖视图；
图3是对于实施例2的推进剂组合物的充气机内部压力与时间的特性曲线；
图4是对于实施例2的推进剂组合物的接收腔内部压力与时间的特性曲线；
图5是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图；
图6A-D分别是图5中的充气机在操作过程中不同时刻阀与隔盘的放大的纵向剖视图；
图7A-D分别是图6A-D的阀的端视图；
图8是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图；
图9是中央壳体沿图8的9-9线截取的剖视图；
图10是位于气体发生器壳体的第一与第二腔之间的图8的隔板的顶视图，特别是表示了推进剂口的方位；
图11A-C分别是图8中的充气机在操作过程中不同时刻阀与隔盘的放大的纵向剖视图；
图12表示在操作过程中图8的充气机不同腔内的压力；
图13A-D表示不使用阀/阀系统时在操作过程中图8的充气机不同腔内的压力；
图14A和B是图5与8的混合式充气机的阀的不同实施例的剖视图；
图15是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图；
图16是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图；
图16A是图16中的混合式充气机的一种变形；
图16B是图16A中的混合式充气机的一种变形；
图17，18和19表示形成图8的充气机的环形储气壳体的一种方法；
图20是另一实施例的模具剖视图；
图21是图20的模具的局部放大剖视图；
图22，23和24表示形成图2，5或15的充气机储气壳体的一种方法；
图25是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图；
图26是一混合式充气机另一实施例的纵向剖视图。
下面结合附图描述本发明，其中附图有助于说明本发明的各种特征。按此，本发明大体上涉及用于汽车气涨式安全系统的混合式充气机。即，本发明涉及这样的一种充气机，它既采用一储存的压缩气体，又采用气体和/或热生成推进剂。Hamilton等的美国专利US5230531公开了各种类型的混合式充气机，该专利转让给了本申请的受让人，该专利的全部公开内容在此引作参考。
图1总体上描述了一种汽车气涨式安全系统的一实施例。该气涨式安全系统10的主要元件包括一检测器14；一充气机26；和一空气/安全气囊18。当检测器14检测到需要膨胀空气/安全气囊18(例如一预定的减速度)的状况时，将一信号输入充气机26，以从充气机26内经管路22向空气/安全气囊18释放气体或其它合适的流体。
图2所示的充气机30为一种混合式充气机，并可用来代替图1中的气涨式安全系统10中的充气机26。因此，充气机30包括一盛有压缩介质36的瓶或充气机壳体34，其中在合适的时刻将压缩介质提供给空气/安全气囊18(图1)；还包括一气体发生器82，它产生燃烧气体以增大通向空气/安全气囊18的气流(例如通过产生热来膨胀压缩介质和/或通过产生附加气体)。正如下面将更详细地描述的那样，可使用一枪弹型推进剂(例如一高温富油推进剂)来形成位于气体发生器82内的推进剂颗粒90，并且可采用至少一种惰性气体(如氩)和氧的混合物作为压缩介质36。对于本发明的一个或多个方面，压缩介质最好包括从大约70％-大约92％的以摩尔计量的惰性流体和从大约8％-大约30％的以摩尔计量的氧，并且更好的是压缩介质包括从大约79％-大约90％的以摩尔计量的惰性流体和从大约10％-大约21％的以摩尔计量的氧。
充气机壳体34与气体发生器82相互连接，其中气体发生器82设置在充气机壳体34内，以减少充气机30所需的空间。更确切地说，将一空心喷散器38焊接到一空心轴套66(例如其直径约为1.25英寸)的一端。喷散器38具有若干排排气孔40(例如80个排气孔40，每一孔的直径约为0.100英寸)，通过这些排气孔提供一种来自于充气机30的“非猛烈输出”；并且一滤网58设置在排气孔40附近。一隔盘70适当地设置在轴套66内并焊接于其上，以将压缩介质36起初保持在充气机壳体34内。当需要释放时，带有一大致为锥形头的投射顶针50被推过隔盘70。特别是，投射顶针50位于隔盘70凸出侧的圆桶54内，并且，当从气涨式安全系统10(图1)接收到一适当的信号时由启动器46的触发而推动。设置一环62，以便在点火前将投射顶针50初始夹持定位。
一带孔的套筒74焊接于隔盘70和/或轴套66的端部。带孔套筒74为空心形并包括若干孔口78(例如4个孔口78，每个孔口的直径约为0.201英寸)，从而当由投射顶针50顶破隔盘70时，使充气机壳体34的内部与轴套66及喷散器38的内部流体连通。此外，气体发生器82，特别是气体发生器壳体86焊接于带孔套筒74上，以完成充气机壳体34与气体发生器82的相互连接。
气体发生器壳体86包括若干推进剂颗粒90，当被点燃时，其产生加热的推进剂燃烧气体，以增大通向空气/安全气囊18(图1)的流量。推进剂颗粒90由一推进剂套筒94保持在气体发生器壳体86内，其中由一滤网104和挡板100将套筒94与位于气体发生器壳体86的端部96的气体发生器输入喷口98隔开。正如下面将要描述的，可由一枪弹型推进剂形成推进剂颗粒90，并且其是“无烟的”。但是，颗粒90大致为圆柱形，它带有伸过其中央部分的一单孔。也可采用其它合适的推进剂颗粒构造，并且这至少部分取决于所使用的具体的推进剂配方。
在气体发生器壳体86的端部96设置有一单个(或多个)气体发生器输入喷口98(例如直径大约为0.516英寸的一单个喷口98)并且该喷口大体上朝向离开隔盘70的方向。气体发生器壳体86的侧壁上也包括若干周向隔开的输出或排气喷口200(例如，一“排”4个喷口200，每个喷口的直径约为0.221英寸)。可能需要改变这些喷口200轴向位置(它们可大体上位于壳体86的中部)，尽管将位置定在更靠向输出喷口处可加强操作。然而，可能需要改变喷口200的数量。采用在气体发生器壳体86的侧壁上具有排气喷口200和在壳体86的端部96上具有输入喷口98的这种构造，在推进剂颗粒90燃烧的过程中，压缩介质36经输入喷口98被吸入气体发生器壳体86内，并且混合气体从气体发生器壳体86内经喷口200流出壳体86。更确切地，靠近气体发生器壳体86的侧壁的压缩介质36的流动产生将压缩的介质36经输入喷口98吸入气体发生器壳体86内的一压差。这至少当产生某些类型的燃气(燃烧气体)时，可大大改善充气机30的性能，对此将在下面更详细地描述。
气体发生器82包括在适当的时刻点燃推进剂颗粒90的一点火装置114。该点火装置114至少部分设置在气体发生器壳体86内投射顶针50与推进剂颗粒90之间，并且大体上包括一致动活塞124、和至少一个撞击雷管120及用作一活化剂的点火/助燃材料144。特别是，一致动导管140啮合带孔套筒74的端部与气体发生器壳体86的内壁，因此该致动导管140至少发挥以下功能，即至少包括位于其内的致动活塞124的一部分并导引该致动活塞124。一雷管夹持器116啮合致动导管140的端部并且封装有若干传统的撞击雷管120，这些雷管120大致位于点火/助燃材料144附近。点火/助燃材料144通常由一装填杯148保持在雷管120附近。一种合适的点火/助燃材料144的例子有RDX铝助燃材料，其组分是89％的RDX、11％的铝粉，添加有0.5％的羟脯氨酰纤维素。一夹持器108和挡板112位于雷管夹持器116与推进剂套筒94之间。在通过卷边而非焊接来将气体发生器壳体86连接到带孔套筒74的情况下，气体发生器壳体86在操作过程中可具有伸长的趋势。因此，为了保持前述元件间固定的相互关系，例如在夹持器108与挡板112之间可设置一波纹形弹性垫圈(未示出)。
致动活塞124可滑动地设置在致动导管140内并且包括一连续的边缘凸起件(或凸起凸缘)128，它与雷管120大致对齐。可以理解，可由若干凸起件(未示出)来取代大致连续的凸缘凸起件128。一碟形垫圈136设置在致动导管140与致动活塞124之间并且与这两者的一部分啮合(经一衬套126)，以将致动活塞124起初保持在离开雷管120的位置。因此，可减少将致动活塞124与雷管不当地啮合的可能，这种啮合会致动气体发生器82。然而，在投射顶针50穿过隔盘70后，由投射顶针50传到致动活塞124的能量足以克服碟形垫圈136，从而凸起凸缘128可作用给雷管120足够的力，以点燃至少一个这种雷管120。这又依次点燃点火/助燃材料144，并且从而点燃推进剂颗粒90。
在气体发生器82的操作过程中，雷管120可能被侵蚀并允许由推进剂颗粒90产生的燃烧气体流过雷管120。燃气以这种方式的任何泄漏都会对充气机30性能的一致性产生不利影响。但是，这些气体最好作用于致动活塞124上，以推动活塞124与致动导管140密闭地啮合。这给气体发生器壳体90提供了密封，其实质上可以抑制气体的任何泄漏。因此，燃气如希望地流经气体发生器喷口98。
总而言之，充气机30的操作是：检测器14(图1)向启动器46输送一信号以推进投射顶针50。投射顶针50起初穿过隔盘70，以打开充气机壳体34与空气/安全气囊18(图1)之间的通路。投射顶针50继续前进直到其冲击致动活塞124为止，由此而使连于其上的凸起凸缘128撞击至少一个对齐的雷管120。结果，点燃点火/助燃材料144，由此又点燃推进剂颗粒90。在壳体86内的颗粒90燃烧的过程中，压缩介质36从充气机壳体34经位于壳体86端部96的输入喷口98被吸入气体发生器壳体86内。这是由靠近气体发生器壳体86的侧壁的压缩介质36的流动所造成的，其中压缩介质36的流动产生一压差。压缩介质36的这一“被吸入”可促进燃气与压缩介质36在壳体86内的混合，并且正如下面将更详细地描述的那样，当氧包含在压缩介质36内与具有大量的一氧化碳和氢的燃气反应时，这尤为需要。尽管如此，气体从气体发生器壳体86经位于壳体86侧壁上的排气喷口200排出。照此，通过混合压缩介质36与来自气体发生器壳体86的燃烧产物使其如希望地增大流向空气/安全气囊18的流通(图1)。
如上所述，混合式充气机30可采用一枪弹型推进剂作为推进剂颗粒90的组成，并且采用至少一种惰性气体与氧的混合物作为压缩介质36。在此使用的枪弹型推进剂为高温、富油推进剂，例如单基、双基或三基推进剂，和硝胺推进剂例如LOVA或HELOVA推进剂。更具体地说，传统的枪弹型推进剂是那些具有从大约2500°K-3800°K，并且一般大于约3000°K的燃烧温度范围，和不带过多氧的富油推进剂，这些推进剂产生大量的CO和H2。这些推进剂中过量的燃料一般需要在储存的气体中有5-25摩尔克分子百分数之间的附加氧，或者有时甚至15-40摩尔百分数之间的附加氧，以促进达到CO2和H2O的反应平衡。
可用作混合式充气机30推进剂颗粒90的特指“传统”枪弹型推进剂包括一种双基无烟形推进剂HPC-96，按重量百分比其组成为：约76.6％的硝化纤维，其中约13.25％为氮；约20.0％的硝化甘油；约0.6％的乙基中定剂；约1.5％的硝酸钡；约0.9％的硝酸钾；和约0.4％的石墨。HPC-96可由Delaware Wilmington的Hercules有限公司购得。由于这种特别的双基推进剂包括作为主要成分的硝化纤维，其不能满足现有汽车工业标准的长期热稳定性，尽管其确实能进行所需的射击操作。
LOVA推进剂(低脆性弹药)和HELOVA推进剂(高能、低脆性弹药)是可用作推进剂颗粒90的另一种“传统”枪弹型推进剂，例如一种M39号LOVA推进剂，其按照重量百分比的组分为：约76.0％的RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)；约12.0％的纤维素乙酸盐丁酸盐；约4.0％的硝化纤维(12.6％的氮)；约7.60％的乙酰三乙基柠檬酸盐；和约0.4％的乙基中定剂。M39号LOVA推进剂可由位于Indianhead，Maryland的Naval Surface Warfare和欧洲(瑞典)的Bofors得到，在没有过量的氧的情况下可产生约32摩尔克分子百分数的CO3和约30摩尔克分子百分数的H2。LOVA和HELOVA推进剂优于已有的双基推进剂，因为其通过了现有美国汽车工业热稳定性标准，而双基推进剂则未通过。然而，为稳定地燃烧LOVA和HELOVA推进剂，需要相对较高的操作压力。尽管HPC-96与LOVA推进剂有如此特性，但其确实表现了本发明的至少一些原理/特征。
由于枪弹型推进剂的特性，当其用作推进剂颗粒90的组成以及同时将氧用作压缩介质的一部分时，同现有的设计相比，可降低用于气体发生器82的推进剂的量，现有的设计采用例如20-30克的FN 1061-10，其可从本申请的受让人得到(FN 1061-10按照重量百分比的组分为：约7.93％的聚氯乙烯；7.17％的二辛基己二酸；0.05％的碳黑；0.35％的稳定剂；8.5％的苏打草酸盐；75％的高氯酸钾和约1％的卵磷脂)。例如，一般地对于用作推进剂颗粒90的组成的枪弹型推进剂来说，其总的颗粒重量范围(在乘客侧的应用中)为约10克-约12克，并且最好是小于约15克。在这种情况下，最好采用约150克-约190克的压缩介质36，其中所含的氧按摩尔计量大约占10％-30％。更具体地说，当采用大约169克的压缩介质36时，其中大约15％摩尔百分比为氧，则推进剂颗粒90的总重量可为约10.4克。对于驾驶员侧的应用来说，所需的推进剂颗粒90的量可为约5克，而对于侧部充气机的应用来说，大约为1.5克。
同上述FN 1061-10推进剂组分相比，枪弹型推进剂量的上述减少也可表示为压缩介质36的重量相对于推进剂颗粒90总重量的比率。对于FN1061-10推进剂，本申请的受让人现使用这样的一种比率，即氩的重量(即与本发明的压缩介质相应的储存气体)与FN 1061-10推进剂重量的比为7.04。如果使用一枪弹型推进剂，为取得与使用FN 1061-10的充气机同样输出、重量和尺寸的充气机，压缩介质36的重量相对于推进剂颗粒90总重量的比率从大约10到20，更好是从大约14到18，最好是大于约15。可以理解，通过使用更热的推进剂，可进一步增大这些比率，这样甚至需要更少的推进剂。照此观点，由于枪弹型推进剂的输出气体基本上不含热的颗粒物质，因此充气机可以以比含有颗粒的充气机如现有技术中的混合式充气机高的温度输出气体。由于较高温度的气体相对来说更易膨胀，因此温度的这一增高可允许充气机更小和更轻。除此之外，当使用枪弹型推进剂时，充气机结构总体上可减小尺寸和重量。例如，即使当对充气机内的枪弹型推进剂使用7.04的比率时，也可取得同使用同一比率的FN 1061-10的情况时同样的输出，但采用枪弹型推进剂的充气机可比采用FN 1061-10的充气机轻和小大约50％。对于驾驶员侧的应用和采用所述方式的侧充气机来说，也可等效地使用比率7.04。
同上述FN 1061-10推进剂组分相比，枪弹型推进剂量的上述减少也可表示为总气体输出(即燃气与压缩介质36之和)的摩尔克分子量相对于推进剂颗粒90总重量的比率。对于FN 1061-10推进剂，本申请的受让人现使用一种这样的比率，即输出气体摩尔数与推进剂重量的比为0.192摩尔克分子数/克推进剂。同对于具有相同输出、重量和尺寸的充气机大体上使用一枪弹型推进剂的情况相比，输出气体的摩尔数相对于推进剂颗粒90总重量的比率从大约0.35-0.6，更好是从大约0.4-0.5，最好是约为0.5摩尔克分子数/克推进剂的范围。如上所述，对于使用枪弹型推进剂和甚至使用0.192摩尔克分子数/克推进剂时的混合式充气机，充气机的输出与使用FN 1061-10的一混合式充气机的相同，但采用枪弹型推进剂的混合式充气机的尺寸与重量减少了大约50％。
