CN1795152A - 采用低熔点的气体发生剂的充气机 - Google Patents

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Abstract

一种两阶段式充气机设计成在低熔点的气体发生剂熔化之前使自燃材料自燃。低熔点的气体发生剂包括高含氮量的有机燃料并以硝酸铵作为氧化剂。两阶段式充气机具有由独立的点火器点燃的第一气体发生剂(42)和第二气体发生剂(49)。第一气体发生剂(42)和第二气体发生剂(49)与充气机壳体(11)隔绝，以延迟在火烧试验中从壳体(11)至第一气体发生剂(42)和第二气体发生剂(49)的传热。两阶段式充气机(10)还设有自燃药筒，用于在第一气体发生剂(42)燃烧预定量的时间之后由第一气体发生剂(42)来处置第二气体发生剂(49)。

Description

采用低熔点的气体发生剂的充气机
技术领域
本发明涉及一种两阶段式安全气袋充气机，这种安全气袋充气机除了根据车辆乘坐者的身材和/或位置之外还能根据碰撞的严重程度来调整充气气体的输出。
背景技术
在机动车辆中装有安全气袋，用以降低车辆乘坐者在车辆发生碰撞时受到伤害的可能性。安全气袋吸收车辆乘坐者的动能，以使车辆乘坐者可控制地、缓慢减速，并防止车辆乘坐者接触到车辆的硬质表面。
充气机可以通过烟火材料(烟火充气机)的燃烧、通过释放所存储的气体(冷气体充气机)或通过它们的组合(混合式充气机)来向安全气袋提供充气气体。
烟火充气机包括点火器、增强(也被称作助爆药)以及气体发生剂。在碰撞过程中，点火器被点着，这就点燃了增强剂，增强剂接着又点燃气体发生剂。气体发生剂的燃烧产生气态燃烧产物，该产物可用于对安全气袋进行充气。两阶段式烟火充气机设有两个燃烧室。两阶段式充气机通常具有两个点火器，用于点燃两个燃烧室中的各个燃烧室中的气体发生剂。两阶段式充气机的优点在于可以定制其充气能力。两阶段式充气机可以有许多燃烧方式，如仅第一阶段燃烧、第一阶段燃烧之后第二阶段延迟燃烧、以及第一阶段和第二阶段同时燃烧。
烟火充气机所用的气体发生剂是燃料与氧化剂的混合物。燃料和氧化剂的燃烧产生气态燃烧产物。使用硝酸铵气体发生剂的一个缺点是共晶熔混合物燃料/氧化剂混合物的熔点低。硝酸铵气体发生剂的低熔点特性在获得允许的管制权许可方面会成为一个十分严峻的问题。充气机需要保持结构上的完整性，或者换言之，应在充气机中的自燃材料受到外部加热(亦即火烧试验)的诱导时不会破裂。自燃材料是在气体发生剂发生物理或化学变化(诸如分解、自燃或熔化)之前、在一温度下自发燃烧或称自燃的烟火混合物。为了使自燃材料正确地工作，自燃材料必需在低于会导致气体发生剂中发生化学或物理变化的温度下自发点燃。通常，自燃材料必需在约130℃的温度下自发点燃。如果自燃材料在气体发生剂发生物理或化学变化之后点燃，则气体发生剂的冲击特性(ballistic property)就会变得不可预见，并可能无法保持充气机的结构完整性。
如先前所述，硝酸铵是人们十分希望使用的气体发生剂的氧化剂，因为这种氧化剂增加气体发生剂向气态燃烧产物的转换速率。硝酸铵在约169℃的温度下熔化，向氧化剂添加燃料会得到具有较低熔点的共熔混合物。如果燃料是硝基胍或胍硝酸盐，则所得的共熔混合物(燃料和氧化剂)的熔点约为135℃。如果燃料是5-氨基四唑，则共熔混合物的熔点低至115℃。这样，具有硝酸盐和硝基胍或胍硝酸盐中任一者的气体发生剂的熔点就很接近130℃，对自燃材料就限制了更低的自燃温度。为了使自燃材料能有效地处置气体发生剂，自燃材料就必需在气体发生剂熔化之前点燃。因此，人们希望能设计出一种充气机，这种充气机可克服硝酸铵气体发生剂在自燃材料点燃之前可能熔化的缺点。
发明内容
