CN1720095A - 用于气囊的气体发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于气囊的气体发生器，该气体发生器具有优良的运作性能并且能减少所产生的NOx的量。用于气囊的气体发生器包括：具有气体排出口的壳体、通过碰撞触发的点火装置、容纳气体生成剂(其燃烧温度为1000到3000℃)的燃烧室，该气体生成剂被点火并燃烧以产生燃烧气体，其中点火装置包括点火器和传火药，该传火药是传火药粉末(硼和硝石的混合粉末)和气体生成剂成型体的混合物，并且该气体生成剂成型体每100g产生1.2摩尔或更多的气体。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于气囊的气体发生器，该气囊用来保护乘客不受碰撞。
背景技术
为了保护乘客，用于气囊的气体发生器需要满足各种要求，该气囊包括在安装于汽车上的气囊系统中。例如，在装有气体发生器的车辆的正常使用寿命即至少十年的时间内，该气体发生器需要可靠地运作等。
为了减少气体发生器的尺寸，希望的是使用燃烧温度较低的气体生成剂，因为这样冷却/过滤器可以采用较粗略的结构。另一方面，为了保证运作的可靠性，优选的是气体生成剂的可点燃性和可燃烧性应当十分优良。
然而，燃烧温度较低的气体生成剂通常可点燃性也较差。因此，抑制有害气体的产生和提高气体生成剂的可点燃性和可燃烧性以保证运作可靠性就成为彼此矛盾的技术目标。
JP-A 11-334517是与本发明相关的现有技术。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于气囊的气体发生器，该气体发生器可以减少触发时有害气体例如NOx的产生量，而且还可以提高气体生成剂的可燃烧性、保证运作的可靠性。
为解决上述问题，本发明提供了一种用于气囊的气体发生器，包括具有气体排出口的壳体、通过碰撞触发的点火装置、以及容纳有气体生成剂的燃烧室，该气体生成剂被点火并燃烧以产生燃烧气体，其中
点火装置包括点火器和传火药，该传火药是传火药粉末和气体生成剂成型体的混合物，并且该气体生成剂成型体每100g产生1.2摩尔或更多的气体。
本发明的气体发生器可以是具有单个点火装置的单型，也可以是具有两个点火器的双型。
在气体发生器中，气体生成剂的点火装置具备点火器(电子的或机械的)和传火药。传火药由点火器触发而点火，产生火焰或高温气体等形式的点火能量，气体生成剂由点火能量点火并燃烧，从而产生用于膨胀气囊的气体。
在这个过程中，当使用较低燃烧温度的气体生成剂来减少NOx的产生量时，其可点燃性和可燃烧性较差，因此有必要产生更大的点火能量。
为了增加点火能量，可以简单地通过加大传火药的量来实现，但是在这种情况下自然需要增加用来容纳传火药的空间的体积。然而，由于总是要求减少气体发生器的尺寸和重量，因此增加整个气体发生器和传火药容纳空间的尺寸就存在困难。传统上，使用硼和硝酸钾(硝石)来作为传火药剂，但是因为其点火时间短、产生的能量的持续时间也短，因此燃烧温度较低的气体生成剂的可点燃性是不够的。
因此，本发明通过使用传火药粉末和气体生成剂成型体的混合物来作为传火药，与仅仅使用传火药的情况相比，在体积相同情况下，用来点着气体生成剂的能量能够持久从而可以将能量提供给气体生成剂、燃烧室的内压被升高从而提高了气体生成剂的可点燃性以及作为传火药的填充量增加。因此，就有可能在未加大整个气体发生器和传火药容纳空间尺寸的情况下，提高将产生的点火能量的量和燃烧时的内压。
