CN1278889C - 充气机 - Google Patents

Abstract

一种冷充气机，它具有用于使爆裂隔片(17)破裂的一打开装置(1)。该冷充气机充有储藏气体(11)。爆裂隔片(17)可防止储藏气体从压力容器中流出。当汽车发生碰撞时，打开装置被致动，使烟火材料点燃。这样的点燃产生具有足以使爆裂隔片破裂的一冲击波。储藏气体从冷充气机中沿着辐向流出。在另一实施例中，储藏气体沿着轴向从冷充气机流出。

Description

充气机

技术领域

本发明总的涉及用于保护移动车辆的乘员的安全装置。更具体地说，本发明涉及用于冷充气机的打开装置。

背景技术

储气装置能快速释放的能力在各种技术中是都是一种十分重要的特征。这种技术的例子包括充气型车辆乘员束护装置、灭火系统以及应急空气容器。

在充气型车辆乘员束护装置的领域中，冷充气机通过释放储藏气体来对车辆的气囊进行充气。储藏气体一般包括一种或多种诸如氩气或氮气之类的惰性气体。在车辆发生碰撞时，储藏气体流出冷充气机并流入气囊，这使得气囊膨胀。由于冷充气机释放储藏气体，这些充气机没有通常与诸如有毒气体和热膨胀气体之类的其它类型充气机相关的问题。

冷充气机适于用充气幕帘式、胸腔式以及头和胸腔式气囊。幕帘式气囊安装在车辆顶部，并且当充气时保护乘员的头部。胸腔式气囊安装得比幕帘式气囊低，并大体安装在车辆的座椅中。

冷充气机装有一泄气开口，储藏气体穿过该通路流出压力容器。通常，泄气口具有一堵塞件，它防止储藏气体穿过泄气开口并逃逸出压力容器。在汽车发生碰撞的过程中，一打开装置必须快速地去除该堵塞件，以使气囊能迅速展开。极为重要的是，该打开装置是可靠的，以使其致动总是能形成不被堵塞的泄气开口。在要求可靠的同时，还希望打开装置能尽可能由较少的零件制成。作为一个例子，打开装置可通过移除对密封元件的支承来工作。一旦密封元件出去了它的支承，密封元件就不再堵塞住泄气开口，储藏气体就能够流动穿过泄气开口。从US 6 247 725 B1中可获知这种类型的装置。另一种打开装置通过产生一冲击波来工作。WO 01/42047中的充气机使用冲击波来打开一爆裂隔片，从而使储藏气体从气体容器中逃逸出。US 5 022 674 A中的充气机也使用冲击波来使隔片破裂，以使充气气体能流出压力容器。

发明内容

一种充气机可克服现有技术中尚未解决的问题，该充气机包括：具有一压力容器部分和一用于引导充气气体的管道部分的一第一圆筒形件，所述压力容器部分具有一径向向内延伸并形成一泄气开口的环形端板；一第二圆筒形件，其第一端封闭，其第二端通过摩擦焊接熔合在第一圆筒形件的压力容器部分上，并藉此从其形成卷边；基本呈圆顶形状的一爆裂隔片，该圆顶的顶点面向离开第二圆筒形件，该爆裂隔片附接至端板，并且，爆裂隔片、第一圆筒形件以及第二圆筒形件形成一压力容器；以及一孔板，该孔板具有穿通其的一孔，且该孔比泄气开口小，第二圆筒形件具有设置在其压力容器部分中的一环形凸缘，用于阻止孔板接触到端板，卷边阻止孔板滑动到第二圆筒形容器中。