为压缩介质36所采用的多种气体允许作为推进剂颗粒90采用至少一种枪弹型推进剂组成。一般地，压缩介质36包括至少一种惰性气体与氧。合适的惰性气体包括氩、氮、氦和氖，最好为氩。压缩介质中的氧组份为多功能的。起初，氧与推进剂颗粒90的枪弹型推进剂的气态燃烧产物的反应产生一热源，促使惰性气体膨胀。这至少部分地降低了气体发生器82所需的推进剂的量。此外，氧与推进剂燃烧产物的反应也将所存在的燃气的毒性程度降低至一可接受的水平。例如，氧最好会将所存在的一氧化碳的绝大部分转化成二氧碳(例如至少将约85％的CO转化为CO2)并将存在的氢转化为水蒸汽(例如至少将80％的H2转化为H2O)，并且也可类似地消除大部分的未燃烧的碳氢化合物(例如，消除至少75％的碳氢化合物)。这样，大大地改善了上述气体发生器82的特性。即，通过靠近气体发生器壳体86的侧壁的压缩介质36的流动所产生的压差，含有氧的介质36经壳体86端部的输入喷口98被吸入气体发生器壳体86内，其中壳体86上具有排气喷口200。结果，介质36与气体生成材料的CO和富氢的燃烧产物混合，这就大大改善了气体生成材料的总的燃烧效率，改善了气体生成材料的燃烧产物与富氧介质36的混合，并且改善了推进剂颗粒90的燃烧速率。然后，气体被吸出壳体86的侧壁上的排气喷口200。因此，气体发生器壳体86的上述构造大大提高了充气机30的性能(例如通过促进氧与燃气的快速有效地混合)。
该至少一种惰性气体的量按摩尔计量，大致在约70％-90％之间，而氧的量按摩尔计量大致在约10％-30％之间。然而，如上所述，压缩介质可包括按摩尔计量大约70％-92％的惰性气体和大约8％-30％的氧。一般地，需要使用的氧的量超过理论换算值。但是，在输出气体(即燃气与压缩介质的组合物)中也通常希望氧不超过约20％。
可按下述方式装配充气机30。首先，如此装配气体发生器82：1)将挡板100和滤网104插入气体发生器壳体86内排气端部96附近；2)将推进剂套筒94插入气体发生器壳体86内；3)将推进剂颗粒90放置在推进剂套筒94内；4)将挡板112和夹持器108插入气体发生器壳体86内邻近于与发生器的排气端部96相对的推进剂套筒的端部；5)将雷管夹持器116及点火/助燃材料144和装填杯148插入气体发生器壳体86内；以及6)将致动导管140、碟形垫圈136和致动活塞124插入气体发生器壳体86内。然后，连接各部件，例如通过将气体发生器壳体86焊接于带孔套筒74上、在使投射顶针50和启动器46定位于喷散器38内之后，将喷散器38焊接于轴套66上、将隔盘70焊接在轴套66与带孔套筒74之间，以及将轴套66焊接在充气机壳体34上。在上述结构完成后，压缩介质36可被引入充气机壳体34内。在这方面并且在多种气体的情况下，氩和氧可经端部柱塞42分别引入充气机壳体34内(例如首先引入氩和/或其它惰性气体，然后引入氧；或者反之)，其中端部柱塞42焊接在充气机壳体34的端部；或者以预先混合状态被引入。
下面的实施例更加有助于描述同在混合式充气机内使用枪弹型推进剂有关的各种特征。
实施例1
上述HPC-96推进剂用来形成总重为18克的推进剂颗粒90。每一推进剂颗粒90具有大致在图2所示的形状，并具有约0.52英寸的长度或厚度、约0.29英寸的外径和约0.105英寸厚的壁板(推进剂颗粒90内外径差的一半)。此外，当在有空气的情况下点燃时，这种HPC-96推进剂具有如下特性：363493fi-lbs/lb(英尺-磅/磅)的冲量；1062卡/克的爆炸热；3490°K的Tv；26.7克/摩尔的气体克分子重量；1.2196的比热；和1.65克/立方厘米的固态密度。按照正常组分的理论计算并且假定在从发射压力膨胀到大气压力的过程中燃烧，则气体组分以摩尔百分比计为：大约26.5％的一氧化碳；19.1％的水；26.2％的二氧化碳；13.7％的氮；14.2％的氢；和0.3％的其它气体。
当HPC-96推进剂颗粒90在120℃的温度下进行工业标准Taliani热稳定性试验时，颗粒90在大约40分钟内开始褪色，并且在大约5个小时内被点燃。由于目前的工业标准需要气涨式安全系统的推进剂在107℃下承受400小时时基本上不会降解，然后当推进剂处于其自燃稳度下时，其可被点燃，因此，这可降低使用HPC-96推进剂作为推进剂颗粒90的需要性。但是，HPC-96推进剂确实说明了本发明的某些原理，因此在此加以讨论。
对于HPC-96推进剂颗粒90，大约169克压缩介质36提供给充气机壳体34，并且按摩尔百分比计算包括大约5％的氧和95％的氩。充气机30在其带孔套筒74上具有4个孔口78，每一孔口的直径为约0.266英寸，并且气体发生器喷口98的直径为约0.469英寸。在气体发生器壳体86的侧壁上未设有排气喷口200。这样，在操作过程中没有压缩介质被吸入气体发生器82内，并且所有的排气都是通过喷口98。
在充气机30操作过程中充气机壳体34内压力的变化类似于图3所示，并且在与充气机30流体连通的一100升储存箱内的压力类似于图4所示并且大致代表了空气/安全气囊18内压力的建立。从充气机30输出的气体包括按重量百分比计算，大约1.2％的一氧化碳、1.5％的二氧化碳、大于约2％的氢和大约60ppm的NOx。因此，当与上面提及的HPC-96推进剂的理论输出气体量比较时，以所述比例使用氩和氧大大降低了一氧化碳与氢的量。在该实施例中，未采用径向孔，仅采用了一个单个气体发生器输出口。
实施例2
重复实施例1的过程，当使用10.4克的HPC-96推进剂作为颗粒90并且使用大约164.4克的压缩介质36，其组分按摩尔百分比计算为，大约15％的氧和大约85％的氩。当使用这些推进剂颗粒90而致动充气机30时，其性能曲线如图3和4所示，并且充气机30以实施例1所述方式构造。此外，从充气机30输出的气体按摩尔百分比计算包括：大约2.4％的二氧化碳、大约1000ppm的一氧化碳、大约70ppm的NOx、大约38ppm的NO2和大约0ppm的氢。因此，随着氧的量从实施例1中的5％增加到15％，一氧化碳的量大大降低了，而NO与NO2未明显增多。此外，这也允许使用非常少的推进剂。
实施例3
同时使用10.4克的HPC-96和169.0克的压缩介质36组合，其中压缩介质36的组合按摩尔百分比计算包括大约15％的氧和大约85％的氩，重复两次实施例1的过程。充气机30的性能曲线类似于图3-4中所示的并且充气机30按实施例1所述的方式构成。此外，从充气机30的气体输出分别包括大约1000ppm和800ppm的一氧化碳，相应地大约1.0％和1.2％的二氧化碳，大约60ppm和50ppm的NOx，以及大约23ppm和20ppm的NO2。因此，氧量增加到15％和HPC-96量的减少，可减少一氧化碳的量，而不会明显地影响NO和NO2。此外，氧量的增加允许使用少的推进剂。
如上所述，最初考虑两种“传统”枪弹型推进剂用于应用场合--传统的双基枪弹推进剂和低脆性硝胺(LOVA)枪弹推进剂。采用传统的双基枪弹推进剂，此类系统如预料的那样表现，但未通过长期储存(例如在107℃下储存400小时)工业标准。采用LOVA枪弹推进剂，系统的性能测定为不满意，除非推进剂以非常高的压力燃烧(例如9000psi(磅/平方英寸)以上)，但这就会增加重量、成本与设计的复杂性。一般来说，充气机所用的操作压力最好不超过大约4000psi。由于在这些条件下，现有的推进剂都不满足该应用场合，因此开发了一种新的推进剂配方，其构成一类新的推进剂--一种将双基推进剂的冲击特性(在非常低的压力下很好地点燃和燃烧)与硝胺LOVA推进剂的储存特性(在107℃下储存400小时后仍性能完备)组合的推进剂。这类推进剂将被称之为一种混合式推进剂。
与基于硝化纤维的推进剂如HPC-96不同，当热稳定的枪弹推进剂用作推进剂颗粒90的组成时，其包括一次级炸药，在LOVA推进剂的情况下为一硝胺(RDX)。可用作推进剂颗粒90的组成的其它合适的次级炸药包括另一硝胺，即HMX(环四甲基四砂酸胺)；和PETN(季戊四醇四硝酸酯)与TAGN(三胺胍硝酸盐)。下页的表1给出了RDX、HEM、PETN次级炸药的具体燃烧特性。
一般地，为了取得所需的一定的冲击特性与长期热稳定性的组合(例如试图取得一双基推进剂的冲击特性与一LOVA推进剂的长期时效特性或长期热稳定性)，可将一次级炸药与一粘合组织组合作为推进剂颗粒90(以上称之为“混合式推进剂”)的组成。此处所用的词组“粘合组织”是指添加于推进剂上用来改变该推进剂的物理、化学、和/或冲击特性的一种和多种化合物。有用的粘合组织包括掺合有从粘结剂、增塑剂、稳定剂、遮光剂及其组合的组中选择的那些推进剂添加物。
            表1
    类型     火焰温度(°K)(在3000psi下)     燃烧气体产物w/o过量的O2(摩尔％)
    RDX     3348     33％N2
    25％CO
    23％H2O
    9％H
    8％CO2
    其它残留物
    HMX     3340     33％N2
    25％CO
    23％H2O
    9％H
    8％CO2
    其它残留物
    PETN     3444     19.5％CO2
    17％N2
    3％H2
    30％H2O
    24％CO2
用于混合式充气机30内推进剂颗粒90的混合式推进剂具有良好的冲击特性(即在相对低的操作压力下的燃烧速率与燃烧温度)，和具有满意的长期稳定性(例如通过统计足够数量的样品来检测承受(不点燃)107℃的温度400小时的时间条件下的长期热稳定性的一种工业测试)。另一种测试是，充气机在没有不能接受的性能损失(通常是由用户确定/指定)的前提下承受100℃的温度400小时的时间的测试。特别是，由混合式推进剂形成的推进剂颗粒90在从大约2000°K至大约3800°K的燃烧温度范围内、大约0.1英寸/秒(0.25cm/sec)-大约1英寸/秒(2.5cm/sec)的范围内的燃烧速率和在大约4000psi(27.6Mpa)或更小的操作压力(气体发生器壳体84内的压力)下燃烧。最好是，由混合式推进剂形成的推进剂颗粒90在从大约2000°K°至大约3800°K的燃烧温度范围内、大约0.3英寸/秒(0.76cm/sec)-大约0.5英寸/秒(1.26cm/sec)的范围内的燃烧速率和在大约4000psi(27.6Mpa)或更小的操作压力下燃烧。
一般地，混合式推进剂组成(配方)包括从大约50wt％-大约90wt％的次级炸药和从大约10wt％-大约50wt％的一粘合组织。更一般地，这些推进剂组成包括从大约60wt％-大约80wt％的次级炸药和从大约20wt％-大约40wt％的一粘合组织。最好是，该推进剂组成包括从大约70wt％-大约80wt％的特别的次级炸药和从大约20wt-大约30wt％的一粘合组织。在这些推进剂组成中，也可具有少量的其它添加物和不可避免的杂质(即小于组分大约5wt％的量)。
典型地，一种树脂样的粘合物质可以是用于推进剂颗粒90的一种混合式推进剂组成中的粘合组织的一部分。差不多任何类型的在普通溶剂(即丙醇、低纯度酒精等)内可溶解的粘合物质都可使用。然而，通常希望粘合物质是活性或高能化合物。即，希望粘合物质是可在上述所希望的燃烧温度与操作压力下容易燃烧的一种。此外，当同时使用一粘合物质与增塑剂时，自然希望该粘合物质与增塑剂可相容。适合于用于推进剂组分的典型的粘合物质包括，但不局限于，CA(乙酸纤维素)、CBA(乙酸纤维素丁酸盐)、EC(乙基纤维素)和PVA(聚乙烯乙酸盐)。适于用在本发明的一个或多个方面的其它的粘合物质包括CAP(乙酸纤维素丙酸盐)、叠氮聚合物、聚丁二烯、聚丁二烯氢化物、聚氨酯及其组合。所述的叠氮聚合物是同聚物与共聚物的一种，包括从由GA(环氧丙基叠氮化物)、BAMO(3，3-重(叠氮化物甲基)氧杂环丁烷)单聚物、和AMMO(叠氮化物甲基甲基氧杂环丁烷)单聚物构成的组中选择的一种单聚物。此外，GAP(一种高能环氧丙基叠氮化物聚合物)可用作一粘合物质成分并且其燃烧实质上更猛于CA。这样，所需要的是对于一次级炸药仅采用GAP作为粘合物质。然而，由于目前在GAP与CA之间成本上的显著不同，一种混合式推进剂组成可既包括GAP又包括CA粘合物质成分。
增塑剂也可是用于推进剂颗粒90的混合推进剂组成的粘合组织的一部分。如所述，该增塑剂应当与粘合物质相容。此外，很需要使用一种可挤压的粘合组织。还有，至少对于一定量的次级炸药(例如硝胺)需要使用高能增塑剂，即能在上述操作温度与压力下稳定燃烧的增塑剂。有用的高能增塑剂包括但不局限于从由诸如TMETN(三甲醇乙烷三硝酸酯)、BTTN(丁三醇三硝酸酯)和TEGDN(亚丙基二醇二硝酸盐)的硝酸盐酯增塑剂与环氧丙基叠氮增塑剂以及其它化合物诸如NG(硝化甘油)和BDNPA/F(双(2，2-二硝基丙烷)乙缩醛/缩醛)的硝酸盐酯增塑剂构成的组中选择的那些。可适于本发明的一个或多个方面的另一种增塑剂包括ATEC(乙酰基三乙基柠檬酸)。
在用于推进剂颗粒90的混合推进剂组成的粘合组织中也可包括稳定剂。例如，某些粘合物质和/或诸如上述硝酸盐酯增塑剂的增塑剂在置于一定的温度下时会分解，并且会引起推进剂颗粒90的点燃(即，当置一定的温度下时，硝酸盐酯增塑剂将会受热分解到产生点火的程度)。因此，在混合推进剂组成中可包括稳定剂，其将会与受热分解的粘合物质和/或增塑剂“起反作用”以保持稳定(例如，降低过早点燃推进剂的可能性)并由此而增大混合推进剂组成的长期稳定性。例如，在硝酸盐酯增塑剂的情况中，用于推进剂组成的稳定剂包括那些活性材料、仍然是硝酸盐受主体。合适的稳定剂包括但不局限于乙基中定剂(对称二乙基二苯脲)、DPA(二苯胺)、及间苯二酚。
具有所需冲击特性并且表现有足够的合适的长期稳定性的一种混合推进剂组成包括硝胺次级炸药RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)与一粘合组织的组合，其中粘合组织包括粘合物质CA(乙酸纤维素)、增塑剂TMETN(三甲醇乙烷三硝酸酯)、和稳定剂EC(乙基中定剂)。一般地，这种混合推进剂组成可包括至少大约70wt％的RDX、从大约5wt％-大约15wt％的CA、从大约5wt％-15wt％的TMETN和不超过大约2wt％的EC。这些总体相对量可提供给混合推进剂所需的冲击与长期时效特性。但是，将可理解，如果推进剂颗粒90是由这一组成挤压形成，则在所述范围内对相对量的改良是必需的。
对于本发明的一个或多个方面，推进剂可包括大约70wt％的RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)、从大约5wt％-大约15wt％的CA(乙酸纤维素)、和一种GAP(环氧丙基聚合物)以及从大约5wt％-大约15wt％的ATEC(乙酰基三乙基柠檬酸)。在粘合组织包括一粘合物质、一增塑剂与一稳定剂的混合物的情况中，每种作用剂在混合物中的比率分别最好是从大约5wt％-大约30wt％、0-大约20wt％和0-大约5wt％。
具有所需冲击特性并且表现有足够的合适长期稳定性的另一种混合推进剂组成包括带有一粘合组织的硝胺次级炸药RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)，其中粘合组织包括粘合物质CA和GAP(环氧丙基聚合物)；推进剂组成还包括一合适的增塑剂(例如，GAP增塑剂、TMETN、ATEC和其组合)。一般地，这种混合推进剂组成可包括至少大约70wt％的并且一般是在大约70wt％-80wt％的RDX、从大约5wt％-大约15wt％的CA、从大约5wt％-15wt％的GAP和从大约5wt％-15wt％的增塑剂。这些通常的相对量可提供给混合推进剂所需的冲击与长期时效特性。但是，将可理解，如果推进剂颗粒90是由这一组成挤出形成，则在所述范围内对相对量的改良是必需的。
在所公开的混合推进剂的情况中，如同在上述双基和LOVA推进剂的情况中，在燃烧过程中会产生大量的一氧化碳和氢(例如35％的CO和19％的H2)。再者，通过一充气机推进剂的燃烧产生的一氧化碳与氢气对于汽车气涨式安全系统来说通常是不可接受的。但是，当在混合式充气机30内使用这些类型的混合推进剂时，并且如上所述，该压缩介质36包括氧，从而在推进剂或者在一部分后燃烧反应过程中绝大部分的一氧化碳与氢(例如95％)转化为无害的二氧化碳与水蒸汽。尤其希望使用储存的氧气，因为这可在混合推进剂组成中避免(无需)包括氧源(例如高氯酸钾)。此外，在推进剂所产生的燃烧气体与储存的氧之间的高放热反应是尤其所需的，因为这可增大推进剂的热值，从而使用于膨胀空气/安全气囊所需的推进剂的量最小。
当混合推进剂形成为推进剂颗粒90并置入混合式充气机30内时，可以使用上面关于枪弹型推进剂所指定的量，具体地说，包括关于推进剂颗粒90与压缩介质36的相对量的上述具体介绍。此外，在所公开的混合推进剂的情况中，也可使用氧与用于压缩介质36的一种惰性气体的相对量。
下列实施例进一步有助于说明混合推进剂组成的相应特性，其中这种混合推进剂组成包括一次级炸药与一粘合组织。如前所述，所有的参考标记“wt％记是指重量百分比。