优选的是传火药粉末和气体生成剂成型体的质量比，即传火药粉末/气体生成剂成型体为2/8到8/2，并且最好是3/7到7/3。
用作传火药的气体生成剂成型体和容纳于燃烧室中的气体生成剂成型体的形状没有特别地限制。具有通孔或非通孔(凹部)的圆盘状成型体，或者具有通孔或非通孔(凹部)的柱状成型体等都可以使用。
在本发明的用于气囊的气体发生器中，壳体包括位于其中的两个点火装置，该两个点火装置的每一个都具备点火器和传火药，当该两个点火装置的触发具有时间延迟时，与滞后触发的第二点火器结合的第二传火药可以仅包括气体生成剂成型体。
当发生器为具有两个点火装置的双型时，与点火器中先触发的一个(第一点火器)结合的传火药(第一传火药)使用的是上述的传火药和气体生成剂成型体，但是与延迟触发的另一点火器(第二点火器)结合的传火药(第二传火药)可以仅使用气体生成剂成型体。
通常使用的传火药比较昂贵，而气体生成剂则便宜一些。因此，优选的是，仅将气体生成剂成型体用作第二传火药来减少生产成本。使用传火药的主要目的是为了产生点火能量，并且传火药不会产生足够量的气体来膨胀气囊。然而，如果使用气体生成剂成型体作为第二传火药，该气体生成剂成型体可以用来点燃容纳于燃烧室中的气体生成剂，并且第二传火药自身产生的燃烧气体同样可以用来膨胀气囊。
可以使用容纳于燃烧室中的相同气体生成剂来作为用作传火药的气体生成剂成型体，但是优选的是使用比容纳于燃烧室中气体生成剂的燃烧温度更高、可点燃性更优异的气体生成剂。与容纳于燃烧室中的气体生成剂的数量相比，用作传火药的气体生成剂成型体的数量很小，因此即使使用燃烧温度较高、可点燃性优良的气体生成剂，所产生的NOx的量也非常小。
在本发明中，广泛使用的硼和硝石的混合物可以用作传火药。
为减少产生的NOx的量，优选的是容纳于燃烧室中用来膨胀气囊的气体生成剂的燃烧温度为1000到1700℃(例如，含硝基胍(guanidine nitrate)和碱式硝酸铜组分)，并且优选的是用作传火药的气体生成剂的燃烧温度为1700到3000℃。
燃烧温度如此低的气体生成剂的可点燃性较差，但是由于在本发明中可以保证足够量的点火能量，因此燃烧温度较低的气体生成剂具有与燃烧温度较高的气体生成剂相同的可点燃性。
当使用燃烧温度较低(1000到1700℃)的气体生成剂(用于膨胀气囊)时，由于该气体生成剂的可点燃性较低，因此有必要提供足够的点火能量。因此，如果将传火药粉末和每100克产生1.2摩尔或更多气体的气体生成剂成型体混合使用，则为用于膨胀气囊的气体生成剂提供的点火能量可以持续一定的时间，并且燃烧室中的压力可以由气体生成剂成型体产生的气体而提高。因此，用于膨胀气囊的气体生成剂的可点燃性得到了提高。
当传火药为传火药粉末和气体生成剂成型体的混合物时，传火药粉末产生用来燃烧容纳于燃烧室中的气体生成剂的点火能量，并且基本上不会产生膨胀气囊的气体。气体生成剂成型体(每100g产生1.2摩尔或更多气体的成型体)产生点火能量和膨胀气囊的气体。
而且，在本发明中，容纳于燃烧室中的气体生成剂可使用燃烧时产生氨气的气体生成剂，并且燃烧产生NOx的气体生成剂用作传火药中使用的气体生成剂。这样，氨气和NOx起反应并且可以将它们自身转化成为氮气，因此就有可能减少将产生的氨气和NOx的量。
根据这种用于气囊的气体发生器，为了减少触发时产生的有害气体例如NOx的量，即使使用燃烧温度较低、可点燃性较差的气体生成剂，也能保证得到与使用燃烧温度较高、可点燃性优异的气体生成剂场合相同的可点燃性。因此，就有可能减少触发时产生的NOx的量，保证触发的可靠性，并且进一步减少气体发生器的尺寸。