附图简述

图1是一辐流式冷充气机的剖面示意图。

图2是图1所示辐流式冷充气机的另一实施例。

图3是与图1类似的图，只是孔板位于压力容器中的更加上游。

图4是一轴流式冷充气机的剖面示意图。

图5是图4中所示轴流式冷充气机的另一实施例。

图6是与图4类似的图，只是冷充气机具有一偏流器。

图7是一带有轴流弯管的冷充气机的剖面示意图。

具体实施方式

图1示出了用在汽车安全束护装置系统中的一示例性冷充气机。冷充气机具有一第一圆筒形件21，该第一圆筒形件附接至一第二圆筒形件10。一爆裂隔片固定地附接至第一圆筒形件，从而使爆裂隔片、第一圆筒形件以及第二圆筒形件形成一压力容器。压力容器充有储藏气体11，在汽车发生碰撞的过程中，该储藏气体被从充气机中释放出以对车辆的气囊进行充气。第二圆筒形件10大致呈圆筒形，其横截面呈圆形。第二圆筒形件10可以用不锈钢、低碳钢或者任何其它适合的材料制成，只要这些材料具有足够的强度和对储藏气体极低的渗透性即可。

储藏气体11的理想特性是气体是惰性的，并且不是对温度很敏感，且具有较高的膨胀速度。根据本发明，惰性气体的储藏压力大致为62053千帕。可以设计这样一种冷充气机，它可利用一惰性或双原子气体在3447千帕至82740千帕之间的一压力下正常地工作。

储藏气体可包括一种或多种气体，它们包括氩气、氖气、氙气、氦气及氮气。较佳的是，储藏气体为100％的氮气。压力容器可充有氩气和氮气的混合气体。

通过第二圆筒形容器的第一端6中的充气口13来对压力容器充装储藏气体11。充气口由一用碳素钢制成的塞子12密封，以防止气体在压力容器充装到所要压力之后发生逃逸。较佳的是，塞子通过电阻焊接来固定至充气口13，不过熟悉本技术领域的人员明白也可以使用其它类型的焊接来将塞子12熔合到第二圆筒形件10上。充气口13位于第二圆筒形件10的第一端6上，并且第一圆筒形件21连接到第二圆筒形件10的第二端7。

在图1中，打开装置附接在第一圆筒形件21上。第一圆筒形件21可用不锈钢、低碳钢或者任何其它具有足够的结构强度的合适材料制成。第一圆筒形件21可伸缩地插入第二圆筒形件10。第一圆筒形件21通过一环焊缝、较佳的是一TIG(钨极惰性气体保护)焊接连接至第二圆筒形件10，但也可以采用其它的焊接技术。在图2中，第一圆筒形件21和第二圆筒形件10以与图1不同的方式彼此附接。第一圆筒形件21的压力容器部分25摩擦焊接至第二圆筒形件10的第二端7。第一圆筒形件21的压力容器部分25与第二圆筒形件10具有大致相同的半径。作为摩擦焊接加工的结果，从对接接头向外和向内延伸的移位金属形成卷边24。所述冷充气机示出了两种附接第一圆筒形件21和第二圆筒形件10的方法，不过，熟悉本技术领域的人员应会理解的是，也可以采用其它的方法，如将第二圆筒形件10的第二端7可伸缩地插入第一圆筒形件21。

在图1中，爆裂隔片17附接第一圆筒形件21的腿部23上。第一圆筒形件21的腿部23之所以被称为是“腿部”，是因为当在剖面情况下观看时，其结构酷似“腿”。爆裂隔片17具有一扁平的形状，但当压力容器充装好时，爆裂隔片向打开装置1弯曲。腿部23最内侧的部分呈一曲线形状，并且在压力容器充装气体的过程中，爆裂隔片形成了一与之互补的形状。为了缩短充装压力容器所需的时间，腿部23在充装压力容器的过程中能发生弯曲，从而将荷载散布到爆裂隔片上，以防止爆裂隔片17在充装过程中过早地破裂。在压力容器充装好后，腿部23并不回到它们初始的位置。较佳的是，腿部23弯曲大致4度。爆裂隔片也可以不是依靠储藏气体来鼓胀，而是在附接至第一圆筒形件21的腿部23上之前预先成形或鼓胀的。预先成形爆裂隔片的工艺的一个例子是加氢重整工艺。利用该预先成形的方法，可增加压力容器的充气速率，且不会有爆裂隔片17过早失效的危险。在图2中，爆裂隔片17附接在第一圆筒形件21的环形端板27上。