根据本发明的两阶段式充气机在低熔点气体发生剂熔化之前点燃自燃材料。两阶段式充气机包含第一气体发生剂和第二气体发生剂，它们在车辆碰撞的过程中产生充气气体。第一气体发生剂和第二气体发生剂的燃烧产生气态燃烧气体，所产生的气态燃烧气体流出充气机流入折叠的安全气袋以对安全气袋进行充气。一壳体、一第一端盖和一第二端盖围绕第一气体发生剂和第二气体发生剂。第一端盖在一端上固定于壳体，第二端盖在另一端上固定于壳体。第一气体发生剂不与第一端盖、第二端盖或壳体直接接触。此外，第二气体发生剂不与第一端盖、第二端盖或壳体直接接触。第一自燃材料与第一点火器紧密接触，第一点火器的着火点燃第一自燃材料。同样，第二自燃材料与第二点火器紧密接触，第二点火器的着火点燃第二自燃材料。
附图说明
图1是根据本发明的两阶段式充气机的立体图。
图2是图1中的充气机沿着2-2的剖视图。
图3是根据本发明的两阶段式充气机的立体分解图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的一个充气机。该充气机是一种能为车辆安全气袋提供多种充气速率的两阶段式充气机10。充气机10大体呈圆柱形，并具有细长的壳体11，该壳体11带有连接在其一端的第一端盖12和连接在其另一端的第二端盖13。壳体11和端盖12、13用诸如钢、低碳钢、铝、金属合金或类似金属材料制成。端盖通过焊接与壳体11相连接。壳体11设有围绕其周面布置的多个出口14。充气气体能经由这些出口14流出并进入折叠的安全气袋(未示出)以对安全气袋进行充气。出口14布置成充气机10在充气气体从充气机10逃逸出时是推力中和平衡的。可以改变出口14的数量和大小。出口14上覆盖有破裂箔带70。第一气体发生剂和第二气体发生剂的燃烧产生充气气体，这就增加了两阶段式充气机10的内压力。在该压力达到预定的水平之后，破裂箔带70破裂，形成供充气气体流出两阶段式充气机的通道。各出口的破裂箔带70可以具有不同的厚度，以使破裂箔带70在不同的内压力下破裂。
请参见图3，两阶段式充气机10具有安装在充气机10相反端上的第一点火器20和第二点火器24。第一点火器20和第二点火器24具有相同的实体部件并以相同的方式工作；但是，第一点火器20可能在其中所装载的点火材料的量方面不同于第二点火器24。第一点火器设有一对导电电极23，该对电极23与一电线的电气接头(未示出)相匹配。该电线是从电子控制单元传输信号的渠道。电子控制单元处理来自碰撞传感器和/或乘坐者位置传感器的信号。点火器的两个电极23彼此隔离，以防止电信号从一个电极直接流到另一个电极。通常，在电气点火器中，电极23以具有高阻指电阻为特点的电桥标准导线彼此连接，在电气点火器中使用的一种为人们所熟知的点火材料的例子是高氯酸钾锆。由于与电气标准导线相关联的高电阻值，当电流沿着电桥标准导线通过时，产生热量，从而点燃点火材料。如先前所提到的，第一点火器20除了点火材料的装载量之外与第二点火器24相同。第一点火器20用来点燃第一燃烧室50中的第一气体发生剂42，而第二点火器24则用来点燃第二燃烧室65中的第二气体发生剂49。在本发明中，第一燃烧室50中的第一气体发生剂42的量多于第二燃烧室65中的第二气体发生剂49，因此第一点火器20的点火材料装载量需要比第二点火器24多。不过，第一点火器20和第二点火器24的点火材料装载量也可以是相等的。
第一点火器20的着火点燃第一自燃材料25。或者，第一自燃材料25在第一自燃材料25的温度到达或超过自燃材料的自燃温度时也会被点燃。第一自燃材料25是烟火混合物，在燃烧时产生热的燃烧气体产物。第一自燃材料25的燃烧使第一破裂箔片37破裂，并使第一增强剂35开始燃烧。在安全气袋充气机中采用自燃材料是为了保证安全气袋充气机在温度升高时能以安全的方式工作。在温度升高时，气体发生剂可能会发生熔化或变形，导致气体发生剂的表面区域受到扰动。气体发生剂表面区域的扰动可能会造成非控制或非规定的燃烧。气体发生剂的非控制燃烧可能会导致充气机中异常高的内压力，这可能会导致充气机壳体11出问题。因此，在充气机中采用自燃材料以在升高的温度影响气体发生剂的冲击特性之前点燃气体发生剂。
第一自燃材料25装在第一缸体28中，并与第一点火器20紧密接触。第一缸体28通过压敏粘合剂或其它合适的方式附接至第一点火器20。第一缸体28具有两个敞开的端部。第一缸体28的一端面对第一点火器20，而另一端则面对第一增强剂。第一缸体28面对第一增强剂35的敞开端设有环形唇缘，以防止第一自燃材料25滑出第一缸体28。第一点火器保持装置21部分地接纳第一点火器20和第一缸体28；第一点火器保持装置21通过焊接固定于第一端盖12，但也可以采用诸如螺纹之类的其它固定技术。
