CN1951734A - 双级制混和式安全气囊充气器 - Google Patents
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Abstract
一种安全气囊充气器(10)具有圆柱形外部充气器壳体(11)，在第一端部分(10A)形成一压力容器(12)用以储存惰性气体(13)；第二端部分(10C)形成一分离的燃烧腔(90)，以及一中间扩散器部分(10B)置于第一和第二端部分(10A、10C)之间用以从安全气囊充气器(10)排出气体到安全气囊。该安全气囊充气器(10)具有第一气体发生器分组件(23)，置于第一端部分(10A)内并与惰性气体(13)相通。第二气体发生器分组件(80)具有燃烧腔(90)，该燃烧腔置于第二端部分(10C)内，并通过一个或多个破裂盘(24A、24B、24C)与惰性气体(13)隔绝。安全气囊充气器(10)的致动可使气体发生器分组件(23、80)中的一个或两个致动。致动可是同时的或相继的，以允许或者安全气囊的迅速充满填充或者稍慢延迟填充。
Description
技术领域
本发明涉及一种双级制充气器，其能够提供各种充气水平用以为安全气囊充气。
背景技术
充气器通过燃烧烟火材料、释放储存的气体或通过其结合提供充气气体。进攻性安全气囊展开具有在乘客前面尽可能快地展开充气的安全气囊的优点。关于进攻性安全气囊展开的问题在于当其充气时与儿童、青少年或不在适当位置的成年人相互作用的可能性。不在适当位置是一个用于安全约束行业的术语，指没有适当地坐在位置上或坐得太靠近安全气囊模块的乘客。
双级制充气器通过减少安全气囊展开的进攻性降低了对青少年或儿童的伤害。这种充气器根据乘客的大小和位置提供不同的充气气体输出水平。双级制充气器提供充气气体的完全输出以保护在适当位置的大体形乘客。双级制充气器还能够对于小体形或不在适当位置的乘客提供充气气体的分级输出。分级输出展开首先提供充气气体为安全气囊部分充气并过一段时间后充气器提供更多的充气气体以充满安全气囊。
US6189922B1和US6168200B1披露的双级制充气器有两个气体发生源。US5022674B1、US5351988A1和US5016914A1披露的双级制充气器具有两个分开的破裂盘。
US6557890B1披露了一种混和式充气器，其具有两个用于气体产生的炸药，其设置在充满了压缩气体的气体腔相对两侧外部。压缩气体完全与可燃性气体炸药分开。题目为“用于安全气囊的气体发生器”的JP2004-026025中披露了类似结构。US6557890B1依靠一个活塞将可燃气体从压缩气体分离，根据JP2004-026025该压缩气体很难移动而在充气器内部发生可破坏壳体的不寻常的压力。为了避免这种情况JP2004-026025披露了一种充气器，其采用了一种球状破坏性的装置，其作用类似于一种可通常密封惰性气体的止回阀，但是在炸药点燃时是不密封的并移入气体腔碰撞破裂盘。这两种充气器需要额外的部件并增加了容纳可燃性炸药的充气器的长度，由此减小了压缩气体可用的长度。为了在所有情况下适应这种体积损失，压缩气体腔通常具有60mm或更大的扩大直径。理想地，一种混和充气器应当尺寸小但极度可靠。可靠性通常需要要求简化和消除不必要的特征和元件。
图4示出了根据US6,769,714B2的现有技术充气器100，其具有壳体110，其中气体发生器组件122位于压力容器112内部并使用了两个分开的点火器121、122。一个点火器122将点燃分组件120内的加强炸药130和气体发生炸药140，而第二点火器121可用于使密封150破裂以允许压缩气体111释放。点火器121，122可相继地或独立地或同时地使用以达到安全气囊不同的充气率。
发明内容
本发明提供了这种现有充气器一些非常可靠的方面结合新的元件实现的这里描述的极度可靠的双级制充气器。根据权利要求1本发明提供一种在提供不同的充气率和充气体积时充气器的可用空间更有效的利用。
附图说明
图1是本发明双级制充气器的横截面图。
图2A、2B、2C和2D示出了各种破裂盘结构。