实施例4
一种混合推进剂组分包括至少大约70wt％的RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)、从大约5wt％-大约15wt％的CA(乙酸纤维素)、从大约5wt％-15wt％的TMETN(三甲醇乙烷三硝酸酯)并且不超过大约2wt％的乙基中定剂制备与形成在具有平均密度为大约1.7132g/cc的圆柱形颗粒内。将一10g的试样放入一厚壁弹腔并射入一容器中。该试样的燃烧温度为大约2578°K并呈现出可接受的冲击特性(即在4000psi(27.6Mpa)下燃烧速率为0.47英寸每秒(1.18cm/sec))。一般地，其性能曲线大体上接近于图3-4所示的那样。所产生的气体包括大约36％的一氧化碳、大约24％的氮、大约19％的氢、大约16％的水蒸气和大约5％的二氧化碳。所测得的组分的长期热稳定性是可接受的(例如推进剂本身置于107℃的温度下400小时而不会点燃；当包含在一混合式充气机内的推进剂置于107℃的温度下400小时也不会点燃，然后当触发该推进剂时，充气机的性能也基本上不会因为加热处理而受到影响)。
实施例5
一种推进剂组分包括至少大约70wt％的RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)、从大约5wt％-大约15wt％的乙酸纤维素、并且从大约5wt％-15wt％的GAP(环氧丙基聚合物)制备与形成在具有平均密度为大约1.6857g/cc的圆柱形颗粒内。将一10g的试样放入一厚壁弹腔并射入一容器中。该试样的燃烧温度为大约2357°K并呈现出可接受的冲击特性(即在4000psi(27.6Mpa)下燃烧速率为0.48英寸每秒(1.18cm/sec))。一般地，其性能曲线大体上接近于图3-4所示的那些。所产生的气体包括大约37％的一氧化碳、大约25％的氢、大约25％的氮、大约10％的水蒸气和大约3％的二氧化碳。所测得的组分的长期热稳定性是可接受的(例如推进剂本身置于107℃的温度下400小时而不会点燃；当包含在一混合式充气机内的推进剂置于107℃的温度下400小时也不会点燃，然后当触发该推进剂时，充气机的性能也基本上不会因为加热处理而受到影响)。
可在本发明的一个或多个方面使用的一推进剂的另一特性包括按重量计算从大约1-99份的六素精(RDX)、从大约1-99份的八素精(HMX)、和与100份的六素精与八素精总量混合的一粘合物质。粘合物质按重量占5-50份。最好是，所述的推进剂包括按重量计算从大约80-95份的六素精(RDX)和从大约5-20份的八素精(HMX)。
上述推进剂可用于一混合式充气机，例如此处所述的那些充气机中。而且，一混合式充气机大体上包括包含有一压缩流体的一压缩气体腔、包含有推进剂的一气体发生腔、一点火装置和一破裂板。压缩流体大致包括一种惰性流体和氧。例如当产生一定的减速时，推进剂由点火装置点燃并且燃烧以产生气态物质(例如一氧化碳和氢)，这些气态物质与氧发生反应。一氧化碳和氢与压缩气体内的氧反应以生成二氧化碳和水蒸气，同时增大气体发生腔内的压力。接着，破裂板被打开以将二氧化碳、水蒸气及惰性气体输送到空气/安全气囊18内(图1)。这使空气/安全气囊18(图1)充气膨胀。
上述推进剂也包括六素精(RDX)、八素精(HMX)和一粘合物质。RDX和HMX的量按重量计分别占1-99份。最好是，RDX和HMX的量按重量计分别占80-95份与5-20份。混合有按重量计对应于100份六素精与八素精总和的5-50份的一粘合物质。
适于用在上述推进剂的典型的粘合物质包括，但不局限于聚氨酯(PU)、诸如乙基纤维素(EC)的纤维素衍生物、乙酸纤维素丁酸盐(CAB)、乙酸纤维素丙酸盐(CAP)、诸如羟基聚丁二烯(HTPB)的聚丁二烯、诸如环氧丙基硝酸盐聚合物(Polyglyn)的环氧丙基酸聚合物、诸如环氧丙基叠氮聚合物(GAP)的叠氮聚合物、和3-甲基硝酸盐-3-甲基-氧杂环丁烷聚合物(Polynimmo)。最好是乙酸纤维素丁酸盐(CAB)和/或环氧丙基叠氮聚合物(GAP)。
上述推进剂可包括从由一增塑剂、一稳定剂及其组合构成的组中选择的一添加剂。增塑剂可从由TMETN(三甲醇乙烷三硝酸酯)、BTTN(丁三醇三硝酸酯)和TEGDN(亚丙基二醇二硝酸盐)的硝酸盐酯增塑剂与环氧丙基叠氮增塑剂以及诸如NG(硝化甘油)和BDNPA/F(双(2，2-二硝基丙烷)乙缩醛/缩醛)构成的组中选择。
稳定剂可用作上述推进剂，其包括乙基中定剂、二苯基胺、间苯二酚、akaldite II、戊基乙醇、脲、石油膏。
对于按重量总共100份的RDX、HMX和粘合物质，最好是在0-30份的范围内加入增塑剂。对于按重量总共100份的RDX、HMX和粘合物质，最好是在0-5份的范围内加入稳定剂。上述推进剂可形成为粉末、颗粒和药柱形，最好是形成为药柱形。
下面介绍上述推进剂组分的若干实施例。
实施例6：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一混合式充气机内，该充气机包括一压缩气体腔、一气体发生腔、一点火装置和一破裂板。致动该混合式充气机。结果不会产生氯化钾(KCL)烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占68份
八素精(HMX)                ..........按重量占8份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约16份。
实施例7：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占72份
八素精(HMX)                ..........按重量占4份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例8：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占64份
八素精(HMX)                ..........按重量占12份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      .........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    .........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例9：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)    ..........按重量占75份
八素精(HMX)    ..........按重量占1份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例10：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占1份
八素精(HMX)                ..........按重量占75份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例11：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占38份
八素精(HMX)                ..........按重量占38份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例12：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占68份
八素精(HMX)                ..........按重量占8份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
乙基中定剂                 ..........按重量占2份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例13：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占68份
八素精(HMX)                ..........按重量占8份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
三甲醇乙烷三硝酸酯         ..........按重量占20份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
实施例14：
将下列原料相互混合并形成为药柱，然后装载到一具有与实施例6相同结构的混合式充气机内。致动该混合式充气机。结果不会产生任何烟雾。
六素精(RDX)                ..........按重量占68份
八素精(HMX)                ..........按重量占8份
乙酸纤维素丁酸盐(CAB)      ..........按重量占12份
环氧丙基叠氮聚合物(GAP)    ..........按重量占12份
乙基中定剂                 ..........按重量占2份
三甲醇乙烷三硝酸酯         ..........按重量占20份
注：对于按重量为100份的RDX与HMX，粘合物质(CAB与GAP)的量大约占32份。
如上所述，被致动时不产生氯化钾(KCL)烟雾的混合式充气机，可通过使用包括六素精、八素精和粘合物质的推进剂来制造。
可与图1的气涨式安全系统10一起使用的一混合式充气机的另一实施例示于图5-7。首先参照图5，该混合式充气机202包括一通常为圆柱形的气体发生器208和一通常为圆柱形的储存气体壳体204，该储存气体壳体204绕气体发生器208同心地设置并与其适当地相连接。一般地，储存气体壳体204(一第三腔)包含有一合适的压缩介质并且气体发生器208包含有一合适的推进剂颗粒258。充气机202的主要优点是其构造可导致快速加压邻近于第二隔盘290或者主隔盘(其隔开充气机202与空气/安全气囊18(图1))的区域，因为流体压力直接作用于第二隔盘290上以“打开”该隔盘290。充气机202的构造的另一显著优点是其提供/允许将由推进剂颗粒258点火与燃烧所产生的燃气与压缩介质充分地“混合”。因此，充气机202特别适合于采用枪弹型推进剂和/或混合式推进剂的上述组分、以及一多成分压缩介质(例如一种成分为氧而另一种成分为至少一种惰性气体)。即，充气机202的构造提供/允许有效地燃烧推进剂气体和/或由点燃推进剂颗粒258所产生的气体(例如由燃烧如下所述的点火/助燃材料240所产生的气体)与压缩介质，以提高气涨式安全系统10(图1)的操作。这种二次燃烧进一步加强了充气机202的快速加压能力，以促使流体进入空气/安全气囊内(图1)。
充气机208包括一圆柱形气体发生器壳体212，在所示实施例中，其由第一壳体216同与其轴向对齐并相互连接的第二壳体278构成。第一壳体216的一端连接于一启动器安装座224上(例如通过在248处焊接)以获得一最好是气密密封，因为整个气体发生器壳体212包括一定量的处于静态的压缩介质。启动器安装座224夹持一合适的启动器228(例如一电子致动的引爆管或其它合适的引信装置)，其用来点燃推进剂颗粒258并且其可设置在一O形圈232内以建立一合适的密封。为了将启动器228与气体发生器208内的压缩介质隔开，在第一壳体216的端部与启动器安装座224的端部之间合适地固定有一第一隔盘(一第二隔盘)236，以经焊接处248获得最好的气密密封。
气体发生器壳体212的第一壳体216构成一第一腔254，该第一腔邻近于并轴向对齐于启动器228设置。气体发生器壳体212的第一腔254主要包含推进剂颗粒258，当推进剂颗粒258点燃时，产生燃气以增大通向空气/安全气囊18(图1)的气流。因此，该第一腔254也可表征成一推进剂腔或燃烧室。为有助于推进剂颗粒258的点燃，可在启动器228与正对着启动器228的输出的推进剂颗粒258之间设置一合适的点火/助燃材料240(例如一RDX/铝助燃材料，其组分为89wt％的RDX，11wt％的铝粉，可以添加0.5wt％-5.0wt％的羟基丙基纤维素来代替0.5wt％-5.0wt％的RDX和对应比例的铝)。将如下所述，由点火/助燃材料240的点燃产生的气体中的反应产物可与压缩介质发生化学反应，以进一步加大充气机202的基于快速加压的气流启动特性。一合适的助燃材料杯244或类似的装置保持点火/助燃材料240(其通常为粉末或干燥的膏状)并且这种杯244可合适地固定在启动器安装座224和/或第一壳体216的端部(例如经焊接处248保持在安装座224与壳体216之间)。第一腔254也可包括一滤网266或类似装置来将一定尺寸的颗粒状物质保持在其内，同时从第一腔254向如下所述的第二腔324排出燃气。充气机202的储存气体壳体204的容量设置成大于第二腔324的容量。
第一腔254通常通过至少一个排放孔或口262(所示实施例中为两个)而与储存气体壳体204流体连通，从而在静态下一定量的压缩介质也包含在该第一腔254内。在所示实施例中，排放口(或诸排放口)262径向延伸(即，沿从中央纵轴线220起始的径向延伸并且相对于轴线220垂直地设置)。排放口(或诸排放口)262的使用与其大小和/或数量的选择可用来“调节”充气机202的性能。
当采用至少一个排放口262时，因点燃推进剂颗粒258而产生的一定量的燃气气流被引入储存气体壳体204内。考虑到上述类型的推进剂(例如枪弹型、混合型)和压缩介质(例如氧与一种惰性流体(至少一种惰性气体)的混合物)，则在储存气体壳体204内会发生某种程度的二次燃烧即燃气的进一步燃烧。可利用从第一腔254向储存气体壳体204引入一些燃气来获得对空气/安全气囊18的所需的输出或排放，也就是说使空气/安全气囊18获得所需的膨胀速率。更确切地说，可最好以这样的一种速率来向储存气体壳体204提供燃气，这种速率可保持从储存气体壳体204到第二腔324的一基本恒定的气流一段足够的时间，正如下面将要描述的。一般地，只需将一小部分生成的燃气在操作过程中流入储存气体壳体204内以获得所需的结果(例如，不超过大约40％，并且更一般的情况是不超过大约30％的燃气气流被引入储存气体壳体204内)。
即使当利用排放口262时，在点燃推进剂颗粒358后储存气体壳体204内压力的增大也大大低于许多商用混合式构造中的。即，通常与推进剂颗粒358的点燃相伴的显著的压力增大基本上被限制在气体发生器208内。因此，可减少对储存气体壳体204的“强度”要求。这可允许使用一减少了壁厚的储存气体壳体204和/或更轻的部件，两者都降低了充气机202的重量。
来自第一腔254的燃气的主要气流(例如总燃气气流的至少大约50％，并且一般是至少大约70％)进入第二腔324(因下面将要描述的理由而称之为“后燃烧器”)，其中第二腔324由气体发生器壳体212的第二壳体278构成。至少一个后燃烧器喷嘴或吸气管274(一第一互连口)将气流从第一腔254(主要是燃气)引入第二腔324并且因此而提供所需的流体互连。该后燃烧器喷嘴274可置靠在第一壳体216内部的台肩270上并且在将第一壳体216与第二壳体278合适地互连(例如经在焊接处250焊接)之前使喷嘴274设置于其内。
在所示的实施例中，气体发生器壳体212的第二壳体278的一端安置在一后燃烧器安装座282上，其中安装座282内至少有一个气体发生器输出口286。在第二壳体278与安装座282之间可采用一O形圈328来提供一合适的密封连接。该后燃烧器安装座282被合适地固定(例如经在焊接处308焊接)在一轴套294上，然后轴套294又被合适地固定(例如经在焊接处312焊接)在储存气体壳体204上，两者最好都获得一气密密封，因为第二腔324包含有一定量的处于静态的压缩介质。为了将压缩介质合适地保持在充气机202内直到所需的时刻，在后燃烧器安装座282的端部与轴套294之间设置有一第二隔盘290，并由焊接处308固定。