燃烧的自燃材料点燃第一增强剂35。增强剂与第一自燃材料25间隔开，并且是一种由燃料和氧化剂的混合物制成的烟火材料，这样的材料在点燃时以高温燃烧。第一增强剂35用于点燃第一气体发生剂42。
第一增强剂35存储在第一增强剂保持器36的凹进部38中。第一增强剂保持器36的底部41和圆形壁51形成凹进部38。底部41和圆形壁51不包含任何开口或孔。第一增强剂保持器36设有环形安装部分39，用于将第一增强剂保持器36固定于充气机10。环形安装部分39基本平行于第一增强剂保持器36和充气机壳体11的圆形壁。第一增强剂保持器36设有将圆形壁51连接于环形安装部分39的连接部分40。底部41的长度大于连接部分40长度的两倍。连接部分40设有多个穿通其的第一增强剂保持器孔48；第一增强剂35燃烧所产生的燃烧气体流过第一增强剂保持器孔48，到达第一燃烧室以点燃第一气体发生剂。第一破裂箔片37附接于第一增强剂保持器36，且覆盖第一增强剂保持器36的凹进部38，而且覆盖连接构件面对第一点火器20且包括第一增强剂保持器孔的侧面。第一增强剂35装在第一增强剂保持器的凹进部38中，并由第一破裂箔片37盖住该凹进部38。
第一增强剂保持器36压配抵靠在聚集装置45上，该聚集45又压配在充气机的壳体11上。聚集45沿着朝向第二端盖13的方向向内成锥形。聚集45限制第一气体发生剂42所占据的区域。第一气体发生剂42置于第一燃烧室50中。第一燃烧室50由第一增强剂保持器36、聚集45、过滤器46的一部分以及弹簧47所形成的空间来界定。弹簧47用于使第一气体发生剂42抗磨和防止爆裂响声(anti-rattling)。弹簧47用金属材料制成并向第一端盖12的方向偏压第一气体发生剂42。弹簧47在朝向第二端盖13的端部处盘卷成螺旋形，而在面对第一端盖12的端部处盘卷成圆形。由于弹簧47在面对第一端盖12的端部处成圆形，从而防止第一气体发生剂42通过进入弹簧47的螺旋端的内部空间。第一气体发生剂42是包括燃料和氧化剂的烟火材料，这种材料在点燃时产生用于对安全气袋进行充气的气体。
通过致动第二点火器24来点燃第二气体发生剂49。第二点火器24插入第二点火器保持器22，第二点火器保持器22焊接于第二端盖13。第二自燃材料26装在第二缸体29中，并与第二点火器24紧密接触。可通过致动第二点火器24或通过升高外部温度(亦即火烧试验)来点燃第二自燃材料26。
第二自燃材料26的燃烧点燃第二增强剂57。第二增强剂57装在第二增强剂保持器53的管状部分54中。第二增强剂保持器53具有与充气机壳体11平行排列的环形固定部分56、以及将管状部分54连接至固定部分56的中间部分55。中间部分55设有多个穿通其的第二增强剂保持器孔61。第二增强剂57的燃烧所产生的燃烧气体流动穿过第二增强剂孔61，到达第二燃烧室65，以点燃第二气体发生剂49。第二破裂箔片66经由压敏粘合剂附接于第二增强剂保持器53，藉此来覆盖管状部分54最靠近第二点火器24的端部和第二增强剂保持器孔61。第二保持器压配在漏斗件52上。漏斗件52向第一端盖12的方向向内成锥形。漏斗件52压配在充气机壳体11上。漏斗件52具有最大半径的部分与充气机壳体11相接触，同时第二增强剂保持器53的固定部分56与漏斗件52相接触。漏斗件52呈曲线形，藉此漏斗件52更靠近第一气体发生剂42的部分的直径比漏斗件52压配在壳体11上的部分的直径小。第二增强剂保持器53不直接接触充气机壳体11或第二端盖13。
在第一气体发生剂42和第二气体发生剂49之间设有圆形分配器59和扩散盖68。分配器59设有多个穿通其的分配器孔58，而扩散盖68的整个敞开端盖有第三破裂箔片67。第三破裂箔片67在分配器59面对第一气体发生剂42的侧面上附接于分配器59。扩散盖68设有多个穿通其的扩散盖小孔69，这些小孔围绕扩散盖的周面布置。扩散盖68在其整个长度上具有基本相同的直径。扩散盖68的敞开端径向朝外扩张，以附接于漏斗件52。分配器59和扩散盖68经由卷边压接固定地附接于漏斗件52。弹簧47的螺旋部分围绕扩散盖68卷绕。