附图说明
图1是用于气囊的气体发生器的轴向剖视图；
图2是一个用来解释图1中第二传火药布局的示意性平面图；
图3是图2所示的另一个实施例的示意性剖视图。
附图标记的说明
10 用于气囊的气体发生器
11 壳体
15 内筒
20 第一燃烧室
25 第二燃烧室
31 第一点火器
32 第二点火器
35 第一传火药
36 第二传火药
65 过滤器
具体实施方式
下面将根据附图来阐述本发明的实施例。图1是本发明用于气囊的气体发生器的轴向剖视图。在下面的描述中，例如“上”或“下”的垂直关系将参照图1来指明，“轴向”意味着壳体的轴向，而“径向”意味着壳体的径向。
在气体发生器10中，外壳容器由壳体11组成。壳体11通过连接扩散器壳12和封闭壳13来制成。扩散器壳12和封闭壳13形成一个内部容纳空间。扩散器壳12和封闭壳13在焊接部分14处彼此焊接到一起。在图1中，其它的黑色部分同样表示焊接部分。
扩散器壳12设置有必需数量的气体排出口17和18。气体排出口17和18的直径可以相同或者不同。
基本为圆筒形的内筒15布置在壳体11内。内筒15的上端边缘连接到扩散器壳12的顶部表面12a，内筒15的下端边缘连接到封闭壳13的底部表面13a上，从而将内部空间和外部空间彼此分离。
内筒15通过倾斜壁部分15a而具有沿径向逐渐增加的直径，从而使内筒15上部(位于顶部表面12a侧)的内径大于内筒15下部(位于底部表面13a侧)的内径。通过按图1所示的方式设置内筒15的形状，可以调节内部空间的容积，特别是第一燃烧室20和第二燃烧室25的容积比(例如在4/6到9/1优选的是1/1到8/2的范围内)，而气体发生器10的高度可以保持为较短，这种方式是优选的。
环形(或圆筒形)第一燃烧室20设置在内筒15外部的空间内，并且第一气体生成剂(图中未示出)容纳在第一燃烧室20中。
第二燃烧室25设置在内筒15的上部空间内，并且第二气体生成剂(图中未示出)容纳在第二燃烧室25中。容纳有两个点火装置的点火装置室设置在内筒15的下部空间内。
第一点火器31和第一传火药35布置在第一点火装置室内。第二点火器32和第二传火药36布置在第二点火装置室内。第一点火器31和第二点火器32被固定在单个卡圈33上，并且在径向上彼此平行地安装。当包括气体发生器10的气囊模块被安装到车辆上时，第一点火器31和第二点火器32通过连接器和导线连接到电源(电池)上。
内筒15内的竖直空间，即第二燃烧室25、与第一点火器31和第二点火器32之间的空间，被一个平板状的分隔壁40分开，该分隔壁40具有裙部41和第二通孔52。平板状分隔壁40从下侧装配入内筒15的阶梯状凹口16内，因此即使当第一点火器31被触发，也可以防止该平板状分隔壁40因触发时产生的压力而竖直移动。裙部41的内径被设置成与点火器32点火部分的直径基本相同，该裙部41围绕着该点火部分并与之紧密接触。因此，由第二点火器32触发所产生的火焰仅仅朝着第二通孔52直线移动。
通过布置带有裙部41的平板状分隔壁40，第二燃烧室25和两个点火器被分开，并且第一点火器31和第二点火器32也被分开。因此，可以防止由第一点火器31运作产生的点火能量(火焰、燃烧气体或类似物)进入第二点火装置室以及通过通孔52进入第二燃烧室25。
充填在铝罩中的第一传火药35布置在第一点火器31之顶上。形成在内筒15侧壁下部分中的第一通孔51使得第一燃烧室20和第一点火装置室彼此连通。第一通孔51形成在与第一传火药35中心大体上正好相对的位置。铝或不锈钢的密封条60从内侧粘贴到第一通孔51上。