由于第一腔254与第二腔324之间流体连通，因此由推进剂颗粒258燃烧产生的气体以及由点火/助燃材料240点燃所产生的气体至少部分地引入第二(后燃烧器)腔324。由于其内的快速压力增大以及以下述方式控制，第二隔盘290在一合适的时刻打开从而来自于充气机202的气流被引入喷散器298，然后进入空气/安全气囊18(图1)中。为了对空气/安全气囊18(图1)提供一相对无冲击的输出，喷散器298采用若干喷散口300。在喷散器298内也可包括一喷散器滤网304来将某些颗粒物质保持在充气机202内和/或在气流通向空气/安全气囊18(图1)之前进一步促进燃气与压缩介质的混合/反应。
第二腔324与储存气体壳体204也流体连通。按此，在储存气体壳体204与第二腔324之间设置有至少一个并且最好是若干个气体发生器输入口316来进行流体连通，从而来自于储存气体壳体204的压缩介质可在适当的时刻流入第二腔324。也就是说，对于具体的应用，该特定的气流及其方向可被控制。具体地说，一阀320可设置在邻近于一个并且最好是所有的气体发生器输入口316处。在静态，实际上不需要阀320隔开储存气体壳体204与该区域内的第二腔324。事实上，在静态下最好在第二腔324内保持一定量的压缩介质，从而一种非密封连接将适应这种输送。不隔开第二腔324与位于输入口316上方的储存气体壳体204的阀320的一种形式为大致圆柱形衬垫片滚筒(例如300系列的不锈钢，厚0.002英寸)。在阀320与第二壳体278的内部之间可采用一悬臂连接。也就是说，可将一后部(即离输入口316足够远)连接到第二壳体278，而其前部或中间部位保持非连接并因而可运动/偏转，以给阀320提供操作能力。
根据前述，可以理解，在静态下从储存气体壳体204到气体发生器壳体212之中的压力基本相等。然而，在动态下或者在推进剂颗粒258点燃之后，充气机202的各“腔”的压力不同以获得所需的特性。按此，当推进剂颗粒258被点燃时，所产生的燃气开始至少流入第二腔324以引起其内压力的增大。当在该构造中包括至少一个排放口时，一些燃气也流入储存气体壳体204以在其内初始引起一小的压力增大。最好是，根据其内各自引入的燃气及其相应的量，第二腔324内的压力以比储存气体壳体204内的压力更大的速率增大。该压力差迫使阀320压在气体发生器壳体212或者更具体地说第二壳体278的对准部分的内部，并通过阻挡气体发生器输入口316而由此暂时隔开储存气体壳体204与在该区域内的第二腔324。阀320的上述悬臂式相连允许这种运动。当第二腔324内的压力达到一预定的值时，直接作用于第二隔盘290上的流体压力打开、折断或冲断隔盘290。因而启动流体从气体发生器208进入喷散器298，接着进入空气/安全气囊18(图1)。
可以理解，在某些应用场合中阀320允许及时地启动通向空气/安全气囊18(图1)的气流。具体地说，对于某些构造，阀320的使用允许第二腔324以某一速率快速地加压，以及时地打开第二隔盘290。如果在充气机202中未采用阀320，燃气将从第二腔324流入储存气体壳体204内。这样，第二腔324内的压力增大到能冲断第二隔盘290的程度将需较长的时间。但是，第二腔324的使用提供了一较小的加压腔，从而降低了启动通向空气/安全气囊18(图1)的气流所需的时间。正如下面将述，在某些构造中，第二腔324的容积可足够地小和/或推进剂与压缩介质的选择可以是这样的，使得不需要使用阀320也可进行良好的操作(例如通过利用由推进剂颗粒258和/或点火/助燃材料240的燃烧产生的气体来影响在第二腔324内的快速加压)。
在第二隔盘290打开以启动通向空气/安全气囊18(图1)的流动后，阀320保持其位置并因而阻挡气体发生器的输入口316一定的时间。但是，一旦在储存气体壳体204与第二腔324之间建立了一定的压力差时，阀320由于该压力差的力而移动以打开气体发生器输入口316。当以上述方式来构造阀320时，阀320的自由端径向向内移向中央轴线220或者阀320的在至少这些区域径向与气体发生器输入口316对准的部分被压塌以允许所需的流体通过。然而，阀320由于与第二壳体278相连而被保持。当打开气体发生器输入口316时，来自于储存气体壳体204的流动开始进入第二腔324。阀320从一第一位置移向一第二位置。当阀320在该第一位置时，在操作时，阀320实质上阻止流动。当储存气体壳体204内的压力超过气体发生器壳体212内的压力预定的程度时，阀320移向第二位置并允许流动。第二位置在第一位置的径向之内。
当然在通过第二腔324的快速加压而又冲断第二隔盘290之后，第二腔324的主要功能是在将气流排入空气/安全气囊18(图1)之前提供/允许有效地混合燃气与压缩介质。当采用上述类型的推进剂组分(例如枪弹型推进剂、混合型推进剂)和上述类型的压缩介质(例如氧与诸如至少一种惰性气体之类的惰性流体的混合物)时，这一混合进一步燃烧燃气以提供所述的特性(例如降低毒性、通过进一步燃烧降低充气机202所需的推进剂的量以及相应地增大膨胀能力)。这样，第二腔324可被进一步当作一后燃烧器。最好是，在充气机202内可进行燃气与点火/助燃材料240点燃而产生的气体的全部燃烧的至少大约99％，甚至更好的是可进行大约100％的这种燃烧。这降低了损坏空气/安全气囊18的可能性。
为了完全实现该二次燃烧的优点，第二腔324必需提供/允许充分地混合所产生的气体与压缩介质，无论是通过延长混合期(即延长第二腔的长度)还是下面将要描述的引入的紊流。在图5的实施例中，对于所示的驾驶员侧的应用来说，后燃烧器喷嘴274的最近端与所有气体发生器输入口316到气体发生器输出口286之间应当隔开至少15毫米(15mm)的距离。对于本发明的一个或多个方面来说，该距离可设置在大约4-80mm的范围内。这就增大了第二腔324的长度也允许在静态下在第二腔324内包含足够量的压缩介质来与在启动气流从储存气体壳体204进入第二腔324之前产生的燃气进行反应。也就是说，当启动充气机202时，最好起初在第二腔324内包含有足够的压缩介质以与燃气反应，直到通过阀320的上述运动来启动气流从储存气体壳体204进入第二腔324。
为了实现一“长”的第二腔的优点，气体发生器输入口316当然也最好是设置成隔开气体发生器输出口286一足够的距离，如上所述。最好是，为了促进燃气与压缩介质的进一步混合，所有气体发生器输入口316(由其各自的中心线确定)的最当中或最前部位应当与后燃烧器喷嘴274的端部齐平并且最好是更靠后一点(即在指向启动器228的方向)，如图所示。
充气机202的一给定设计的尺寸可以变化，特别是，充气机壳体204的最优容量范围如表2所示取决于充气机的应用。例如，对于本发明的一个或多个方面，充气机壳体204的容量可以在大约150cm3到大约450cm3的范围之内。第一腔254的容量可以在大约10cm3到大约40cm3的范围之内。第二腔324的容量可以在大约1cm3到大约50cm3的范围之内。
下面给出一个实施例的尺寸来说明本发明的原理：1)储存气体壳体204的直径大约为59毫米(59mm)；2)储存气体壳体204的长度大约为200毫米(200mm)；3)储存气体壳体204是由低碳钢管形成并且其壁厚大约为2.5毫米(2.5mm)；4)储存气体壳体204的内部容积(保存压缩介质的部分而不包括位于中央的气体发生器208的容积)大约为375立方厘米(375cc)；5)气体发生器壳体212的第一壳体216的直径大约为20毫米(20mm)；6)第一腔254的长度大约为55毫米(55mm)；7)第一壳体216是由低碳钢形成并且其壁厚大约为1.5毫米(1.5mm)；8)气体发生器壳体212的第一腔254的内部容积大约为11立方厘米(11cc)；9)气体发生器壳体212的第二壳体278的直径大约为17毫米(17mm)；10)第二腔324的长度大约为90毫米(90mm)；11)第二壳体278是由低碳钢形成并且其壁厚大约为1.25毫米(1.25mm)；12)气体发生器壳体212的第二腔324的内部容积大约为14立方厘米(14cc)；13)有六(6)个排出口262，每个排出口的直径大约为3毫米(3mm)；14)后燃烧喷嘴274的内孔直径大约为2.5毫米(2.5mm)；15)气体发生器输出口286的直径大约为10毫米(10mm)；16)所有的气体发生器输入口316距离气体发生器输出口286大约76毫米(76mm)；17)喷嘴274距离气体发生器输出口286大约75毫米(75mm)；18)喷散器298的内部容积大约为4立方厘米(4cc)；(19)具有十二(12)个喷散口300；20)推进剂颗粒的总重量大约为9克(9g)并且具有带RDX、CA、TMENT和稳定剂的上述类型的组分；21)充气机202内的静压力大约为27兆帕(27MPa)从而具有大约140克(140g)的压缩介质、其中百分之八十五(85％)为氩而百分之十五(15％)为氧(摩尔百分比)；以及22)充气机202的总重量大约为一千二百克(1200g)。在压缩介质含有氦以检测气体泄漏的情况下，本发明的一个或多个方面的压缩介质可最好包括按摩尔计量大约8％-大约30％的氧、大约60％-大约91％的氩和大约0.5％-大约10％的氦。
将主要参照图6A-D和7A-D来概括充气机202的操作。在静态下，第二隔盘290未受触动并且阀320不必隔开储存气体壳体204与第二腔324，如图6A与7A所示。当从检测器/传感器14(图1)接收到一适当的信号时，则表示需要展开空气/安全气囊18(图1)，这时致动启动器228、冲断第一隔盘236并且点燃点火/助燃材料240，接着由此又点燃推进剂颗粒258。推进剂颗粒258的燃烧在第一腔254内产生燃气，其同时流入气体发生器壳体212的第二腔324与储存气体壳体204内。由于第一腔254内存在热的燃气并且将热的燃气同时引入第二腔324与储存气体壳体204内，因此这些“容器”内的相应的压力也增大。
为了在适当的时刻冲断第二隔盘290，并因此启动流向空气/安全气囊18(图1)的气流，由于引入了热的燃气，将第二腔324内的压力增大的速率设计成大于储存气体壳体214内的压力增大的速率。这一压力差将阀320压靠在第二壳体278的内部，以隔开储存气体壳体204与该区域的第二腔324，如图6B和7B所示，并且用以改变第二腔324的快速加压。由于因此而抑制了与燃气进行反应的压缩介质的供应，在储存气体壳体204与第二腔324之间建立直接的流体连通之前，在静态下第二腔324内的压缩介质的量当应足以与引入的燃气反应。
一旦第二腔324内的压力达到一预定的大小，直接作用于第二隔盘290上的流体压力如图6C所示冲断第二隔盘290，从而具有一通过气体发生器输出口286、流向喷散口298、和流向空气/安全气囊18(图1)的气流。但是，通过如图6C和7C所示阻挡气体发生器输入口316，阀320可继续阻止气流直接从储存气体壳体204进入第二腔324内。在储存气体壳体204与第二腔324之间建立了一定的压力差之后，这就会将阀320从气体发生器输入口316移开以建立使压缩介质如图6D和7D所示从储存气体壳体204流向第二腔324的气流。例如，对于阀320的所示结构(例如，金属衬垫片制成的一圆柱滚筒)，在其至少邻近于或对齐于气体发生器输入口316的那些区域处于所述的压力差的情况下，阀320的前部被压塌或径向向内移动。但是，阀320的后部保持连接于第二壳体278上。
根据前述，显而易见充气机202的构造特别适于包括上述推进剂(例如枪弹型、混合型)与压缩介质(例如氧与至少一种惰性气体的混合物)的一系统使用并且可增强其性能。例如，在采用上述推进剂与压缩介质的情况中，将有燃气与压缩介质在第二腔324内的二次燃烧。这一附加燃烧进一步膨胀气体，这就降低了所需的推进剂的量并且因而降低了充气机202的重量。此外，该二次燃烧也降低了燃气的毒性。通过采用一“长”的第二腔324，特别是后燃烧器喷嘴274的塞子与气体发生器输入口316相对于气体发生器输出口286之间的距离，二次燃烧具有足够的时间在向空气/安全气囊18(图1)提供气流之前发生。
如所述，在某些设计中，充气机202可以大体上按上述构造，但不采用阀320。通过采用上述类型的推进剂和压缩介质，这是可能的，即采用能产生在第二腔324内通过与一氧化压缩介质(例如氧与诸如一种或多种惰性气体之类的惰性流体的多成分混合物)混合进一步燃烧的燃气的一种推进剂。在这种情况下，燃气的“二次”燃烧、以及由点火/助燃材料240点燃而产生气体的可能的二次燃烧，在第二腔324内会趋向于显著的压力增大/压力增大率，从而可不需要阀320。例如，在启动充气机202之后，二次燃烧可以占第二腔324内压力增大/压力增大率的至少大约百分之三十(30％)，并且可能达到大约百分之五十(50％)。这样，在第二腔324内利用一化学反应便可获得一基于快速加压的流体启动，从而无需阀320。
可用在图1气涨式安全系统中的一混合式充气机的另一实施例示于图8-11。充气机350在功能上/操作上类似于上述充气机202，但专门为驾驶员侧的应用而构成。这样，充气机350增强了气涨式系统10的性能，特别是当采用上述类型的推进剂(例如枪弹型推进剂、混合型推进剂)和多成分压缩介质(例如包括氧与诸如至少一种惰性气体的一种惰性流体的一混合物)时。
主要参照图8，混合式充气机350大体上包括两个主要部件，即包括一气体发生器362和一喷散器458的一中央壳体358、绕中央壳体358周边设置并适当地连接于其上(例如通过在焊接处442、450焊接)，最好是获得一气密性的密封的一储存气体壳体354。储存气体壳体354具有一圆环形形状并且包含有压缩介质。另外，充气机350的主要优点是它可影响邻近于第二隔盘428(其隔开充气机350与空气/安全气囊18(图1)之间的流动)区域的快速加压，从而直接作用于第二隔盘428上的流体压力“打开”该第二隔盘。此外并且正如下面将要更加详细地描述的，充气机350的另一优点是，它又集聚主要同气体发生器362内的混合物的致动相伴的显著的压力增大。因此，储存气体壳体354的壁厚同传统的混合式充气机构造相比可以降低(即可以降低储存气体壳体354的压力定额值)，这进而降低了充气机350的重量。
中央壳体358绕充气机350的中央纵轴线352设置，并且包括一气体发生器362和一纵向对齐并隔开的喷散器458。气体发生器362与喷散器458两者至少部分地是由该中央壳体358限定。例如，气体发生器362包括一圆筒形的气体发生器壳体366，它由中央壳体358的一部分限定；一点火装置安装座370；一圆顶形隔板390；和一气体发生器端盖装置420。具体地说，点火装置安装座370适当地连接于中央壳体358的下部与储存气体壳体354(例如通过在焊接处442焊接)两者上，以获得一最佳的气密性密封，因为气体发生器壳体366也包含有一定量的处于静态的压缩介质。点火装置安装座370上安装有一合适的点火装置374(例如一电子致动的雷管或其它合适的引信装置)，并且可采用一O形圈372来提供一密闭的连接。为了隔开点火装置374与气体发生器362内的压缩介质，在点火装置安装座370的端部适当地连接(例如通过在焊接处446焊接)一第一隔盘(一第二隔盘)378，以获得一最佳的气密性密封。在所示的实施例中，第一隔盘378连接在一点火装置安装座主壳体382的一端部与位于焊接处446的点火装置安装座370的一点火装置安装座端盖386之间。
隔板390将气体发生器壳体366隔开成一第一腔394与一第二腔418。第一腔394由中央壳体358的下部、点火装置安装座370、以及隔板390的下表面限定，并且设置在点火装置374附近。气体发生器壳体366的第一腔394主要包括推进剂颗粒404，当推进剂颗粒被点燃时，产生燃气以增大流向空气/安全气囊18(图1)的气流。因此，该第一腔394也可被当成一推进剂腔。为了有助于推进剂颗粒404的点燃，可在第一腔394的与点火装置374的至少一部分对齐的中央部位设置一合适的点火/助燃材料408(例如一RDX/铝助燃材料，其具有的组分为89wt％的RDX，11wt％的铝粉，按对应比例可能用0.5wt％-5.0wt％的羟基丙基纤维素来代替0.5wt％-5.0wt％的RDX和铝)。可由一合适的滤网412、助燃器盖或类似物来使推进剂颗粒404与点火/助燃材料408分开。