爆炸端部17密封泄气开口14，并防止储藏气体11在压力容器充装气体之后从压力容器中逃逸。第一圆筒形件21的腿部23形成泄气开口14。对于本发明，爆裂隔片必须满足以下的限制条件。该爆裂隔片必须能经受1.1倍的产品充装速率或更高的速率。该爆裂隔片必须满足USCAR 4500压力循环的要求且无氮气泄漏。该爆裂隔片必须在-40℃的温度下也能可靠地打开。最后，该爆裂隔片必须在为1.25倍试验压力的一最小压力和为0.8倍压力容器最小流体爆裂压力的一最大压力下发生流体爆裂。根据本发明，爆裂隔片可以用不锈钢、因康镍合金材料、蒙乃尔材料或任何其它符合前述限制条件的材料制成。爆裂隔片的硬度应在“半硬”和“全硬”之间，以使爆裂隔片的厚度最小。硬度是金属可抵抗切割、磨损、穿孔、弯曲以及拉伸的能力。指示硬度随特定的设备和测量技术稍有不同。对于41,370千帕环境下的充装，爆裂隔片的较佳厚度为0.203毫米；对于62052千帕环境下的充装为0.254毫米。爆裂隔片通过YAG激光处理附接至第一圆筒形件21，但也可用其它的焊接技术来附接。

 打开装置1包括一电气致动的点燃器3、一端盖4以及一可选用的点燃器喷嘴8。打开装置1设置成其纵向轴线基本与第一圆筒形件21的纵向轴线平行。点燃器3与一中央处理单元(未示出)相连通，而后者又与一传感装置相连通(未示出)。传感装置可以是目前在本技术领域中所用的、用来感受车辆的碰撞或急剧减速的任何类型的传感装置。诸电气撞针2彼此绝缘，并通过一电桥标准导线(未示出)连接。电桥标准导线较佳的是埋入在用来产生使爆裂隔片17破裂的冲击波的一层或多层烟火成分中。适于本发明的烟火成分或可燃材料的一个例子是高氯酸锆钾(zirconium potassium perchlorate)或ZPP，不过，熟悉本技术领域的人员会明白，在本发明中也可以使用其它的可燃材料。点燃器的供应商的例子包括SDI和EMS-Patvag。本发明的较佳实施例具有一电桥标准导线点燃器，但也可以使用半导体电桥点燃器或智能点燃器。

一端盖4将点燃器3盖住。在图1中，点燃器3压接在端盖上。与之不同，如图2所示的冷充气机示出点燃器3是焊接在第一圆筒形件21上的。较佳的焊接类型是MIG焊接，但应予理解的是，也可采用其它的焊接类型。点燃器也可以通过螺纹或其它适合的附接方式来连接，这不超出本发明的保护范围。

 打开装置1也可包括一点燃器喷嘴8，用于将可燃材料点燃所输出的能量引向爆裂隔片17。在图1中，喷嘴朝爆裂隔片17的方向向内成锥度。不设置点燃器喷嘴8，点燃器仍将使爆裂隔片17破裂，但会需要装载额外的可燃材料。也可以使用带有加强壁的点燃器，这样的点燃器就无需喷嘴8了。这些加强壁通过将输出能量向爆裂隔片17的方向聚集而以与喷嘴8相似的方式进行工作。

在图1中，喷嘴8通过压接附接在端盖4上，但诸如压配合或焊接之类的其它附接方法也是适合的。喷嘴较佳的是用标准的碳素钢制成，并具有一尺寸小于泄气开口14的开口9，且较佳的是2毫米至8毫米的范围之内。