充气机10包括自燃药筒27。自燃药筒27设计成由第一气体发生剂42的燃烧所产生的热量来点燃。热量传递到分配器59，分配器59又将热量传递到自燃药筒27。自燃药筒27具有烟火材料，该烟火材料在第二气体发生剂49发生物理或化学变化之前燃烧。自燃药筒27的烟火材料的燃烧点燃第二增强剂57，第二增强剂57又点燃第二气体发生剂49。因此，第二气体发生剂49可通过多种机制来点燃。第一，可以通过点燃自燃药筒27来点燃第二气体发生剂49，而自燃药筒27的点燃则由第一气体发生剂42的燃烧来触发。第二，可通过由电信号致动第二点火器24来点燃第二气体发生剂49。第三，可通过点燃第二自燃材料26来点燃第二气体发生剂49，而第二自燃材料26的点燃则是由充气机10外部的温度升高到超过预定温度来触发的。自燃药筒27是在本发明中采用的一安全装置，用来保证正确地处置充气机10中的第二气体发生剂49。自燃药筒27设计成在第二气体发生剂49熔化之前点燃第二增强剂57，第二气体发生剂49的熔化将会对其冲击特性造成负面影响。
第二燃烧室65是充气机10的、被第二增强剂保持器53、漏斗件52以及分配器59所包围的区域。第二气体发生剂49占据第二燃烧室65中的空间。在第二燃烧室65中可以采用陶瓷件60或其它合适的材料，以用于使第二气体发生剂49抗磨和防止爆裂响声。
在本发明的充气机10中，在充气机10中包括了一个过滤器46，以过滤和冷却第一气体发生剂42和第二气体发生剂49燃烧所产生的热气体。过滤器46从聚集装置45的弯曲部分延伸到漏斗件52的弯曲部分，如图2所示。过滤器46帮助形成第一燃烧室50，因而第一气体发生剂42的一部分与过滤器46相接触。过滤器46大体呈圆筒形。在过滤器46与壳体11的内表面之间存在压力通风间隙或称气隙，以防止过滤器46堵塞出口14，并防止充气气体会限制过滤器46的应用。通过设置气隙，第一气体发生剂42和第二气体发生剂49燃烧所产生的燃烧气体穿过过滤器46进入气隙，并接着穿过出口14。该压力通风有助于防止出口14在充气气体离开充气机10时部分地堵塞从过滤器46通过。过滤器46用作散热件，用以冷却热燃烧气体产物并捕获熔渣或固体颗粒。
两阶段式充气机10采用第一自燃材料25、第二自燃材料26以及自燃药筒27。第一自燃材料25和第二自燃材料26可以是与自燃药筒27中的自燃成分相同的自燃成分。在本行业中为人们所熟知的一种自燃成分是硝化纤维，它在约185℃的温度下自燃。该自燃材料适合于许多不同的气体发生剂；不过，硝化纤维一般不适合与硝酸铵气体发生剂一起使用。如这里和权利要求书中所用的那样，硝酸铵气体发生剂指的是含有燃料和作为氧化剂的硝酸铵的气体发生剂。以硝基胍或胍硝酸盐作为燃料的硝酸铵气体发生剂的共熔混合物(燃料和氧化剂)熔点约为135℃。为了使自燃在硝酸铵气体发生剂熔化之前点燃，需要选择自燃温度比硝化纤维低的自燃成分来作为选用的气体。本发明的自燃成分可以选自US 6645326中所教给的自燃成分。在该作为参考的专利申请中的、较佳的自燃成分包含硝基胍、硫化锑III以及硝酸银I。
第一增强剂35和第二增强剂57可以用相同的烟火成分制成。用于第一增强剂35和第二增强剂57的燃料是高含氮量的有机化合物，如四唑、三唑、硝基胍、胍硝酸盐以及类似的有机化合物。第一增强剂35和第二增强剂57的氧化剂可以选自以下材料中的一种或多种：金属氧化物、金属硝酸盐、金属氯酸盐、金属高氯酸盐、硝酸铵以及类似材料。第一增强剂35和第二增强剂57的目的是为了分别快速地点燃第一气体42和第二气体发生剂49。第一增强剂35和第二增强剂57通常以高于第一气体发生剂42和第二气体发生剂49的温度燃烧。
在本发明的较佳实施例中，第一气体发生剂42和第二气体发生剂49是硝酸铵气体发生剂。第一气体发生剂42和第二气体发生剂49的燃料选自高含氮量的有机化合物，如四唑、氨基四唑、三唑、硝基胍以及类似材料。氧化剂是硝酸铵。本发明并不局限于硝酸铵气体发生剂；也可以采用其它具有与硝酸铵气体发生剂相似的熔化特性的气体发生剂。