第一腔394一般通过至少一个排出孔或口400(在所示的实施例中为两个)与储存气体壳体354流体连通，从而在静态下压缩介质也如上所述包含在第一腔394内。在所示的实施例中，排出口400径向地延伸(即沿由中央纵轴线出发的一半径延伸)并且是以大致水平的方式(即包含在垂直于中央轴线352的一平面内)。排出口400的大小与/或数目的选择可用来“调节”如上关于充气机202所述的充气机350的特性。
正如下面将更加详细地描述，由点火/助燃材料408点燃产生气体的反应作用也可与压缩介质发生化学反应，以进一步增强充气机350的基于快速加压的气流启动特性。
可利用从第一腔394向储存气体壳体354引入一些燃气来获得所需的向空气/安全气囊18的输出或排放，即获得空气/安全气囊18所需的膨胀率。具体地说，可能最好是以这样一种速率来向储存气体壳体354提供燃气，即如下所述，它能保持大致恒定的气流从储存气体壳体354流入第二腔418一段足够的时间。一般地，在操作过程中只需向储存气体壳体354流入一小部分所产生的燃气来改变所需的结果(例如不超过大约40％、并且更一般的是不超过大约30％的燃气气流被引入储存气体壳体354)。即使采用排出口400时，在推进剂颗粒404点燃之后，储存气体壳体354内的压力增大也会大大低于许多市售的混合式构造中的压力增大。即，通常与推进剂颗粒404的点燃相伴的显著的压力增大被绝大部分地限制在气体发生器362内。因此，可降低对储存气体壳体354的“强度”需求。这允许使用降低了壁厚的储存气体壳体354和/或较轻的材料，这两者都降低了充气机350的重量。例如，当静态下的内压大约为4000磅每平方英寸(4000psi)并且壳体354由低碳钢制成时，储存气体壳体354所需的最大壁厚可大约为0.075英寸。
来自第一腔394的燃气主要气流(例如至少大约50％的总燃气气流，并且更一般的是大约70％)进入第二腔418(因下面的理由而被称之为后燃烧器)。气体发生器壳体366的第二腔418通过至少一个推进剂口416(所示为两个)与气体发生器壳体366的第一腔394流体连通，其中所述的推进剂口416延伸穿过气体发生器隔板390。正如下面将更详细地描述，储存气体壳体354内的压缩介质通向空气/安全气囊18(图1)的主要气流通路也直接地进入第二腔418。为了使从第一腔394流入第二腔418的燃气与从储存气体壳体354流入第二腔418的压缩介质充分地“混合”(例如将气体保持在其内一足够的时间)，推进剂口416可被如此地取向，以在第二腔418内引起一涡流状的运动(例如引入至少一径向速度分量)。引起这一涡流状运动的一种方法是通过以图9所示的方式来确定大致线性延伸的气体发生器推进剂口416的取向。口416在其各自的基准面内相对地“倾斜”。
气体发生器壳体366的第二腔418与第一腔394纵向对齐，并且通过气体发生器隔板390分开，其中储存气体壳体354的一部分绕隔板周边设置。第二腔418由中央壳体358的中间部位、气体发生器隔板390以及气体发生器端盖装置420来限定。气体发生器端盖装置适当地连接于中央壳体(例如通过在焊接处454焊接)上，并且中央壳体358的上部适当地连接于储存气体壳体354的上部(例如通过在焊接处450焊接)。最好是，焊接处450与454两者构成一气密性的密封，因为第二腔418包含一定量的处于静态的压缩介质。气体发生器端盖装置420包含至少一个气体发生器输出口424(未示出)。为了将压缩介质适当地保持在充气机350并且更明确地说是保持在第二腔418内直到所需的时刻，将一第二隔盘428适当地连接于气体发生器端盖装置420上(例如保持在一上气体发生器端盖421与一下气体发生器端盖422之间)以获得一最佳的气密性密封(例如通过在焊接处454焊接)。
由于第一腔394与第二腔418之间流体连通，因而由推进剂颗粒404燃烧而产生的燃气、以及由点火/助燃材料408点燃而产生的气体被至少部分地引入到第二腔418内。由于其内的快速压力增大并且以下述方法控制，第二隔盘428在适当的时刻打开，从而来自充气机350的气流被引入喷散器458，接着进入空气/安全气囊18(图1)内。为了对空气/安全气囊18(图1)提供一相对无冲击的输出，喷散器458采用若干喷散口462。在喷散器458内也可包含一喷散滤网(未示出)来将折断盘的碎片保持在充气机350内和/或在流入空气/安全气囊18(图1)之前进一步促进燃气与压缩介质的混合/反应。
第二腔418也与储存气体壳体354流体连通。照此，至少一个并且最好是若干个气体发生器输入口432在储存气体壳体354与第二腔418之间提供流体连通，从而来自储存气体壳体354的压缩介质可在适当的时刻流入第二腔418内。也就是说，对于一定的构造/应用，这种特定的气流及其流向可被控制。更具体地说，一阀438可设置在至少一个并且最好是所有的气体发生器输入口432附近。在静态下，不需要阀438实际隔开储存气体壳体354与该区域的第二腔418。事实上，在静态下第二腔418内最好保持一定量的压缩介质，从而一非气密性的连接将适应这种输送。不将第二腔418与位于口432上的储存气体壳体354隔开的阀438的一种构造是衬垫片叠合的一滚筒(例如0.002英寸厚的不锈钢)。在阀438与气体发生器壳体366的内部之间可采用一悬臂连接。也就是说，可将阀438的一后部保持在中央壳体358与隔板390之间，其中其前部保持非连接并因而可运动/偏转，以给阀320提供操作能力。至此，虽然阀438的构造已较完备，但在每一口432内可设置一单个的孔塞438a、438b(图14A-14B)。这些孔塞438a、438b最好通过一系绳439或类似物(仅图14B中示出了)与充气机350相互连接。也可考虑通过一易弯件433(仅图14A中示出了)来将孔塞438a、438b支撑在孔432内。在此所述的其它混合式充气机也可使用孔塞438a、438b。
根据前述，在静态下储存气体壳体354与气体发生器362的各处压力基本相等。然而，在动态下或者在推进剂颗粒404点燃之后，贯穿充气机350的各“腔”的压力不同以获得所需的特性。按此，当推进剂颗粒404被点燃时，燃气开始至少流入第二腔418以引起其内压力增大。当在该构造中包括至少一个排入口400时，一些燃气也流入储存气体壳体354以在其内引起一压力增大。最好是，根据其内各自引入的燃气及其相应的量，第二腔418内的压力以比储存气体壳体354内的压力更大的速率增大。这种压力差迫使阀438压靠在气体发生器壳体366的内部相对的部位，并由此通过覆盖气体发生器输入口432而暂时隔开储存气体壳体354与在该区域内的第二腔418。当第二腔418内的压力达到一预定的值时，流体压力本身打开、折断或冲断第二隔盘428。因而这启动从气体发生器362进入喷散器458并接着进入空气/安全气囊18的流动(图1)。
将可理解，在具体构造/应用中阀438允许及时地启动通向空气/安全气囊18(图1)的气流。具体地说，对于具体的构造，阀438的使用允许第二腔418以某一速率加压，其可及时地打开第二隔盘428。如果在充气机350中未采用阀438，燃气将从第二腔418流入储存气体壳体354内。这样，第二腔418内的压力增大到能冲断第二隔盘428的程度将需较长的时间。但是，第二腔418的使用提供了一较小的加压腔，其由此降低了启动通向空气/安全气囊18(图1)的气流所需的时间。正如下面将述，在某些构造中，第二腔418的容积可足够地小和/或这样选择推进剂与压缩介质，从而不需要阀438即可进行满意的操作(例如通过利用由推进剂颗粒404燃烧产生的气体和/或点火/助燃材料408的燃烧来影响第二腔418内的快速加压)。
在第二隔盘428打开以启动通向空气/安全气囊18(图1)的流动后，阀438可保持其位置并因而阻挡气体发生器的输入口432一定的时间。但是，一旦在储存气体壳体354与第二腔418之间建立了一定的压力差时，阀438的上自由端由于该压力差的力而移动以打开气体发生器输入口432，从而启动气流从储存气体壳体354进入第二腔418。阀438的下端保持连接在气体发生器壳体366上。当阀438由衬垫片叠合的滚筒形成时，该运动可径向向内指向中央轴线352或者阀438的在至少这些区域径向与气体发生器输入口432对准的部分收缩以允许所需的流体通过。
在通过快速加压的方法而冲断第二隔盘428之后，第二腔418的主要功能是在将气流排入空气/安全气囊18(图1)之前提供/允许有效地混合燃气与压缩介质。当采用上述类型的推进剂组分(例如枪弹型推进剂、混合型推进剂)和上述类型的压缩介质(例如氧与诸如至少一种惰性气体之类的惰性流体的混合物)时，这一混合进一步燃烧燃气以提供所述的优点(例如降低毒性、通过进一步燃烧降低所需的推进剂的量以及相应地增大膨胀能力)。这样，第二腔418可被进一步当作一后燃烧器。最好是，在充气机350内至少进行燃气与点火/助燃材料408点燃所产生气体全部燃烧的大约99％，甚至更好的是进行大约100％的这种燃烧。这降低了损坏空气/安全气囊18(图1)的可能性。
由于受到驾驶员侧应用的限制，在充气机202内采用一“长”的第二腔418来提供后燃烧器功能通常是不实用的。为了补偿在驾驶员侧应用的充气机350内采用一“短”的第二腔418，可通过向从储存气体壳体354到第二腔418的流体(主要是压缩介质，但也可能有一些燃气和/或点火/助燃材料气体)引入一涡流运动，来进一步加强第二腔418内燃气与压缩介质的混合，以促进燃气与压缩介质的混合。这就增加了将燃气与压缩介质保持在第二腔418内的时间，以进行化学反应。
引入上述涡流运动的一种方法是，通过将大致线性延伸的气体发生器输入口432大致定位在一水平基准面内，但不使这些口432的轴线通过充气机350的中央纵轴线352，如图10所示。也就是说，大致线性的口432不从中央纵轴线352沿一半径向外伸出来连接到第二腔418与储存气体壳体354。而是，一给定口432的一部分位于一径向位置，而另一部分则位于另一径向位置。这样，从储存气体壳体354进入第二腔418的流体大致位于图10的箭头A的方向。为了促进燃气与进来的压缩介质的进一步混合，推进剂口416可被进一步引向气体发生器输入口432与第二腔418的内部相连接的部位。
充气机350的一给定结构的尺寸可以改变。特别是，充气机350的每一腔的容积取决于充气机的应用。例如，本发明的一个或多个方面的充气机壳体的容积可以在大约50cm3至大约150cm3的范围内。第一腔394的容积在大约5cm3至大约15cm3的范围内。第二腔418的容积可以在大约1cm3至大约20cm3的范围内。这里给出一个实施例的尺寸，其具有如下的特性：1)充气机350的直径大约为三又四分之一英寸(3.25英寸)；2)中央壳体358的高度大约为1.6英寸；3)储存气体壳体354的高度大约为1.2英寸；4)储存气体壳体354的内部容积大约为5立方英寸；5)气体发生器壳体366的第一腔394的内部容积大约为7立方厘米(7cc)；6)气体发生器壳体366的第二腔418的内部容积大约为2立方厘米(2cc)；7)具有两个(2)排出口400，每一排出口的直径大约为1.5毫米(1.5mm)；8)具有两个(2)推进剂口416，每一推进剂口的直径大约为2毫米(2mm)；9)推进剂颗粒404的总重量大约为3.5克(3.5g)并且具有包括RDX、CA、TMENT和稳定剂的上述类型的组分；10)储存气体壳体354内的静压力大约为4000磅每平方英寸(4000psi)从而具有大约40克(40g)的压缩介质、其中百分之八十五(85％)为氩而百分之十五(15％)为氧(摩尔百分比)；11)充气机350是由低碳钢制造；12)储存气体壳体354的壁厚大约为0.075英寸并且其压力定额(爆破)为大约为一万八千磅每平方英寸(18000psi)；13)中央壳体358的壁厚大约为0.0625英寸；以及14)充气机350的总重量大约为四百克(400g)。
将参照图11A-D来概括充气机350的操作。当从检测器/传感器14(图1)接收到一适当的信号时，致动点火装置274、它冲断第一隔盘378并且点燃点火/助燃材料408，由此接着又点燃推进剂颗粒404，如图11A所示。推进剂颗粒404的燃烧在第一腔394内产生燃气，其同时流入气体发生器壳体366的第二腔418与储存气体壳体354内，在此该燃气与压缩介质混合。由于第一腔394内存在热的燃气并且将热的燃气同时引入第二腔418与储存气体壳体354内，因此这些“容器”内的相应压力也增大。
为了在适当的时刻冲断第二隔盘428，并且因此启动流向空气/安全气囊18(图1)的气流，由于引入了热的燃气及其相应的容量，将第二腔418内压力增大的速率设计成大于储存气体壳体354内的压力增大的速率。这一压力差将阀438压靠在气体发生器壳体366的内部，以隔开储存气体壳体354与该区域的第二腔418，如图11A所示。由于因此而抑制了与燃气进行反应的压缩介质的供应，在储存气体壳体354与第二腔418之间建立直接的流体连通之前，在静态下第二腔418内的压缩介质的量应当足以与引入的燃气反应。
一旦第二腔418内的压力达到一预定的大小，就如图11B所示冲断第二隔盘428，从而出现一通过气体发生器输出口424、流向喷散口458、和流向空气/安全气囊18(图1)的气流。但是，通过阻挡气体发生器输入口432，阀438可继续阻止气流直接从储存气体壳体354进入第二腔418内。在储存气体壳体354与第二腔418之间建立了一定的压力差之后，所产生的力就会将阀438从气体发生器输入口432移开或偏移，以建立使压缩介质从储存气体壳体354流向第二腔418的气流。例如，对于阀438的所示结构(例如，金属衬垫片制成的一圆柱滚筒)，在其至少邻近于或对齐于气体发生器输入口432的那些区域处于所述的压力差的情况下，单向阀438将收缩。为了促使该压缩介质与经第一腔394连续地提供给第二腔418且如上所述燃气的混合，压缩介质与进入第二腔418的燃气两者都可采用涡流形式。这增大了在被提供给空气/安全气囊18(图1)之前将混合物保持在第二腔418内的时间。
具有相似尺寸和气体特性的上述实施例的一测试模型的压力曲线示于图12。这些曲线大体上与下面将详述的图13A-D所示的相同。开始，充气机350内的静压力大约为4000psi。在T1时刻(大约5ms)，充气机350被致动并且点燃推进剂颗粒404。这样，推进剂颗粒404加大第一腔394、储存气体壳体354和第二腔418每一个中的压力。第一腔394与第二腔418内的最大压力出现在T2时刻，并在此时冲断第二隔盘428。在T2(在致动后大约1毫秒)时刻，第一腔394内的压力从静态下的4000psi增大到大约10000psi，第二腔418内的压力从静态下的4000psi增大到大约7000psi，而储存气体壳体354内的压力从静态下的4000psi增大到大约4500psi。
在第二隔盘428打开后，第二腔418内具有一压力降。在T3时刻，储存气体壳体与第二腔418之间的压力差足以打开阀438并由此打开气体发生器输入口432，从而第二腔418内的压力再次增大。也即，在T3时刻后，具有从储存气体壳体354与第一腔394两者进入第二腔418的气流。第二腔418内的压力在T4时刻增大到大约4750psi的最大值并在此后减退，这基本与储存气体壳体354内的最大压力(大约为5000psi)出现的时间重合。这样，可以看出充气机350内的压力增大相对于储存气体壳体354主要集聚(限制)在气体发生器362内。因此，储存气体壳体354的壁厚可如上所述地减小。此外，由于第二腔418内的压力相对恒定(仅在4000psi与大约4600psi之间波动)，故可向空气/安全气囊18(图1)提供所希望的输出。
如所述，在某些设计中，充气机350可大致如上所述构造，但不采用阀438。通过采用上述类型的推进剂和压缩介质，这是可能的，即采用能产生在第二腔418内通过与一氧化压缩介质(例如氧与诸如一种或多种惰性气体之类的惰性流体，例如氩、氮的多成分混合物)混合进一步燃烧的燃气的一种推进剂。在这种情况下，燃气的“二次”燃烧、以及由点火/助燃材料408点燃而产生气体的可能的二次燃烧在第二腔324内会趋向于显著的压力增大/压力增大率，从而可不需要阀438。例如，在启动充气机350之后，二次燃烧可以占第二腔418内压力增大/压力增大率的至少大约百分之三十(30％)，并且可能达到大约百分之五十(50％)。这样，在第二腔418内利用一化学反应便可获得一基于快速加压的流体启动，从而无需阀438。