由于第一通孔51和第一传火药35按这种方式布置成彼此正好相对，因此当第一点火器31被触发时，则全部第一传火药35都基本上均匀地燃烧。而且，由于第一通孔51形成在内筒15的下部，第一传火药35燃烧所产生的点火能量沿径向排出，然后点火能量的方向被改变成为向上且能量流出。因此，容纳在第一燃烧室20中的全部第一气体生成剂的可点燃性得到了提高。
下面将参照图2来阐述第二传火药36的布置方式。图2是一个平面图，示出了第二传火药36的布置方式。
第二传火药36被布置在第二点火器32的上方并且置于平板状分隔壁40上。第二传火药36被填入具有多个火焰传递孔46的铝罩45中。该多个火焰传递孔46没有位于由第二点火器32触发所产生的火焰的前进方向(第二点火器32的顶上方)上。
通过以这种方式设置火焰传递孔46的位置，当第二点火器32被触发并且所产生的火焰沿着直接朝上的方向前进时，火焰并不会从火焰传递孔46按原样排出，第二传火药36首先被点火并燃烧，并且由全部第二传火药36燃烧所产生的点火能量从火焰传递孔46排入到第二燃烧室25中。因此，容纳在第二燃烧室25中的第二气体生成剂的可燃烧性得到了提高。
如图3所示，充填有第二传火药36的铝罩46可以具有位于第二点火器32顶上方的突出部47。在铝罩46包括突出部47的情况下，由于第二传火药36的填充量可以增加，因此，第二气体生成剂的可点燃性可以进一步得到提高。即使在图3所示的铝罩46具有突出部47的情况中，铝罩46也可以在其除了突出部47以外的平表面上设置火焰传递孔46。
有底的圆筒形保持件55装配入第二燃烧室25中，从而使保持件55的开口部分朝下，并且于压靠在第二燃烧室25的内壁25a上的侧壁顶端55a处固定。间隙57设置在保持件55的侧壁和第二燃烧室25的内壁25a之间。间隙57的尺寸可以保证形成一个气体通道。
保持件55在其侧壁上设置有多个开口部分56。开口部分56的轴向高度高于形成于内筒15上的第三通孔53的高度。
第三通孔53由不锈钢密封条58从外侧封闭，并且开口部分56可以由铝或不锈钢的密封条80从内侧封闭。在开口部分56由密封条80封闭的情况下，当第一和第二燃烧室20和25由于两个点火器的同时触发而同时开始燃烧，第二燃烧室25的内压暂时地增加，从而，第二气体生成剂的可点燃性得到了提高。
由于间隙57被设置在保持件55的侧壁和第二燃烧室25的内壁25a之间，因此可以防止第三通孔53被第二气体生成剂封闭。如果第三通孔53被第二气体生成剂封闭，则第二燃烧室25在燃烧初期的内压会过度增加，然后当封闭第三通孔53的第二气体生成剂燃烧时，第三通孔打开从而使其中内压急剧下降，这有可能产生损害稳定燃烧的不利影响。
通过调节开口部分56和第三通孔53中任何一个的高度，即使如图1所示第三通孔53位于第二燃烧室25的下侧，由第二气体生成剂燃烧所产生的气体也可以通过位于第二燃烧室25上侧的开口部分56，并随后从第三通孔53排出。因此，火焰在整个第二燃烧室25中较好地行进，并且第二气体生成剂的可燃烧性也得到了提高。
第三通孔53的总开口面积设置成小于开口部分56的总开口面积，并且设置成小于气体排出口17和18的总开口面积。