图3是第一气体发生器分组件的立体图。
图4示出了根据US6,769,714B2的现有技术充气器。
具体实施方式
本发明提供了一种双级制充气器10，其具有不同充气气体输出水平以逐渐地为安全气囊充气以不伤害不在适当位置的儿童和青少年而对于体形大的成年人仍能够提供碰撞保护。双级制充气器10包括一个圆柱长形的外部充气器壳体11，其形成一个压力容器12，该压力容器具有充满储存气体13的第一部分10A，该储存气体在碰撞时从充气器中释放出来为汽车安全气囊充气。双级制充气器10的外部充气器壳体11的形状通常为圆柱形并由不锈钢、低碳钢或任何其它适当的材料制成，其具有足够的强度以及极度低的气体渗透性。
储存气体13的理想性质是气体是惰性的、不是高度温度敏感、并能够在高充气率下为安全气囊充气。储存气体13可包括一种或多种气体，其包括但不限于氩气、二氧化碳、氧气、氦气和氮气。
压力容器12通过气体充入口14充满了储存气体13，该气体充入口最好位于双级制充气器10的第一端封闭盖20上。气体充入口14用由低碳钢制成的塞子15密封以防止气体在双级制充气器10在充到特定压力后漏出。最好塞子15通过电阻焊接固定在气体输入口14，但是本技术领域的技术人员认识到可采用其它类型的焊接将塞子15熔合到外部充气器壳体11上。
在图1中，双级制充气器10具有一个第一端封闭盖20和一个支撑一个第一气体发生器分组件23的中心支撑柱21。第一气体发生器分组件23中心地平放置于压力容器内，并沿着外部气体发生器壳体11的纵向轴线A纵向延伸几乎是压力容器12整个内腔长度L，如图所示约为L的85％的距离。
在图1中，第一气体发生器分组件23位于充气器第一端封闭盖20的支撑柱21上。第一气体发生器分组件23具有一个点火器40用以接收通过一个或多个电极41从控制器(未示出)传来的电信号，这些电极依次与传感器装置(未示出)通信。点火器40是一个电气设备，其在适当的电流通过嵌在一层或多层烟火混合物中的电阻器元件时开始充气器的起动。该点火器可为标准直接点火设计，接收直接来自控制器的点火电流，或者点火器40可为通过数字信号与控制器通信的先进设计并包含装在点火器上的应用特定的集成电路、点火电容和相关部件。
在点火器40内的烟火混合物和负载重量设计成突破气体紧密封盘46并完全点燃加强剂47。一种本发明适当的烟火混合物或点火物质的实例是高氯酸盐锆钾，但是本技术领域的技术人员认识到本发明可使用其它点火物质。点火器40装入封闭盖20的支撑柱21内的点火器壳体开口42内，其与外部充气器壳体11相连。
加强剂47可以是容易被点火器40点燃并在高速和高温下燃烧的多种已知混合物中的一种。加强剂的实例包括硝酸硼钾和包含金属的非叠氮化物配方。来自加强剂47的气体和热燃烧微粒通过颗粒固定器43并点燃气体发生剂48。第一气体发生器分组件23具有一个位于远离加强剂47的端部的弹簧状衬垫44。衬垫44是一个弹性元件，其偏置气体发生剂48抵靠颗粒固定器43以确保气体发生剂48颗粒不含发声地占据预先确定的体积。颗粒固定器43是一个将加强剂47从气体发生剂48分离开的多孔壁。一个可选的密封薄片可用于覆盖颗粒固定器43的开口。来自加强剂47点燃的热气体流过颗粒固定器43，但加强剂47物质和气体发生剂48颗粒都不能通过颗粒固定器43。
用在双级制充气器10中代表性的气体发生剂48混合物包括燃料例如氨基四唑、四唑、二四唑、三唑、及其金属盐，硝基胍、硝酸胍、氨基硝酸胍，及其混合物；与一种氧化剂如碱和碱土金属硝酸钾、氯酸盐、高氯酸盐、硝酸铵及其混合物结合。气体发生剂48可用各种本技术领域的技术人员已知的各种技术形成各种形状。