对于按上述方式构成但没有阀438的一充气机350，第一腔394、第二腔418与储存气体壳体354以及表示空气/安全气囊18(图1)的一固定壁容器内的压力曲线分别示于图13A-D。对比图12与图13A-C可看出，无需使用阀438就可得到类似特性。这又可主要归功于采用特定类型的推进剂与压缩介质来在第二腔418内提供气体的燃烧，以实现影响第二腔418内的快速加压，从而打开第二隔盘428。图15表示了按照本发明的充气机的一种改进方案。该改进的充气机的结构类似与图5所示的充气机。因此，我们省去相似结构的描述，但将参考与图5的充气机的部件标记一致的标记。下面描述图15的改进的充气机与图5的充气机之间的具体区别。
一第一腔501的内径大于一第二腔502的内径。第二腔502的长度被设置成远小于图5的第二腔324的长度。因此，第二腔502的容积远小于第一腔501的容积。第二腔502的容积大约是该实施例中第一腔501容积的二十分之一。
一引信管503位于第一腔501的轴线上，并且将启动器228连接到吸气喷嘴274上。引信管503为空心的并在其周壁上具有若干互连口504。引信管503与吸气喷嘴274允许第一腔501与第二腔502相连(即其有助于使固态推进剂流出启动器228与盘290之间的轴向通道)。第一隔盘236大体封闭构成在启动器228与第一腔501之间的一通道。
第二腔502由一后燃烧器管505连接到输出口286上。位于第二腔502附近的第二隔盘290与吸气喷嘴274通常经管505封闭输出口286。排出口262将第一腔501与储存气体壳体204相连。第二腔502设置有输入口316。输入口316在静态下是打开的，因为阀320未密闭地接触第二腔502的内壁。
在静态下，储存气体壳体204、第一腔501以及第二腔502内的压力通过吸气喷嘴274、引信管503、输入口316及排出口262。在该状态下，当启动器228被致动时，冲断第一隔盘236并且推进剂颗粒燃烧。由推进剂颗粒258燃烧而产生的燃烧气体增大第一腔501内的压力并且然后经引信管503与吸气喷嘴274增大第二腔502内的压力。增大的压力使阀320移向第二腔502的壁来封闭输入口316。燃烧气体从吸气喷嘴274喷向管505来冲断第二隔盘290。
接着，第二腔502内的压力暂时下降以允许阀320打开输入口316。结果，压缩介质经输入口316进入第二腔502和管505内。压缩介质内的氧与燃烧气体内的一氧化碳及氢发生化学反应而将其转化为在第二腔502与管505内的二氧化碳和水蒸气。压缩介质内的二氧化碳、水蒸气与氩经输出口286与一喷散口508而输送给一气囊(未示出)，以使该气囊膨胀。
如上所述，在该实施例中第二腔502比第一腔501小。而且，第二隔盘290位于吸气喷嘴274附近。因此，除了具有图5与8所示的充气机相同的效果与优点之外，第一腔501与第二腔502内压力的增大在本实施例中出现得非常迅速，因而可迅速冲断盘290。
具有若干口504的引信管503可增大燃烧气流在流过口504时的速度。这有助于迅速冲断盘290。AAA
可注意到引信管503可应用于图5所示的实施例。此外，对于图5与8所示的每一吸气喷嘴的开口面积、以及排出口开口面积的总和，可根据是将压缩介质还是将燃气引入第一腔来确定何者更大。
下页表2表示图5、8和15所示的充气机的物理特性，它们适于在本发明的一个或多个方面使用。表2表示，例如推进剂颗粒、压缩气体以及压缩介质的取值范围。
可以和本发明的一个或多个方面一起使用的混合式充气机并可用于图1所示的气涨式安全系统的另一实施例示于图16。充气机614包括一圆筒形充气机壳体622，其内具有压缩介质620，用于提供给空气/安全气囊18(图1)；还包括一气体发生器624，其产生燃气来膨胀压缩介质620，以增大流入空气/安全气囊18(图1)内的气流。
        表2
乘客侧 驾驶员侧 侧充气机
推进剂(g) 可应用范围：大约0.5～大约20
大约6～大约20最好大约6～大约15 大约2～大约8最好大约2～大约6 大约0.5～大约2
推进剂的燃烧速度(cm/s) 大约0.25～大约5
推进剂的燃烧温度(°K) 大约2000～大约3800
推进剂的热值(Cal/g) 大约800～大约1300
压缩介质(g)/推进剂(g) 大约8～大约25
充气机壳体容积(cm3) 可应用范围：大约10～大约450
大约150～450 大约50～150 大约10～大约50
充气机壳体厚度(mm) 可应用范围：大约1～大约4
大约2.5～4 大约1～3 大约1～3
压缩介质组分(摩尔/摩尔)％(以摩尔为基数) 惰性流体：大约70％～大约92％，最好大约79％～90％；氧：大约8％～30％，最好大约10～大约21％
CO+H2(摩尔)/燃气(g) 大约30～大约70
燃气(摩尔)/推进剂(g) 大约0.3～大约0.6
压缩介质压力(psi) 大约2000～大约0.6
介质中氦的含量(％) 大约0.5～大约10，最好大约1～大约5
充气机614可用作一防侧撞充气机，因此可连接到车辆的一座椅或车门上(例如当车辆侧向冲撞时用来保护乘客)。压缩介质620可包括一种惰性流体(例如氩)和氧并且前述类型的推进剂也可采用。
一气体发生器壳体644焊接于充气机壳体622的右端开口上，其部分设置在充气机壳体622之内。在气体发生器壳体644的一容器腔645内包含有推进剂646(例如上述类型的)，当推进剂燃烧和触及一推进剂点火装置648时产生燃气。气体发生器壳体644和推进剂点火装置648布置在充气机壳体622的纵轴617上。
推进剂646可以是一硝胺推进剂并且最好包括例如大约70wt％的RDX(六氢化三硝基三氮杂苯)、从大约5wt％-大约15wt％的乙酸纤维素、和从大约5wt％-大约15wt％的GAP(环氧丙基叠氮聚合物)。当推进剂6464燃烧时，产生燃烧气体，包括一氧化碳和氢。
气体发生器壳体644包括位于其内端的一互连口650，通常由一第一隔盘652阻挡。一环形连接器626焊接于充气机壳体622的左端开口625上。一罩形喷散器630固定在连接器626的左端开口628上。喷散器630包括具有若干孔632的一圆周壁630a和一顶壁630b。喷散器630布置在轴线617上并且与空气/安全气囊18(图1)流体连通。
连接器626的一右端开口形成充气机622的输出口634。一第二盘636设置在输出口634，其通常阻挡输出口634。喷散器630包括一开口630c，其与输出口634流体连通。带有若干孔638的一罩640连接到连接器626上以覆盖输出口634。因此，内充气机壳体622通常由两个盘636、652与充气机壳体622的圆周壁封闭。容器腔645通过互连口650与充气机壳体622的内侧流体连通，而当冲断第一与第二盘652、636，充气机壳体622的内侧通过孔638与输出口634相连。
在一实施例中，第一与第二盘652、636之间的距离最好是大约20-70mm。充气机壳体622内的压缩介质620的量可在大约40-100cm3的范围内。在一实施例中，充气机壳体622内的压缩介质620的量更好的是在大约50-90cm3的范围内。充气机壳体622内可保持处于大约4000psi的高压。
当根据检测器612的信号而致动推进剂点火装置648时，推进剂646燃烧产生燃烧气体。燃烧气体包括一氧化碳与氢。燃烧气体增大气体发生器壳体644内的压力以冲断第一盘652。接着燃烧气体经互连口650流入充气机壳体622内并与其中的压缩介质620混合。
压缩介质620包括氧，其与燃烧气体内的一氧化碳和氢反应以产生二氧化碳和水蒸气。燃烧气体增大充气机壳体622内的压力，该压力经孔638而作用于第二盘636上。即，气体必需绕罩640的端壁641流入孔638。这有助于壳体622内的更完全的燃烧。因此可以认为端壁641起着一推进剂收集器的功能，其设置在通向充气机614的出口。
第二盘636由其附近的压力增大而冲断，当冲断后，经输出口634与喷散器630的孔632向空气/安全气囊18(图1)输送高压二氧化碳、水蒸气与惰性气体。因此，空气/安全气囊18(图1)在预定的时间内有效地膨胀一预定的量。
如上所述，本实施例中第一与第二盘652、636以及喷散器630设置在充气机壳体622的轴线617上，从而整个充气机可形成为一紧凑的圆筒形。因此，充气机可牢固地连接于一有限的空间内，例如在车辆的车门或车座的内侧，而无需更改车门或车座的构造。
在该实施例中，当推进剂646燃烧时产生燃烧气体，包括一氧化碳和氢。燃烧气体与压缩介质内的氧反应以转化成二氧化碳和水蒸气。因此，空气/安全气囊18(图1)可由对乘客实质上无害的气体来膨胀。
喷散器630形成罩状并包括圆周壁630a和顶壁630b。喷散器630还包括与输出口634流体连通的开口630c和与圆周壁630a上的开口630c流体连通的若干孔632。因此，当气体由充气机壳体622释放时，空气/安全气囊18(图1)可由若干孔632在所有方向排出的气体更有效地膨胀。
图16A表示图16的充气机的一种改进情况。在该改进情况中，气体发生器壳体624包括一基段660和一腔段662。基段660支承点火装置648。腔段662容纳推进剂646。一盘664设置在基段660与腔段662之间并且被夹住。盘664通常关闭腔段662的通孔666。腔段662经互连口650与充气机壳体662流体连通。因此，腔段662内侧处于压力作用之下。
当致动点火装置648时，点火装置648直接冲断盘664并点燃推进剂以产生燃烧气体。燃烧气体与压缩介质620内的氧反应以转化成二氧化碳和水蒸气。因此，空气/安全气囊18(图1)可由对乘客实质上无害的气体来膨胀。
图17、18和19示出了形成储存气体壳体354的一种方法，该壳体为单件结构。一般地，储存气体壳体354可通过在轴向压缩或锻压单件管件470而模锻形成。管件470具有大致为圆筒形的侧壁474和分别轴向隔开的上下端478、482。在一实施例中，用于形成储存气体壳体354的管件470为经热张冷成并磨边的管件，从而整个管件实质上具有均一的特性(例如可从匹兹堡管件公司得到的3.25英寸外径的管件)。用于管件470的合适材料包括关于储存气体壳体354前已确认的那些材料。为了提供一种上述尺寸并且是用于驾驶员侧应用的充气机，管件的长度一般不超过2.5英寸，壁厚不超过3/32英寸，外径不超过3.25英寸。
通过一上模490与一下模508的相互作用，管件470形成为储存气体壳体的形状。上模490与下模508分别包括环形槽492与512，其每一大体上为凹入形。每一槽494、512可具有这样的特征：即包括一内壁(相对于穿过各模中央的中央纵轴线)和一外壁，内壁与外壁之间设有一底壁，并且内壁与外壁限定各槽的内外部分的深度。这些不同部段(即内壁、外壁和底壁)中的每一个可拱形地形成，在一个实施例中，每一槽494与512实件上由单一半径来限定。
上模490的一外周498偏离其内周500。更具体地说，外周498包含在一上基准面504内，而内周500则位于上基准面504之上。类似地，下模508的一外周5 16偏离其内周520。更具体地说，外周516包含在一下基准面524内，而内周520则位于下基准面524之下。
上下模490、508分别轴向对齐，尤其使得其相应的槽494、512彼此相对，如图17所示(例如槽494与512相对置)。管件470放置在各上下模490、508之间，并且管件470的外径通常被选择成非常接近于或者等于每个槽494、512的外径。上模490与下模508彼此相对轴向移动，以向管件470施加压缩力，使管件470大致分别地形成上下模490、508的槽494、512的形状，如图18和19所示。在一个实施例中，模490、508以大约10英寸/分钟的速度和大约40吨的力彼此相对地轴向移动。
一般地，并且作为所述模490与508相对的轴向移动的结果，管件470的上半部分被压成与上模490内的槽494一致，而管件470的下半部分被压成与下模508内的槽512一致。在槽494与512分别由一单一的半径形成的情况中，实质上管件侧壁474的所有部分将被径向向内压入一定的程度。此外，当模490与508之间的相对移动达到某一程度时，管件470的被压入上模490内的端部将伸入下模508内，而管件470的被压入下模508内的端部将伸入上模490内。
在上述压缩结构中并且如图18所示，当分别由上、下模490、508施加轴向压缩力时，管件470的上端478与下端482大体上分别沿限定上、下模490、508上的槽494、512的表面延伸。根据管件470的初始长度和/或槽494、512的形状，可分别在管件470上、下端478、482产生管件470的压缩啮合，每一端实际上向内延伸到一中间基准面486上，如图10所示。这意味着管件470的两端也大体上彼此相对地伸出，并且也伸向相对的模。此外，在完成模490、508的操作之后，也可保留一径向向内设置的环形槽488。即，无需模锻管件470就可形成一封闭的表面或者一空壳形的外表面或者一实际的圆环室。代之以并且如图14c和8所示的那样，储存气体壳体354的径向向内部分实际上可打开，从而保持为略呈C形的横截面。储存气体壳体的横截面沿角度范围超过180度的一弧延伸。这样，储存气体壳体354的外侧壁可具有大致圆环形或环形的构造。
在所示实施例中，管件470的长度被选择成不大于各上、下模490、508的第一与第二弧528、532弧长的总和。这允许在模锻过程中整个管件470被“支承”并形成储存气体壳体354的大致C形横截面。第一弧长528限定上模490的环形槽494的凹度，而第二长532限定下模508的环形槽512的凹度。通过选择这一长度的管件470，将允许形成一大致为C形的横截面，即使当上、下模490、508分别完全啮合(未示出)而限定一封闭的表面(例如当上、下模相互作用时，由槽限定了一封闭的表面)。由于在所示实施例中，上、下模490、508的相应内周500、520不啮合，管件470的长度可被选择成大于所述的各第一与第二弧弧长528、532的总和，并且仍然提供一内环形槽488。然而，在模锻过程中，希望管件470的所有部分保持实质上与相应的槽494、512啮合，因而管件470的长度应如上所述的那样。
在所示实施例中并且如上所述，上、下模490、508的各表面之间邻近于其各槽494、512处还具有一偏移。即，上模490的、特别是至少邻近于槽494并径向向外设置的那一部分外周498偏离于上模490的，尤其是至少邻近于槽494并径向向内设置的那一部分内周500。此外，下模508的、特别是至少邻近于槽512并径向向外设置的那一部分外周516偏离于下模508的，尤其是至少邻近于槽512并径向向内设置的那一部分内周520。这样，当模490、508进入啮合时，上、下模490、508的外周498、516分别如图19所示啮合，而其内周500、520则垂直地位移。因此，如果管件470的长度被选择成不大于如上所述的第一与第二弧弧长528、532的总和，在模锻过程中管件470将被支承，并且储存气体壳体354保持大致C形横截面。
当储存气体壳体354形成所需的形状时，中央壳体358可设置在中央开口536内。中央壳体358可由单件上述类型的材料模压形成，并且通常在安装于储存气体壳体354内之前进行装配(例如形成第一腔394与第二腔418，推进剂颗粒包含在第一腔394内)。如图8所示，中央壳体358的高度大于储存气体壳体的高度(例如中央壳体358的上端垂直伸过包含储存气体壳体354最上部位的一基准面)。当中央壳体358位于其正确的位置时，可采用焊接处450、454来密封充气机350的内部。然后，可向充气机350内提供合适的充气介质(例如通过击穿储存气体壳体354，提供一压缩气体，然后重新密封壳体354)。
图20表示模的一改进的实施例。在该改进的实施例中，设有一对保持件530。当管件470的第一端与第二端位于第一与第二模490与508之间时，保持件530从管件470的相对侧与管件470啮合，以将管件470保持在预定的位置。在第一与第二模490、508彼此相对移动之前，由一驱动装置(未示出)将保持件530与管件470分开。由此，在该改进的实施例中，管件470可精确地位于预定位置。
如图20和21所示，第一与第二模490、508的槽494、512的内周边缘分别具有第一表面532、534，每一表面是沿着从每一弧的内端向相对的模490或508延伸的一直线形成的。槽494与512的外周边缘具有第二表面536与538，每一表面是沿着从每一弧的外端向每一保持件的外侧延伸的一直线形成的。当管件470安装在模内时，管件470的上、下端与相应的第二表面536、538啮合。当壳体的形成结束后，管件470的上、下端与相应的第一表面532、534啮合。