当第一点火器31先触发而第二点火器32后触发时，也就是，当第一燃烧室20中的第一气体生成剂先燃烧而第二燃烧室25中的第二气体生成剂随后燃烧时，第二燃烧室25中的压力变成充分地高于第一燃烧室20中的压力。为此，如果按上述方式设置第三通孔53的总开口面积，则第二燃烧室25流出的燃烧气体的流出速度就可以被第三通孔53所控制，因而第二燃烧室25在燃烧时的内压也同样可以由第三通孔53所控制。因此，第二燃烧室25中的燃烧状态由第三通孔53所控制。当第一点火器31和第二点火器32同时触发时，第一燃烧室20和第二燃烧室25之间的压力差变小，并且第二燃烧室25的内压仍为较高，但是第三通孔53所实施的压力控制的影响变小了。
通过由第三通孔53控制第二燃烧室25的燃烧状态，可以得到下面的效果。
象在汽车以较低速度碰撞的情况下，当仅第一点火器31触发并且仅第一气体生成剂允许燃烧时，如果剩余的第二气体生成剂按原样保留下来，则它在汽车被解体拆毁时就变得危险。为此，在一些情况中，在第一点火器31触发后大约100毫秒，第二点火器触发以点火并燃烧第二气体生成剂。在这种情况下，如果第二燃烧室25的燃烧状态可以由第三通孔53控制，则第二气体生成剂的可点燃性和可燃烧性都得到了提高，并且可以抑制有害气体例如NOx的产生，这是优选的。此外，如果从第二燃烧室25产生燃烧气体的时间被延长，则还可以满足延长气囊膨胀持续时间的要求。
圆筒形过滤器65布置在第一燃烧室20和壳体11的圆周壁(扩散器壳圆周壁12b和封闭壳圆周壁13b)之间，以从燃烧气体中除掉燃烧残余物和冷却燃烧气体。
内侧圆筒形防护板66布置在圆筒形过滤器65内侧。间隙(第一间隙71)设置在圆筒形过滤器65和内侧圆筒形防护板66之间。内侧圆筒形防护板66与圆筒形过滤器65接触的一部分(与间隙基本等宽的圆筒形过滤器65一部分)可以制成粗糙的结构来代替间隙，并且可以得到与设置间隙相同的状况。
外侧圆筒形防护板67布置在圆筒形过滤器65的外侧，并且该外侧圆筒形防护板67与圆筒形过滤器65的外圆周表面接触。间隙(第二间隙72)设置在外侧圆筒形防护板67和壳体11的圆周壁之间。优选的是第二间隙72的宽度设置成比第一间隙71宽。
如图1所示，内侧圆筒形防护板66和外侧圆筒形防护板67没有覆盖圆筒形过滤器65的整个表面。
内侧圆筒形防护板66覆盖圆筒形过滤器65的下部(在圆筒形过滤器65整个高度的大约1/2到2/3的高度范围内)，即，使得内侧圆筒形防护板66的一端圆周边缘抵靠底部表面13a。如图1所示的相同状况可以通过首先用内侧圆筒形防护板66覆盖过滤器65的整个表面，然后在过滤器65的一部分上设置多个通气孔来实现。
外侧圆筒形防护板67覆盖圆筒形过滤器65的上部(在圆筒形过滤器65整个高度的大约1/2到2/3的高度范围内)，即，使得外侧圆筒形防护板67的一端圆周边缘抵靠顶部表面12a。如图1所示的相同状况可以通过首先用外侧圆筒形防护板67覆盖过滤器65的整个表面，然后在过滤器65的一部分上设置多个通气孔来实现。
通过按这种方式布置过滤器65、内侧圆筒形防护板66和外侧圆筒形防护板67，燃烧气体的过滤效果(燃烧残余物的过滤)和冷却效果可以进一步得到提高。第一燃烧室20和第二燃烧室25所产生的燃烧气体从没有被内侧圆筒形防护板66覆盖的部分进入圆筒形过滤器65。燃烧气体的一部分按原样在圆筒形过滤器65中沿轴向移动，然后到达第二间隙72，破裂(铝制或不锈钢的)密封条75，然后再从气体排出口17和18排出。燃烧气体的剩余部分穿过第一间隙72，然后沿径向移动并穿过圆筒形过滤器65，到达第二间隙，最后从气体排出口17和18排出。
根据点火器的触发状态(仅仅一个点火器触发，或者两个点火器同时触发，或者点火器有时间滞后地触发)，封闭气体排出口17和18的密封条75可以同时破裂，或仅仅其一部分破裂。