 当检测到碰撞或急剧减速时，爆裂隔片17在打开装置1的作用下破裂。电桥标准导线点燃可燃材料。可燃材料的爆炸产生一冲击波，使爆裂隔片17破裂。为了使爆裂隔片17破裂，打开装置1布置在离开完全呈圆顶状的爆裂隔片的中心不到8.0毫米处。一旦爆裂隔片17被打开，则来自压力容器的储藏气体就穿过排气口22辐向地逃逸出来。冷充气机有一碎片滤网20a，以捕获来自破裂的爆裂隔片17的碎片，以使这些碎片不会在气囊中吹起。参照图2，第一圆筒形件21具有一管道部分26，该管道部分围绕其周面设有多个排口22。图2中所示的碎片滤网20a设置在端盖4与第一圆筒形件21的端板27之间。

有许多方法可用来控制气体流率。控制气体流率的一种方法是增加或减小排气口22的直径。另一种方法是增加或减小泄气开口14的直径。最后，还可以在第二圆筒形件10中安置一调节孔板18，以控制气体排出的速率。在图1中，孔板18安装成与第一圆筒形件21平齐，并通过激光焊接固定于其上。储藏气体11流动穿过孔板18的孔19。孔19的面积比泄气开口14的面积小。在图2中，该孔板安装在第一圆筒形件21的压力容器部分25的一凸缘25上。与图1中的孔板不同，该孔板18没有焊接在第一圆筒形件21上。由环形凸缘28来防止该孔板与端板27接触。此外，由于卷边24而阻止该孔板向第二圆筒形件10滑动。

图3示出另一实施例，其中孔板18安装在第二圆筒形件10的上游。由于泄气开口14的面积比孔19的大，所以设置该上游孔板18会对穿过泄气开口14的储藏气体11的流率造成影响。为泄气开口14与孔板18之间的储藏气体11的一第一量的储藏气体11流动穿过泄气开口14。另一方面，为孔板18与第一端6之间的储藏气体11的一第二量的储藏气体11流动穿过孔19和泄气出口14两者。较佳的是，孔板18设置在相对第二圆筒形件10的第一端6更靠近第二端7的一位置处，从而限制未节流气体的量。通过这样做，可以减小压力时间曲线的初始冲击，从而帮助充气机满足在乘员标准等级测试过程中的位置偏离要求。

在图4中示出了一轴流式冷充气机。与辐流式冷充气机不同，该轴流式冷充气机有一成角度C安装的打开装置。在图4中，角度C是通过打开装置的纵向轴线B和第二圆筒形件10的纵向轴线A相交叉所形成的锐角。打开装置可安装成任何角度C，但角度C较佳的是大于10°。

通过成一角度地安装打开装置，就允许逃逸的气体在轴向上具有较大的流动面积，这能提供优于通过外部分岐管(未示出)将气体转变成轴向流的传统辐流式概念的封装方案。较佳的是，打开装置1凹入在轴流接头31内，以使打开装置1没有延伸超出第二圆筒形件10的横截面的部分。

图4和5中所示的轴流式冷充气机以相同的方式工作，但具有稍稍不同的设计。在图4中，第一圆筒形件21′可伸缩地插在第二圆筒形件10中，并且两该零件焊接在一起。另一方面，在图5中，第一圆筒形件21′摩擦焊接在第二圆筒形件10上，并要求两个零件焊接在一起的部分具有大致相同的半径。在图4中，孔板18是激光焊接在第一圆筒形件上的，而在图5中，孔板18是由于凸缘25和卷边24(已在上文进行了描述)来固定在位的。