将参照图22、24来描述制造类似于图2与图5所示的那些圆筒形壳体的方法，其中这些圆筒形壳体采用了所述的原理。可以以与图8所示的储存气体壳体350大致相同的方法通过模锻一管件670来形成壳体34与204(即，将壳体34与204的端部构成具有类似于储存气体壳体350的形状)。但是，管件670比储存气体壳体350的管件长。例如，在一个实施例中用于生产壳体34的管件的长度为251mm，而在一个实施例中用于生产壳体204的管件的长度为139mm。管件的长度最好在100-300mm的范围之内。而最佳的范围是130-260mm。
管件670具有一圆筒形外壁和轴向分开的上、下端678与682。壁的厚度较好是在2-4mm的范围内，而最好是在2.5-3.5mm的范围内。管件670的外径较好在40-75mm的范围内，而最好在55-65mm的范围内。管件的长度、厚度及外径可根据不同的参数包括储存气体壳体内储存气体的量、及充气机在车辆中安装空间的大小来进行选择。
管件670由一第一下模608与一第二上模690来形成带有改进的端部的壳体34或204。第一与第二模608、690具有第一与第二环槽612、694，这些环槽具有与图17中所示的环槽大致相同的形状。每一模608或690的一外壁610或692是根据管件670的长度形成，从而外壁610或692的长度大于图17所示的每一模的长度。
如图22所示，管件670安装在第一与第二模608与690之间。管件670的上、下段678与682分别与相应的环槽612与694啮合。这时，在模608与690之间形成有大小为L10的一间隙。当由管件670来形成壳体时，在该间隙L10中可拆卸地放置有一对垫板700，用来调节模608与690的行程。每一垫板具有预定的厚度t。
构成环槽612与694的两段圆弧所具有的共同半径与长度由L31与L21表示。每一圆弧的角度范围为大于90度而小于180度。间隙L10的大小设置成等于或大于长度L21与L31长度之和。在该实施例中，间隙L10的大小等于长度L21+L31之和的大小。长度L21+L31之和小于管件670的长度。
当由管件670来形成带有改进的端部的壳体34或204时，第一与第二模608、690彼此相对移动，并且然后其相对端与垫板700啮合，如图23所示。模608与690移动直至啮合处的距离由L10-t表示。同时，管件670的上、下端在相应的整个圆弧L21和L31的长度内移动距离L20和L30。距离L20比L30短，并且距离L30比L31短。在距离L10、L20、L30与垫板700的厚度t之间建立下列关系：
               L10-t＝L20+L30
接着，从模608与690上移去垫板700。第一与第二模进一步彼此相对移动并且模的相对端彼此配合，如图24所示。这时，带有改进的端部的壳体34或204的形成终止。模的总行程由L10＝L21+L31表示。如果在形成壳体之后将模分开，则可从模内取出带有改进的端部的壳体34或204。带有改进的端部的壳体34或204具有一中央壳体，其相对端打开，即第一与第二端打开。在壳体204的第一与第二端处可进行切割操作来调节相对端的尺寸。
应当注意到，可通过在图23所示的阶段终结模压操作来调节拱形端部的范围。也可通过改变圆弧的半径或垫板的厚度来调节拱形端部的范围。这增大了设计壳体34或204的自由度。下面描述采用按上述生产的壳体204来装配图5所示充气机的方法。首先，装配中央壳体216。中央壳体216由具有不同直径的两个管组成。大管构成气体发生器壳体212，小管构成第二壳体278。
大管具有滤网266和连接于滤网一端的后燃烧器喷嘴274。小管具有阀320。小管插入大管内以使部分地重叠。这时，喷嘴274的前端位于阀320内。然后在重叠的部位焊接两管以彼此相连。接着，通过焊接而将容纳启动器的安装座224固定在位于已连接的管的大管侧的一开口端或一第一端上。这样就结束中央壳体216的装配。
紧接着，将预装有后燃烧器安装座282与第二隔盘290的轴套294插入壳体204的中央开口的第一端并通过焊接固定。接着，将连接的管通过中央开口的第二端插入壳体204内。位于连接的管的小管侧的一开口端连接到后燃烧器安装座282内。最后，将安装座224连接到壳体204的第二端而结束图5所示的充气机的装配。
可用于图1的气涨式的安全系统10的混合式充气机的另一实施例示于图25。混合式充气机800包括含有一压缩介质868(例如一压缩流体并且包括一种或多种流体和/或一种或多种气体)的一圆筒形充气机或储存气体壳体862；一圆筒形气体发生器804，它包含有合适的气体/热生成材料或推进剂818，以加强流向空气/安全气囊18(图1)的气流(例如用来加强系统的膨胀能力的至少大约85％的热来自于推进剂818的燃烧)；一致动装置832，既用于释放压缩介质868(通过在充气机800与空气/安全气囊18(图1)之间建立气流通道)又用于点燃推进剂808；以及一喷散器890，用于将来自于充气机800的气流导入空气/安全气囊18(图1)内。最好是，充气机800采用上述组分的枪弹型推进剂和/或混合式推进剂，并带有多成分压缩介质802(例如一种成分为氧，另一种成分为至少一种惰性流体(例如气体/液体))。这样，充气机800还包括设置在喷散器890“上游”的一后燃烧器管870，以允许在经喷散器890排出充气机800之前充分地燃烧气流。
充气机800的某些部分限定一压力容器，这些部分包含静态的压缩介质或者在启动致动装置832之前的压缩介质。一般地，致动装置832关闭储存气体壳体862的一端，它包括连接储存气体壳体862与致动装置832的壳体834的一第一焊接处852并且由该焊接处提供一密封。储存气体壳体862的相对端由后燃烧器管870与喷散器890关闭，其中后燃烧器管870与喷散器890分别通过焊接处896、898固定在储存气体壳体862上，这些焊接处提供额外的密封。下面更详细地描述用于充气机800的其它密封。压缩介质868经位于储存气体壳体862上的入口864引入完全装配好的充气机800内。当在充气机800内已装入所需量的压缩介质868时，由一堵塞866密封该入口864，其中堵塞866被适当地固定在储存气体壳体862上(例如设置在入口864内和/或上的一钢球，其可被压入安装和/或焊接于此)。
在静态时，压缩介质868包含在充气机800的多个腔内，并且这些腔以这样一种方式流体连通，即限定了在操作过程中流出充气机800的一气流通道。气体发生器804包括一气体发生器壳体806，它同心地设置在储存气体壳体862内并且限定了一第一腔882。推进剂818包含在气体发生器壳体806内的第一腔882内。与气体发生器壳体806的第一腔882流体连通的是一第二腔884，其包含有处于静态的或者在启动致动装置832之前的压缩介质。第二腔884部分由储存气体壳体862与气体发生器804之间的环形空间限定、部分由储存气体壳体862与后燃烧器管870之间的环形空间限定。第一腔882与第二腔884之间总是流体连通，从而在静态或者启动致动装置832之前，气体发生器壳体806内的第一腔882也包含有压缩介质。气体发生器壳体806包括一第一端810和一第二端812。气体发生器壳体806的第一端810与致动装置832相作用并且由其一部分关闭，这有助于在充气机800内保留处于静态的压缩介质，正如以下将更详细的描述。气体发生器壳体806的第二端812的直径略大于气体发生器壳体806的第一端810的直径，该第二端是敞开的并且从后燃烧器管870的一部分径向向外设置。该空间可认为或者是第二腔884的一部分、或者是第二腔884与由一带孔轴套872构成的第三腔886之间的流体通路的一部分。
第二腔884与第三腔886之间的流体连通由至少一个并且最好是多个带孔轴套的通口873提供，其中带孔轴套通口873径向地设置在带孔轴套872上，其总是处于打开状态。带孔轴套872将后燃烧器管870与气体发生器804相连。带孔轴套872的一端适当地固定在气体发生器804的一第二端壁824上，以关闭气体发生器壳体806内的第一腔882的一端(例如通过一压扁的互连)。带孔轴套872的相对的另一端通过焊接处880与后燃烧器管870的一端相连。为了密封第三腔886以在第一腔882、第二腔884和第三腔886内保持处于静态的或者在启动致动装置832之前的压缩介质868，在后燃烧器管870与带孔轴套872之间设置有一第二隔盘874，并通过焊接处880将该第二隔盘保持定位。第二隔盘874提供在充气机800与空气/安全气囊18(图1)之间的主要隔开，并且其可当作输出盘。
可注意到，第二隔盘874可设置在充气机800内的中间部位。在所示的实施例中，第二隔盘874设置在储存气体壳体862的大致中间部位并且设置在其内。设储存气体壳体862的两端之间的距离为L′。在一实施例中，第二隔盘874的上述“中间”部位可被认为设置在离储存气体壳体862的两端L′的至少大约40％的位置。
当其以下面将更详细描述的方式断开或打开后，后燃烧器管870与第三腔886相连。后燃烧器管870接着与包括若干喷散口894与一个喷散滤网892的喷散器890相连。从喷散器890出来的流体接着被导入空气/安全气囊18(图1)内。后燃烧器管870与喷散器890接着共同地确定用于充气机800的一输出通道。注意到与喷散器890相作用的后燃烧器管870具有一扩大的端部876，其直径大于与第二隔盘874相作用的后燃烧器管870的端部。该扩大的端部876降低流出充气机800的速度。
只要第一腔882又位于气体发生器804内，并且更具体地说是由一空心引信管814与一环形保持器828限定，其中空心引信管814同心地设置在气体发生器壳体806内，而环形保持器828则抵靠于气体发生器壳体806的内表面与引信管814的外表面上。推进剂818沿径向置于引信管的外侧(即在启动过程中至少损坏推进剂818的可能性)，以及位于保持器828与邻近致动装置832的气体发生器壳体806的第一端810之间。
至少一个，典型地为许多气体发生器输出口808设置于气体发生器壳体806上，以便在任何时间气体储存壳体862与气体发生器壳体流体连通，特别是在设置推进剂818处与气体发生器壳体806的第一腔882流体连通。这些输出口808设置在位于保持器828与气体发生器壳体806的第一端810之间的气体发生器壳体806上。最好由推进剂818燃烧产生的所有副产物以及由致动装置832产生的任一副产物均通过气体发生器输出口808流出气体发生器壳体806，以增大空气/安全气囊18(图1)的气流。为了降低这些燃烧副产物有害地影响充气机800的性能的趋势，可在充气机壳体806内至少气体发生器输出口808上设置一滤网820。
通过致动装置832点燃气体发生器壳体806内的推进剂818，其中致动装置832包括致动装置壳体834。致动装置壳体834在第一焊接处852连接到储存气体壳体862上，并且还在第二焊接处854连接到气体发生器壳体806的第一端810上，以获得最好是气密性的密封，因为储存气体壳体862与气体发生器壳体806两者都包含处于静态的或者在启动致动装置832之前的压缩介质802。致动装置壳体834保持一合适的启动器836(例如一电子致动的雷管或其它合适的引信装置)，其提供燃烧产物以点燃推进剂818。为了使启动器836与充气机800内的压缩介质868隔开并进一步给充气机800提供一密封，在气体发生器804与启动器836之间设置有一第一隔盘858。在所示实施例中，倾向于通过在气体发生器804的一第一端壁822(其被压扁至引信管814的一端)与致动装置壳体834的一端之间设置该第一隔盘858，其中气体发生器804的一第一端壁与致动装置壳体834的一端通过第三焊接处856相互固定。
圆筒形引信管814同心地设置在气体发生器壳体806内并且与启动器836对准，以接收一燃烧副产物的“气流”，该燃烧副产物是通过启动致动装置832产生的。推进剂818又设置在气体发生器壳体806的第一腔882内，或者从引信管814径向向外设置。这样，引信管820降低致动装置858的启动而对推进剂818产生有害影响的趋势，主要是通过降低具有的压力波或者压力脉冲的趋势，这种压力波或者压力脉冲是由启动器836致动产生的，它会弄碎推进剂818的颗粒，这将改变推进剂818的燃烧特性。为了将来自于致动装置832的燃烧产物引向推进剂818，以通过直接接触而点燃该推进剂818，在引信管814的壁上设置有至少一个最好多个引信管通口816。这些引信管通口816可沿引信管814径向地设置，并沿引信管814的全长纵向隔开。
致动装置832还包括一合适的点火/助燃材料859来增强致动装置832的能力(例如一RDX/铝助燃材料，其组分为89wt％的RDX，11wt％的铝粉，按比例可能添加0.5wt％-5.0wt％的羟基丙基纤维素来代替0.5wt％-5.0wt％的RDX和铝)。点火/助燃材料859可设置在启动器836与推进剂818之间，其中推进剂818与启动器836的排出或输出对准。启动器836的致动点燃其燃烧材料，燃烧材料接着点燃点火/助燃材料859。来自启动器836的燃烧产物和/或助燃材料859的点燃由于流经引信管814及引信管通口816，以直接与推进剂818接触而接着点燃该推进剂818。由于点火/助燃材料859为粉末状，其被包装在一薄壁杯860内。该杯860设置在引信管814内的一端上(例如通过压装)，并且具有面向或伸向启动器836的一开口端和与该开口端相对设置的一封闭端。从而引信管816传送燃烧产物以点燃推进剂818。
致动装置832的启动不仅点燃推进剂818，而且通过冲断第二隔盘874也在充气机800与空气/安全气囊18(图1)之间建立一气流通路，其中第二隔盘874又是充气机800与空气/安全气囊18(图1)之间的主要隔断。按此，致动装置832还包括一投射顶针/阀838。该投射顶针/阀838部分设置在引信管814的相对于点火/助燃材料859的端部内，并与启动器836和点火/助燃材料859两者对齐，它起初通过一剪切环850保持在一固定的位置，经气体发生器壳体806的第二端壁824延伸到引信管814之外，其与第二隔盘874轴向对齐，并与第二隔盘874隔开。一般地，来自于致动装置832(启动器636和/或点火/助燃材料859)的燃烧产物经引信管814被引导下来并在投射顶针/阀838上作用一力以“剪断”剪切环850，并将投射顶针/阀838推过第二隔盘874。这允许压缩介质868、燃气和其它燃烧产物从第二腔884经带孔轴套的通口873流入第三腔886、经带孔轴套通口873与被冲断的第二隔盘874流入后燃烧器管870，并流入喷散器890而排出充气机800外，以引入到空气/安全气囊18(图1)内。
致动装置832的投射顶针/阀838除了以所述方式启动来自充气机800的流体外，还提供一功能。具体地说，投射顶针/阀838迫使来自第一腔882内致动装置832的燃气与其它燃烧产物经气体发生器输出口808流出气体发生器804并流入第二腔884内。这是由投射顶针/阀838的构造和/或投射顶针/阀838与气体发生804的作用方式来提供的。投射顶针/阀838包括一第一锥形头840，其伸向启动器836并且其最大的直径大致等于但略小于引信和814的内径，从而投射顶针/阀838可相对于引信管滑动。投射顶针/阀838还包括一第二锥形头842，其伸向第二隔盘874并且其最大直径小于第一头840的最大直径。与第一头840和第二头842相连的是一本体844，它包括一第一本体部分846和一第二本体部分848。第一本体部分846可滑动地与气体发生器804的第二端壁824作用，而第二本体部分848从第一本体部分846伸到第二端壁824之外，以与第二头842相连。第二本体部分848的直径小于第一本体部分846的。
投射顶针/阀838在静态或者由一剪切环850启动致动装置832之前保持在一固定的位置。环形剪切环850安置在形成于第一本体部分846上的一槽内。剪切环850还被保持在气体发生器804的第二端壁824与引信管814的端部之间。一旦启动致动装置832，来自于启动器836与点火/助燃材料859的燃烧产物向投射顶针/阀838作用一力，该力足以剪断剪切环850以允许投射顶针/阀838被推过第二隔盘874。投射顶针/阀838仅由这些燃烧产物移动，而不由推进剂818的燃烧来移动。投射顶针/阀838由来自于致动装置832的燃烧产物而继续轴向移动，直到第一头840顶住气体发生器的第二端壁。由于第一头840的直径大于第二端壁824上投射顶针/阀838通过的孔的直径，第一头840密闭第一腔882从而来自气体发生器804的流体必需流经气体发生器输出口808并流入第二腔884，然后以上述方式排出充气机800。由于推进剂818的燃烧，第一腔882内的压力将投射顶针/阀838保持这种类型的密封啮合。然而，当在操作过程中第三腔886内的压力超过第一腔882内的压力时，投射顶针/阀838将向启动器836轴向返回，直到第二头842抵靠于气体发生器804的第二端壁824上再次密封该气体发生器。