位于压力容器12内的第一气体发生器分组件23具有一壳体49保持气体发生剂48并由不锈钢、低碳钢、或其它适当的材料制成。气体发生器分组件壳体49具有多个小孔45，其在图3中可见。多个小孔45位于沿着气体发生器分组件壳体49的长度上，关于小孔45的尺寸和数量的一个重要方面是第一气体发生器分组件23在气体发生剂48燃烧时保持在中间。重要地，小孔45直接将第一气体发生器分组件23内的气体发生剂48暴露于压力容器12内的储存气体13。小孔45的位置允许热气体释放在外部充气器壳体11壁上因此冷却和保持固体颗粒防止部分微粒进入气体扩散器26。当压力容器12充满储存气体13，部分储存气体13能够流入第一气体发生器分组件23以平衡压力容器和气体发生器分组件23内的压力。本发明采用密封盘46防止储存气体13从双级制充气器10通过第一发生器分组件23漏出。密封盘46在点火器壳体开口42上部通过激光焊接在加强剂保持垫圈54上或可选地连接在支撑柱21的端部，但可通过其它焊接技术连接。最好支撑柱21包括一环形凹陷51用以保持气体发生器分组件壳体49，该壳体包括一个向内的环形凸起52，其在装配时扣入凹陷51内。一个波纹凸起53向内延伸以对将加强剂47从气体发生剂颗粒48分离的颗粒固定器43提供机械阻挡。
在压力容器12的第二端70上的是位于圆柱形外部充气器壳体11的中间气体扩散器部分10B内的气体扩散器26。该中间气体扩散器部分10B具有靠近第一端部10A的第一隔板62，形成压力容器12的内部第二端70。第一隔板62具有由破裂盘24A密封的一个或多个开口28A。第二隔板63位于靠近第二端部分10C和第二气体发生器分组件80的燃烧腔90的内端72的位置。第二隔板63具有由破裂盘24B密封的一个或多个开口28B。在所述第一和第二隔板62、63之间置入多个沿圆周对齐的排气开口29。排气开口29在点火器30、40中的一个或两个起动时提供气体进入安全气囊用于充气的通道。如图1所示在中间气体扩散器部分10B内有一个多孔过滤装置74，位于所述第一和第二隔板62、53之间覆盖排气开口29。排气开口29最好定尺寸成和定向成径向相对以在气体离开充气器10时产生推力中性状态。如图所示中间气体扩散器部分10B是圆柱形并焊接在端部70上，该端部与压力容器12的第一端部分10A的第二端部对齐。
在中间气体扩散器部分10B的相对端或第二端，如图所示第二端部分10C类似地沿圆周端部73焊接到中间气体扩散器部分10B，由此形成带有燃烧腔90的第二气体发生器分组件80。如图所示第二隔板63具有由破裂盘24B密封的多个开口28B，该破裂盘在隔板63面对气体扩散器的一面。气体发生剂88由多孔发生剂固定装置81、如过滤器或滤网包含在稍微隔开第二隔板63的区域，两者都能压制气体发生剂颗粒88并防止大部分点燃的燃烧颗粒燃烧时喷入安全气囊。
一端盖33焊接在第二端部分10C上。具有多个小洞28C的隔离板75由破裂盘24C密封。隔离板75将第二气体发生剂炸药颗粒88从加强剂炸药86隔离，该加强剂炸药容纳在端盖33内的小空穴34内。为了起动第二气体发生器分组件80的燃烧腔90内的炸药86、88，采用一个开口设备。
开口设备包括一个电致动点火器30和端盖33。设置开口设备以使开口设备的纵向轴线基本上平行于双级制充气器10的轴线A。点火器30通过一个或多个电极31与控制器(未示出)通信，这些电极依次与传感器装置(未示出)通信。点火器30是一个电气设备，其在适当的电流通过嵌在一层或多层烟火混合物中的电阻器元件时启动充气器的起动。点火器30可为标准直接点火设计，接收直接来自控制器的点火电流，或者点火器30可为通过数字信号与控制器通信的先进设计并包含装在点火器上的应用特定的集成电路、点火电容和相关部件。点火器内的烟火混合物和负载重量设计成产生输出能量，其将可靠地点燃加强剂炸药86使破裂盘或薄片24C破裂。一种本发明适当的烟火混合物或点燃物质的实例是高氯酸盐锆钾或ZPP。本技术领域的技术人员认识到本发明可使用其它点火物质。
端盖33是容纳点火器30的金属件。端盖33可用塑料材料由注塑方法制成。如图1所示的端盖33具有用来连接到安全气囊模块(未示出)的螺纹。
开口设备还可包括加强壁35用以将点火物质点火的能量输出引导朝向破裂盘24C。加强壁向破裂盘24C的方向延伸。没有加强壁35，点火器30将仍然可使破裂盘24C破裂，但需要装载额外的点火物质以在-40℃时提供一致的开口。也可以利用带有喷嘴的点火器30，其将不需要加强壁。加强壁35通过集中向破裂盘24C方向输出能量以类似喷嘴的方式作用。