在本发明的气体发生器10中，传火药粉末和气体生成剂成型体的混合物可以用作第一传火药35和第二传火药36，或者上述混合物用作第一传火药35而气体生成剂成型体用作第二传火药36。在燃烧时气体生成剂成型体每100g产生1.2摩尔或更多的气体。
可以使用硼和硝石的混合物作为传火药粉末。与第一和第二气体生成剂相同的材料可以用作气体生成剂成型体，但是优选的是使用燃烧温度更高、可点燃性更优良的材料。
优选的是，传火药粉末和气体生成剂成型体之间的质量比，即传火药粉末/气体生成剂成型体为2/8到8/2，最好是3/7到7/3。
优选的是，容纳于燃烧室中的气体生成剂成型体的燃烧温度为1000到1700℃，并且用作传火药的气体生成剂成型体的燃烧温度为1700到3000℃。
例子
例子1
制造图1和2所示的用于气囊的气体发生器。详细情况如下：
(1)气体生成剂
第一气体生成剂：84g
第二气体生成剂：30g
每个第一和第二气体生成剂的形状：具有通孔，外径为4.5mm，内直径为1.2mm，长度为4mm。
第一和第二气体生成剂的成分：5到60质量％的硝基胍、10到85质量％的碱式硝酸铜、20质量％或更少的羧甲基纤维素钠盐以及0.1到20质量％的氢氧化铝(燃烧温度为1200到1700℃)。
(2)第一传火药
第一传火药：4.5g
第一传火药(硼/硝石和气体生成剂成型体的混合物)
硼/硝石：2.5g
气体生成剂成型体的形状：外径1.5mm，长度1.5mm
气体生成剂成型体的成分：34.4质量％的硝基胍，55.6质量％的硝酸锶，10.0质量％的羧甲基纤维素钠盐(燃烧温度：2200℃；气体产生量：2.5摩尔/100g)
从第一传火药的气体生成剂成型体产生的气体量：0.05摩尔
(3)第二传火药
第二传火药：3g
第二传火药(仅气体生成剂成型体)
气体生成剂成型体的形状：外径1.5mm，长度1.5mm
气体生成剂成型体的成分：与第一传火药相同
从第二传火药的气体生成剂成型体产生的气体量：0.075摩尔
因此，在第一传火药和第二传火药的情况下，与仅有硼/硝石的情况相比，气体生成剂成型体可以产生更多的气体，但是由于燃烧室的压力增加了，因此用于膨胀气囊的气体生成剂的可点燃性也提高了。
Claims (7)
1.一种用于气囊的气体发生器，包括：具有气体排出口的壳体、通过碰撞触发的点火装置、其中容纳有气体生成剂的燃烧室，该气体生成剂被点火并燃烧以产生燃烧气体，其中
点火装置包括点火器和传火药，该传火药是传火药粉末和气体生成剂成型体的混合物，并且该气体生成剂成型体每100g产生1.2摩尔或更多的气体。
2.根据权利要求1所述的用于气囊的气体发生器，其中壳体包括位于其中的两个点火装置，该两个点火装置的每一个都包括点火器和传火药，当该两个点火装置的触发具有时间差时，与滞后触发的第二点火器结合的第二传火药仅包括气体生成剂成型体。
3.根据权利要求1所述的用于气囊的气体发生器，其中传火药是硼和硝石的混合物。
4.根据权利要求1到3任一项所述的用于气囊的气体发生器，其中燃烧室中用于膨胀气囊的气体生成剂的燃烧温度为1000到1700℃。
5.根据权利要求1所述的用于气囊的气体发生器，其中用作传火药的气体生成剂成型体的燃烧温度为1000到3000℃。
6.根据权利要求2所述的用于气囊的气体发生器，其中用作传火药的气体生成剂成型体的燃烧温度为1700到3000℃。
7.根据权利要求4所述的用于气囊的气体发生器，其中燃烧室中的气体生成剂含有硝基胍和碱式硝酸铜。
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