可用于图1的气涨式的安全系统10的混合式充气机的另一实施例示于图26。该充气机900为混合式充气机并且大体上包括两个主要元部件。一充气机或储存气体壳体908包含一压缩介质以给混合式充气机900提供“冷气”成分。一中央壳体总成916伸过储存气体壳体908的中央部分并且适当地连接到中央壳体916上(例如经在焊接处1028、1040焊接)，最好获得一气密性的密封。中央壳体总成916限定一气体发生器950，其包含推进剂986来给混合式充气机900提供“热气”成分(例如处于一升高温度下的燃气)，以增大流向空气/安全气囊18(图1)的气流(例如至少大约85％的来自于推进剂986燃烧的热用来增大系统的充气膨胀能力)。充气机900内使用的压缩介质与推进剂可以是上述那些，并且可在上述范围/相对量内使用。
储存气体壳体908为环形并且绕充气机900的中央轴线同心地设置。储存气体壳体908的上部由第一半径R1确定，而储存气体壳体908的下部由第二半径R2确定。半径R1、R2的圆心沿垂直方向隔开但垂直对齐。这为储存气体壳体908提供了一大致为圆筒形的环形部分。在一实施例中，第一半径R1大约为0.6英寸，第二半径R2大约为0.6英寸，第一半径R1与第二半径R2沿垂直方向间隔开大约0.12英寸的距离。
中央壳体总成916沿充气机900的中央纵轴线914设置并且包括一大体上为杯形的中央壳体920。中央壳体920具有一大体上为圆筒形的中央壳体侧壁924、一与中央壳体侧壁924整体形成的一中央壳体底壁928、和一开口端932。中央壳体底壁928从中央壳体侧壁924大体朝向开口端932向内延伸，并且在一实施例中，中央壳体底壁928相对于水平参考面的角度为大约26度。这一角度配置提供增大的结构强度。
在中央壳体底壁928的中央部分设有一开口，以容纳一致动装置954。致动装置954包括一致动装置保持器总成958，其具有一主壳体962。该主壳体962通过一环形焊接处1032连接到中央壳体底壁928上，以最好提供一气密性密封。一合适的启动器974容纳在主壳体962内并且在启动器974与主壳体962之间设置有一O形圈970来提供另一密封。当启动器974致动时的输出引导至主壳体962上的与启动器974轴向对齐的一开口。
致动装置保持器总成958的一端盖966设置在启动器974之上，并且具有伸过其中央部分的一开口。一第一隔盘976设置在端盖966的这一开口内并且保持在端盖966与主壳体962之间，其中端盖966与主壳体962通过环形焊接处1048相互连接。与第一隔盘976对齐但位于该隔盘976的背离启动器974的相对侧的是一合适的点火/助燃材料990，该材料在一实施例中为一RDX/铝助燃材料，其组分为89wt％的RDX和11wt％的铝粉，按比例可能添加0.5wt％-5.0wt％的羟基丙基纤维素来代替0.5wt％-5.0wt％的RDX和铝。该点火/助燃材料990为致动装置954的一部分，并且有助于推进剂986的点燃，并可包含在一泡沫形的结构内。
在中央壳体920的中间位置设置有一隔板936。该隔板936包括一隔板侧壁940和一隔板底壁944。隔板侧壁940的下部与中央壳体侧壁924的内部压装啮合，而隔板侧壁940的上部从中央壳体侧壁924径向向内分布。一第一腔978由隔板底壁944、中央壳体920的下部以及致动装置保持器总成958限定，其中致动装置保持器总成958如上所述关闭中央壳体底壁928上的开口。隔板底壁944相对于第一腔978为曲面形或者圆顶形，以在隔板底壁944与连接于致动装置保持器总成958的主壳体962上的端盖966之间提供足够的空间。
点火/助燃材料990包含在第一腔978内。在该第一腔978内还包含有推进剂986，从而限定第一腔978的结构也可当成具有一气体发生器壳体的气体发生器950。若干第一通口982总是将第一腔978与储存气体壳体908流体连通。储存气体壳体908与中央壳体侧壁924之间限定的空间构成第二腔912。因此，在静态或者启动致动装置954之前，压缩介质也包含在气体发生器950的第一腔978内。
中央壳体920的开口端由喷散器组件994关闭，充气机900的整个输出经该开口端流动，并且其中喷散器组件994包括一喷散器壳体998。一第三腔1020由喷散器组件994、中央壳体920及隔板936限定。该第三腔1020也总是与储存气体壳体908流体连通。按此，在中央壳体侧壁924上设置有若干径向隔开的第二通口1024。由于隔板侧壁940的上端与喷散器壳体998啮合，在隔板侧壁940的上部也设置若干隔板槽口944。每一隔板槽口944形成在隔板侧壁940的上端，并且还从中央壳体侧壁924径向向内分布。来自充气机900的所有气流、包括流自第一腔978的燃气经第三腔1020流入储存气体壳体908或者第二腔912，流入隔板侧壁940与中央壳体920之间的空间，经过邻近于喷散器壳体998的槽口940，然后流入第三腔1020。
喷散器组件994关闭中央壳体920的开口端932并且将来自充气机900的所有气流导入空气/安全气囊18(图1)内。喷散器组件994包括由一环形焊接处1044连接于中央壳体侧壁924上的喷散器壳体998。一中央通道1000伸过喷散器壳体998的内部，并且该通道1000位于充气机900的中央轴线904上。中央通道1000与若干喷散器通口1004相作用，以向空气/安全气囊18(图1)提供降低了冲击力的输出。为了在充气机900内保留处于静态的压缩介质，喷散器组件994包括一覆盖中央通道1000的第二隔盘1016，以使充气机900起初与空气/安全气囊18(图1)隔开。第二隔盘1016设置在位于喷散器壳体998端部的一埋头孔内，其向致动装置954突出，并且保持在喷散器壳体998与一喷散器端盖1012之间。喷散器端盖1012由一环形焊接处1036连接于喷散器壳体998上并且包括一开口，该开口也位于充气机900的中央轴线904上。
充气机800的上述构造对于制造来说尤为有利。按此，中央壳体920设置在储存气体壳体908内，两者合适地对齐，并且通过环形焊接1028固定于其上。致动装置954的主壳体962也设置在中央壳体底壁928的开口内，两者合适地对齐，并通过焊接1032固定于其上。最好是，在主壳体962与端盖966之间设置第一隔盘974，从而在将致动装置954装入中央壳体920之前进行焊接1048。焊接1028与1032的相对顺序并不是绝对的。在装配过程中的任意时刻都可进行使中央壳体920的上部与储存气体壳体908相连的焊接1040。
在焊接1028与1032后，经开口端932将推进剂986装入中央壳体920内到邻近于致动装置954的位置。然后，置于一泡沫盘上的点火/助燃材料990可放置在端盖966的开口之上。接着经开口端932将隔板936装入中央壳体920内，以形成第一腔978。通过隔板936压缩装持点火/助燃材料990的泡沫盘而将该泡沫盘保持在正确的位置。通过为充气机900采用这一构造，将可理解在充气机的装配过程中邻近于推进剂986处不进行焊接。这就大大降低了在装配过程中点燃推进剂986的趋势和/或减少了预防因这些焊接而不希望地加热推进剂的需要。
通过将喷散器组件996安装在中央壳体920的开口端932内而完成了充气机900的装配。在通过由焊接处1036将喷散器壳体998焊接到端盖1012这一安装之前装入第二隔盘1016。在喷散器组件994被保持在正确的位置时，进行焊接1044。也可在完成充气机900的硬件的装配时进行焊接1040。然后可向密封的充气机900提供压缩介质，例如通过经储存气体壳体908上的注入口注入压缩介质。
总而言之，对于充气机900的操作，在启动致动装置954之前整个充气机900的压力是相等的。压缩介质包含在第一腔978、第二腔912和第三腔1020内。当向致动装置954输送一合适的信号时，启动器974的燃烧材料被点燃。来自启动器974的燃烧产物冲断第一隔盘976并点燃点火/助燃材料990。点火/助燃材料990的点燃接着又点燃推进剂986。
来自致动装置954的所有燃气和气体燃烧产物从第一腔978流入第二腔912，然后流入第三腔1020。隔板936基本上可以防止任何燃气从第一腔978直接流入第三腔1020。进入第三腔1020的流体通过第二通口1024，进入隔板侧壁940的上部与中央壳体侧壁924之间的空间，通过位于与喷散器壳体998啮合的隔板侧壁940上的槽口948，然后进入第三腔1020。当第三腔1020内的压力到达一预定值时，第二隔盘1016被冲断从而气流可经喷散器组件994提供给空气/安全气囊18(图1)。由于充气机900相对小的尺寸和当点燃推进剂986及以上述方式接着燃烧燃气时，充气机900内压力的快速增大，可以通过冲断第二隔盘1016以一及时的方式启动而使气流充入空气/安全气囊18(图1)内。该第二隔盘1016可精压制造，以减少隔盘碎片进入排出气流中的可能性。
为解释和说明的目的对本发明作了上述描述。此外，该描述并不打算将本发明局限于此处所公开的具体形式。因此，根据上述教导及本领域内的普通技术常识所作的变化与改进均在本发明的范围内。上面所述的实施例还解释了所知的实施本发明的最好方式，并且使本领域内的其他技术人员可以用这种或其它实施例以及根据具体的应用或使用而所需作的各种改进来利用本发明。本发明所附的权利要求书被认为包括在现有技术允许的范围内的变化的实施例。

Claims (12)

1.一种用于气涨式安全系统的充气机，包括：
一充气机壳体；
包含在至少所述充气机壳体内的一压缩介质；
一气体发生器，包括与所述充气机壳体相连的一气体发生器壳体和设置在所述气体发生器壳体内的一气体生成材料；
可与所述充气机壳体及气体发生器壳体的至少其一流体连通的一输出通道；
密封所述输出通道的一第一隔盘；
与所述第一隔盘对齐的一投射顶针；
用于产生燃烧产物的装置；
用于提供所述的燃烧产物与所述气体生成材料直接接触以点燃所述气体生成材料的装置；
其特征是：采用产生燃烧产物的所述装置使所述投射顶针被至少部分地推过所述第一隔盘。
2.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述输出通道设置在所述充气机壳体内，伸过所述充气机壳体的一端，并且至少部分地与所述气体发生器壳体对齐。
3.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述输出通道包括设置在所述充气机壳体内的第一和第二部分，所述的第一部分具有一第一有效直径，而所述的第二部分具有大于所述第一有效直径的第二有效直径，其中来自所述充气机壳体的一流体首先流经所述输出通道的所述第一部分并且接着流经所述输出通道的所述第二部分。
4.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述中间部位包括所述第一隔盘，该第一隔盘放置在离所述充气机壳体的第一与第二端之间的所述第一距离的至少大约40％的位置。
5.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述投射顶针至少部分设置在所述气体发生器壳体内并且所述气体发生器壳体包括至少一个与所述气体发生器壳体及所述充气机壳体流体相连的气体发生器输出口，其中所述的投射顶针在所述用于产生燃烧产物的装置致动之前承受所述压缩介质的作用。
6.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述气体发生器还包括可与所述用于产生燃烧产物的装置流体连通的一燃烧产物输送壳体，并且该输送壳体至少部分地设置在所述气体发生器壳体内，所述的气体生成材料设置在所述输送壳体与所述气体发生器壳体之间，所述输送壳体包括可将所述输送壳体与所述气体发生器壳体流体连通的若干输送壳体通口。
7.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述气体发生器壳体包括第一与第二端及一侧壁，所述用于产生燃烧产物的装置大体上设置在所述气体发生器壳体的所述第一端上，并且所述投射顶针与所述气体发生器壳体的所述第二端相交界并设置在所述用于产生燃烧产物的装置与所述第一隔盘之间，所述气体发生器壳体的所述第二端包括一投射顶针孔，其中所述气体发生器壳体的所述第二端的一其余部分实质上被封闭，所述投射顶针可滑动地容纳在所述投射顶针孔内，所述投射顶针包括第一与第二投射顶针部分，所述第二投射顶针部分的有效直径大于所述第一投射顶针部分的有效直径，所述第一投射顶针部分设置在所述第一隔盘与所述第二投射顶针部分之间并且与所述投射顶针孔相交界，在所述投射顶针被投射出之后，所述第二投射顶针部分实质上密封所述的投射顶针孔一段时间。
8.如权利要求1所述的一种充气机，其特征是：
所述充气机壳体包括第一与第二端，所述气体发生器壳体从所述充气机壳体的所述第一端延伸到所述充气机壳体内部，所述输出通道与所述充气机壳体内部的所述气体发生器壳体相连并伸过所述充气机壳体的所述第二端；
所述气体发生器还包括可与所述用于产生燃烧产物的装置流体连通的一燃烧产物输送壳体，所述的气体生成材料设置在所述输送壳体与所述气体发生器壳体之间，所述的内壳体包括将所述输送壳体与所述气体发生器壳体流体连通的若干输送壳体通口；并且
所述气体发生器壳体还包括第一与第二发生器端部及一发生器侧壁，所述用于产生燃烧产物的装置大体上设置在所述第一发生器上，并且至少部分地与所述输送壳体对齐，所述投射顶针与所述第二发生器相交界并且至少部分地与所述输送壳体及所述第一隔盘对齐，所述气体发生器壳体包括设置在所述气体发生器侧壁上的若干气体发生器输出口。
9.如权利要求8所述的一种充气机，还包括：
所述输出通道上的至少一个输出口，所述输出通道设置在所述充气机的所述第一隔盘与所述气体发生器的第二端之间，所述的至少一个输出口在所述充气机壳体与所述输出通道之间提供流体连通。
10.一种用于气涨式安全系统的充气机，包括一空气/安全气囊，所述的充气机还包括：
一第一壳体；
与所述第一壳体相连的一第二壳体组件，所述的第二壳体组件包括第一和第三腔，所述的第一壳体绕所述第二壳体组件设置并与所述第二壳体组件隔开；
在所述第一壳体与所述第二壳体组件之间构成的一第二腔；
位于所述第二壳体组件上的第一通口，其将所述第一腔与所述第二腔相连，其中所述第一腔与所述第二腔恒保持流体连通；
位于所述第二壳体组件上的第二通口，其将所述第二腔与所述第三腔相连，其中所述第二腔与所述第三腔恒保持流体连通；
设置在第一腔内的一气体生成材料；
在所述致动装置的任何启动之前，包含在所述第一、第二和第三腔内的一压缩介质；
设置在所述第三腔与空气/安全气囊之间的一第一隔盘；
一双功能致动装置，该致动装置冲断所述第一隔盘并点燃所述气体生成材料；及
用于在所有时刻基本防止在所述第一与第三腔之间直接流体连通的装置，其中当点燃所述气体生成材料时产生的气体被迫从所述第一腔流入所述第二腔，然后流入所述第三腔。
11.如权利要求10所述的一种充气机，其特征是：
所述用于基本防止直接流体连通的装置包括设置在隔开所述第一腔与所述第三腔的所述第二壳体组件内的一隔板、伸过所述隔板的一孔、可滑动地容纳在所述孔内的一投射顶针、以及用于使所述投射顶针密闭于所述隔板上的装置。
12.如权利要求10所述的一种充气机，其特征是：
所述的第二壳体组件包括一中央壳体，其中所述中央壳体包括有第一与第二开口端以及设置在所述中央壳体一中间部位的一隔板，所述中央壳体隔开所述的第一腔与第三腔；还包括设置在所述中央壳体的所述第一开口端的所述致动装置，其中所述的充气机还包括将所述致动装置与所述中央壳体相连的一第一焊接处、设置在所述中央壳体的所述第二开口端的一喷散器组件、以及将所述喷散器组件与所述中央壳体相连的一第二焊接处。
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