破裂盘24A连接到中间气体扩散器部分10B的第一隔板62上并密封第一隔板62以使储存气体13不能从双级制充气器10漏出。如图2A所示破裂盘24A由不锈钢、因科镍合金材料、蒙奈尔铜镍合金、或任何其它允许破裂盘24A在-40℃时可靠地打开的适当材料。破裂盘24A的强度应当在“半坚固”和“全坚固”之间以最小化破裂盘24A的厚度。强度是金属抵抗剪切、磨损、渗透、弯曲和拉伸的程度。金属的强度读数因特定设备和测量技术会有些不同。破裂盘24A的径向外部分通过激光焊接60连接在隔板62上，但也可通过其它焊接技术连接。破裂盘24a的径向内部分不与气体扩散器26的任何部分连接并在压力容器12充满时突出。由于储存气体13施加在破裂盘24A上的力，破裂盘24A采用圆屋顶形构造。或者，破裂盘24A可在破裂盘连接在隔板62上之后，通过液压成形方法在开口设备的方向突出。
一旦点火器30致动，加强剂86点燃并使破裂盘24C破裂，点燃气体产生火药88，使破裂盘24B破裂以排出开口28B，允许点燃气体流向气体扩散器26和流出双级制充气器10。破裂盘24A、B或C可具有一个或多个次要排出开口61以控制内部压力并在充气器10内流动。图2B-2D示出了具有一个排出开口28和至少一个次要排出开口61的各种破裂盘构造。点火器31、40的致动使破裂盘24A、B或C破裂，因此有一个或多个排出流道通过开口28A、28B、28C和61允许点燃气体通过排气开口29流出充气器10。第二气体发生器分组件80的致动可不使破裂盘24A破裂而通过设置排列开口28A、28B、28C和61的大小完成，以使安全气囊能够更慢更逐渐地充满以适应儿童或不在适当位置的乘客。更典型地，第一气体发生器分组件23在第二气体发生器分组件80起动之前或同时起动。典型地在正常操作下，点火器40被点燃破裂盘46并点燃加强剂47，然后其点燃发生剂颗粒48，其迅速加热惰性气体13引起压力容器12的内部压力增加，并使破裂盘24A破裂，这样产生一个或多个排出开口28、61，允许气体进入中间气体扩散器部分10B并排出排气出口。
圆柱长形充气器10提供了一种紧凑设备，其可在直径尺寸上更为紧凑而仍然提供各种展开方案。如图所示外部充气器壳体11具有50mm的外径，并可制成更小。不必增加设备的长度45mm的直径是可行的。不牺牲性能而减小充气器10的尺寸的能力对于很多汽车制造者来说是有价值的，他们需要离其它特征如仪表盘上的手套箱一定距离容纳安全气囊模块。
所示充气器可在多种展开方案下展开。
正常展开包括起动第一气体发生器分组件23，加热惰性气体13并使破裂盘24A破裂以充满安全气囊。这种方案最快达到安全气囊的最大充气压力。
第二种展开方案是同时点燃两个气体发生剂炸药48、88；这种方案最快达到安全气囊最大体积并也最快达到安全气囊的最大充气压力。
第三种展开方案是采用第一种展开方案，接下来继续地延迟第二气体发生器组件80的起动以延长安全气囊的充气。
第四种展开方案是仅起动第二气体发生器组件80。这引起气体的低输出以提供逐渐地安全气囊打开以适应儿童和不在适当位置的乘客。
本发明的主要优点是通过具有分开的气体发生源的充气器显著增加了时间延迟的可能性。一个气体发生源结合惰性气体的加压炸药，另一个气体发生源从压力容器分离并隔绝。本发明的关键优点是一个气体发生器分组件23、80的点燃不会引起另一个气体发生器分组件23、80的点燃。排出开口28A，28B，28C和61的尺寸和大排气出口29设计成确保内部压力快速排出以填充安全气囊避免第二次不希望有的点火。只有点燃两个点火器两个炸药将都点燃，因此点燃可按要求同时或相继触发。
Claims (10)
1.一种安全气囊充气器(10)，包括：
一圆柱形外部充气器壳体(11)，在第一端部分(10A)形成一压力容器(12)用以储存惰性气体(13)；第二端部分(10C)形成一燃烧腔(90)，以及一中间扩散器部分(10B)置于所述第一和第二端部分(10A、10C)之间用以从所述安全气囊充气器(10)排出气体到安全气囊；
第一气体发生器分组件(23)，置于所述第一端部分(10A)内并与所述储存的惰性气体(13)相通；以及