轴流式冷充气机具有与上面已述的图1的打开装置相似的一打开装置。当爆裂隔片17破裂时，储藏气体11首先沿着轴向经由第一圆筒形件21′的管道部分26被引导，并经由轴流接头3 被进一步沿着相同的方向引导。然后，储藏气体穿过轴流接头末端处的可选用的碎片滤网20b。轴流接头引导气体在其流出冷充气机时沿着轴向流动。为了符合美国运输部(U.S.A Department ofTransportation)的规定，该轴流式冷充气机可具有一偏流器32，它附接在轴流接头31的末端上，如图6所示。该偏流器32将冷充气机的气流从轴流变为辐流。

在图7中示出了轴流式充气机的另一实施例。该冷充气机是辐流式设计，并具有一从外部附接在充气机上的轴流弯管41，以将气流从辐流转变成轴流。储藏气体11从第二圆筒形件10流到轴流弯管41，并进入一气囊垫(未示出)。来自轴流弯管41的流动气体的方向平行于第二圆筒形件10的纵向轴线；不过，从冷充气机流出的气体不与第二圆筒形件10的纵向轴线A重叠。

Claims (10)

1.一种充气机，它包括：具有一压力容器部分和一用于引导充气气体(11)的管道部分的一第一圆筒形件(21)，所述压力容器部分具有一径向向内延伸并形成一泄气开口(14)的环形端板；一第二圆筒形件(10)，其第一端(31)封闭，其第二端(32)通过摩擦焊接熔合在第一圆筒形件的压力容器部分上，并藉此从其形成卷边(24)；呈圆顶形状的一爆裂隔片(17)，该圆顶的顶点面向离开第二圆筒形件(10)，该爆裂隔片附接至端板，并且，爆裂隔片、第一圆筒形件以及第二圆筒形件形成一压力容器；以及一孔板(18)，该孔板具有穿通其的一孔(19)，且该孔比泄气开口(14)小，第二圆筒形件具有设置在其压力容器部分中的一环形凸缘(28)，用于阻止孔板接触到端板，卷边(24)阻止孔板滑动到第二圆筒形容器中。

2.如权利要求1所述的充气机，其特征在于，爆裂隔片(17)的中心离开一打开装置(1)不到8.0毫米，该打开装置包括一点燃器(3)和一用于聚集点燃器的输出能量的喷嘴(8)。

3.如权利要求2所述的充气机，其特征在于，喷嘴(8)具有一尺寸比泄气开口(14)小的开口(9)，在喷嘴中的该开口的直径为2毫米至8毫米。

4.如权利要求1-3中任一项所述的充气机，其特征在于，打开装置(1)设置成打开装置的纵向轴线(B)平行于第二圆筒形件(10)的纵向轴线(A)。

5.如权利要求1-3中任一项所述的充气机，其特征在于，第一圆筒形件(21)的管道部分围绕其周面设有多个穿过其的孔(22)，用于沿辐向扩散充气气体(11)。

6.如权利要求1所述的充气机，其特征在于，第一圆筒形件的管道部分(26)从压力容器沿着平行于第二圆筒形件(10)的纵向轴线(A)的一方向引导充气气体(11)，并且打开装置(1)设置成相对第二圆筒形件(10)的纵向轴承成非零角。

7.如权利要求6所述的充气机，其特征在于，打开装置(1)的纵向轴线(B)与第二圆筒形件(10)的纵向轴线(A)之间所形成的锐角大于10°。

8.如权利要求6或7所述的充气机，其特征在于，还包括一轴流接头，用于从压力容器沿着平行于第二圆筒形件(10)的纵向轴线(A)的方向进一步引导储藏气体(11)的流动，该轴流接头邻近与第二圆筒形件(10)相邻的第一圆筒形件(21)。

9.如权利要求6或7所述的充气机，其特征在于，打开装置(1)凹入在轴流接头内，以使打开装置没有延伸超出第二圆筒形件(10)的宽度的部分。

10.如权利要求6或7所述的充气机，其特征在于，还包括一偏流器，用于将气流偏转至垂直于第二圆筒形件(10)的纵向轴线(A)的一方向。

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