第一气体发生剂42和第二气体发生剂49与第一端盖12、第二端盖13以及壳体11分隔开而并不直接接触。第一增强剂保持器36、第二增强剂保持器53、聚集装置45、漏斗件52以及过滤器46使第一气体发生剂42和第二气体发生剂49保持离开第一端盖12、第二端盖13以及壳体11一最小距离。设置该最小距离是为了在火烧试验的过程中延迟从壳体11和端盖向第一和第二气体发生剂42、49的传热。通常，在本行业领域中，自燃材料需要在约130℃的温度下自发点燃。由于包含硝基胍和胍硝酸盐的硝酸铵气体发生剂在约135℃的温度下熔化，该温度与第一和第二自燃材料的自燃温度十分相近，所以第一和第二发生剂42、49必需是隔绝或隔离的，以防止第一和第二气体发生剂42、49在第一和第二自燃材料自燃之前熔化。由于所述的最小距离，当在火烧试验的过程中充气机10的外部温度上升时，第一和第二自燃材料在第一气体发生剂42和第二气体发生剂49熔化之前就点燃。

Claims (9)

1.一种充气机(10)，该充气机包括：
壳体(11)，该壳体(11)在一端上连接有第一端盖(12)，在相反端上连接有第二端盖(13)；
第一点火器(20)，该第一点火器具有点火材料，该点火材料在电信号致动第一点火器(20)时燃烧；
第一自燃材料(25)，该第一自燃材料与第一点火器(20)紧密接触，藉此由第一点火器(20)的点火材料的燃烧而点燃第一自燃材料(25)；以及
第一气体发生剂(42)，该第一气体发生剂用于产生对安全气袋进行充气的充气气体，藉此第一自燃材料(25)的燃烧使第一气体发生剂(42)燃烧，第一气体发生剂(42)与第一端盖(12)、第二端盖(13)以及壳体(11)间隔开、并不直接接触。
2.如权利要求1所述的充气机(10)，其特征在于，还包括用于点燃第一气体发生剂(42)的第一增强剂(35)，其中第一自燃材料(25)的燃烧点燃第一增强剂(35)。
3.如权利要求2所述的充气机(10)，其特征在于，第一增强剂(35)与第一端盖(12)、第二端盖(13)以及壳体(11)间隔开、并不直接接触。
4.如权利要求3所述的充气机(10)，其特征在于，还包括用于容装第一增强剂(35)的第一增强剂保持器(36)，第一增强剂保持器(36)包括基本与第一端盖(12)平行布置的环形安装部分(39)，其中连接部分(40)将圆形壁(51)连接于安装部分(39)，该连接部分(40)设有多个第一增强剂保持器孔(48)，以供热气体从第一增强剂(35)通到第一气体发生剂(42)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的充气机(10)，其特征在于，还包括第二点火器(24)和第二自燃材料(26)，其中第二点火器(24)的燃烧点燃第二自燃材料(26)。
6.如权利要求5所述的充气机(10)，其特征在于，还包括第二增强剂(57)和第二气体发生剂(49)，其中第二自燃材料(26)的燃烧点燃第二增强剂(57)，第二增强剂(57)的燃烧点燃第二气体发生剂(49)。
7.如权利要求6所述的充气机(10)，其特征在于，还包括第二增强剂保持器(53)，该第二增强剂保持器(53)包括用于接纳第二增强剂(57)的管状部分(54)，并包括环形固定部分(56)，该环形固定部分基本平行于第二端盖(13)布置。
8.如权利要求7所述的充气机(10)，其特征在于，第二增强剂保持器(53)包括连接环形固定部分(56)和管状部分(56)的中间部分(55)，其中中间部分(55)设有多个第二增强剂保持器孔(61)，这些孔给热气体提供从第二增强剂(57)出来的通路，用以使之到达第二气体发生剂(49)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的充气机(10)，其特征在于，还包括用于减少与过滤器内表面接触的第一气体发生剂(52)的量的聚集装置(45)。
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