第二气体发生器分组件(80)，置于所述第二端部分(10C)内，并通过一个或多个破裂盘(24A、24B、24C)与所述惰性气体(13)隔绝。
2.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述第一气体发生器分组件(23)包括第一点火器(40)、第一加强剂(47)、第一气体发生剂(48)和第一气体发生器分组件壳体(49)，所述第一气体发生器分组件壳体(49)保持所述第一气体发生剂(48)并包括多个小孔(45)，由此所述第一气体发生剂(48)在所述气体发生剂(48)被点燃之前与所述储存气体(13)相通，其中一密封盘(46)置于所述第一气体发生器分组件壳体(49)内所述第一加强剂(47)和所述第一点火器(40)之间以防止储存气体(13)从所述安全气囊充气器(10)漏出。
3.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，一中间气体扩散器部分(10B)具有靠近所述第一端部分(10A)的第一隔板(62)，所述第一隔板(62)形成所述压力容器(12)的一内端部(70)，所述第一隔板(62)具有由破裂盘(24A)密封的一个或多个开口(28A)，以及靠近所述第二端部分(10C)的第二隔板(63)，所述第二隔板(63)形成所述燃烧腔(90)的一内端部(72)，所述第二隔板至少一个或多个开口(28B)由破裂盘(24B)密封，在所述第一和所述第二隔板(62、63)之间有多个径向对齐的排气出口(29)。
4.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述第二气体发生器分组件(80)包括第二点火器(30)，容纳在端盖(33)内的第二加强剂(86)，以及容纳在所述燃烧腔(90)内并由隔板(75)与所述第二加强剂(86)分开的第二气体发生剂(88)，所述隔板(75)具有由破裂盘(24C)密封的开口(28C)。
5.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述第二气体发生器分组件(80)还包括多孔的发生剂保持装置(81)。
6.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述中间气体扩散器部分(10B)包括位于所述第一和第二隔板(62、63)之间的、覆盖所述排气出口(29)的多孔过滤装置(74)。
7.如权利要求2所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述第一气体发生器分组件壳体的所述第一端部分(10A)具有固定在其上的第一端封闭盖(20)，所述第一端封闭盖(20)具有中心支撑柱(21)，所述中心支撑柱将所述第一点火器(40)和所述第一发生器分组件壳体(23)与所述压力容器(12)固定在一起。
8.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述第一气体发生器分组件壳体(49)具有其上的多个小孔(45)，所述小孔位于沿着所述气体发生剂(48)的长度上，其中所述小孔(45)具有使所述气体发生剂(48)不能从其中通过的尺寸和形状，其中所述小孔定位成引导所述气体发生剂(48)燃烧产生的热气体朝向所述压力容器(12)的所述外部充气器壳体(11)。
9.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，所述圆柱形外部充气器壳体(11)由三个或多个基本上圆柱形的部分(10A、10B、10C)形成，所述各部分焊接在其它基本上为圆柱形的部分的至少一个上。
10.如权利要求1所述的安全气囊充气器(10)，其特征在于，致动装置可选择性地单独致动所述第一点火器(40)、单独致动所述第二点火器(30)或在相继延迟的时间或同时致动两个点火器(30、40)。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |