FR2763032A1 - Generateur de gaz hybride a melangeur tubulaire pour la securite automobile - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un générateur hybride (100) de gaz pour la sécurité automobile.Le générateur (100) comprend une enceinte (1, 2) étanche dans laquelle pénètre un module pyrotechnique (11) contenant un chargement pyrotechnique (17) ainsi qu'un allumeur (14, 15, 16) et présentant des orifices (26) de sortie des gaz. L'enceinte (1, 2) comporte des ouvertures supérieures (7) fermées par des opercules (8) et prolongées par des tubes (9) dont l'extrémité inférieure est située entre les orifices (26) et le fond de l'enceinte (1, 2). L'enceinte (1, 2) est remplie par un gaz sous pression.Les gaz chauds provenant de la combustion du chargement pyrotechnique (17) doivent ainsi se mélanger avec les gaz stockés avant de pouvoir quitter l'enceinte (1, 2) par les orifices (7).

Description

La présente invention se rapporte au domaine de la protection, en cas de collision, des occupants d'un véhicule automobile par un coussin gonflable. Plus précisément l'invention concerne un générateur dit "hybride" qui se compose d'un module pyrotechnique générateur de gaz entouré par un réservoir annulaire de gaz sous pression.

Pour gonfler, en cas d'accident, les coussins de protection des occupants d'un véhicule automobile, l'homme de métier a développé, à côté des générateurs de gaz purement pyrotechniques, des générateurs de gaz dits "hybrides" constitués pour une partie par un module pyrotechnique générateur de gaz et pour une autre partie par un réservoir de gaz sous pression . En général il s'agit d'un gaz inerte comme l'argon ou l'azote ou d'un mélange de gaz inerte et d'oxygène. Les gaz chauds produits par le module pyrotechnique pénètrent dans le réservoir de gaz sous pression où ils se diluent et se refroidissent tout en élevant la température et par voie de conséquence la pression des gaz stockés dans le réservoir. Le mélange gazeux ainsi constitué quitte alors le réservoir pour gonfler le coussin de protection. Par rapport aux générateurs purement pyrotechniques les générateurs hybrides offrent l'avantage de fournir des gaz moins chauds, moins toxiques et plus propres ne nécessitant que peu, ou même pas, de filtration. L'homme de métier a ainsi proposé des générateurs hybrides constitués par un module pyrotechnique cylindrique entouré par un réservoir annulaire de forme générale torique contenant les gaz sous pression. De tels générateurs sont par exemple décrits dans le brevet US-A-5,199,740 ou dans la demande de brevet européen EP-A-0 706 917. Ce type de générateurs permet des formes très compactes s'intégrant bien dans les structures modernes des véhicules automobiles mais laisse subsister un inconvénient. Afin d'assurer un bon mélange des gaz chauds provenant du module pyrotechnique avec les gaz froids contenu dans le réservoir annulaire, l'homme de métier est amené à prévoir des orifices de sortie des gaz chauds sur la partie inférieure de la paroi latérale du module pyrotechnique et une sortie supérieure centrale pour le mélange gazeux destiné à gonfler le coussin de protection. Le corps cylindrique du module pyrotechnique prenant en général appui sur la face supérieure du réservoir torique, cette contrainte impose au constructeur du générateur hybride une structure complexe de la partie supérieure interne présentant l'orifice de sortie des gaz. Cette complexité n'est favorable ni au prix de revient ni à la fiabilité de fonctionnement du générateur hybride.

L'homme de métier est donc toujours à la recherche d'un générateur hybride présentant une structure interne robuste, simple et fiable qui permette à la fois un bon mélange des gaz chauds provenant du module pyrotechnique avec les gaz froids stockés dans le réservoir annulaire ainsi qu'une bonne diffusion de ce mélange dans le coussin gonflable de protection.

L'objet de la présente invention est précisément de proposer un tel générateur hybride.

L'invention concerne donc un générateur hybride de gaz destiné à gonfler un coussin de protection pour occupants d'un véhicule automobile et comprenant
i) une enceinte de révolution autour d'un axe
présentant deux faces opposées à faible rayon
de courbure et perpendiculaires à l'axe de
révolution, l'une de ces faces, dite
"inférieure", présentant un orifice centré
sur l'axe de révolution et l'autre de ces
faces, dite "supérieure", présentant des
ouvertures fermées chacune par un opercule
destructible par augmentation de la pression
interne à la dite enceinte,
ii) un module pyrotechnique générateur de gaz
chauds qui pénètre au moins partiellement
dans la dite enceinte par l'orifice de la
dite face inférieure, qui est solidarisé à
cette dernière par une jonction étanche aux
gaz et qui comporte des orifices de sortie
pour les dits gaz chauds situés à l'intérieur
de la dite enceinte,
iii) un gaz sous pression occupant le volume
laissé libre par le module pyrotechnique à
l'intérieur de la dite enceinte, caractérisé en ce que les dites ouvertures présentées par la dite face supérieure de l'enceinte sont situées sur sa périphérie de manière à ne pas se trouver audessus du dit module pyrotechnique et sont prolongées à l'intérieur de la dite enceinte par une structure tubulaire dont une extrémité prend appui sur la surface intérieure de la dite face supérieure et dont l'autre extrémité est située entre la dite face inférieure et les dits orifices de sortie des gaz du module pyrotechnique.

Dans la pratique, la dite structure tubulaire sera avantageusement constituée par des tubes creux dont une extrémité prend appui sur la surface intérieure de la dite face supérieure et dont l'autre extrémité est située entre la dite face inférieure et les dits orifices de sortie des gaz du module pyrotechnique.

Ainsi en cas de collision du véhicule, un signal électrique émis par un détecteur de collision provoque le fonctionnement du module pyrotechnique qui génère des gaz chauds qui pénètrent dans l'enceinte sous pression par les orifices présentés par le dit module. Les gaz chauds ont tendance à monter vers la face supérieure de la dite enceinte sur laquelle ils ne trouvent aucune possibilité de sortie. I1 est donc nécessaire que les gaz chauds provenant du module pyrotechnique se mélangent parfaitement aux gaz contenus dans l'enceinte pour que se produise dans les dits tubes une montée de la pression qui rompe les opercules fermant les ouvertures périphériques présentées par la face supérieure de la dite enceinte et que le mélange gazeux contenu dans cette dernière puisse, en passant par les dits tubes creux et les dites ouvertures, quitter le générateur hybride et gonfler le coussin de protection.

L'homme de métier dispose ainsi d'un générateur hybride de structure très simple et très robuste, le module pyrotechnique pouvant être un simple boîtier cylindrique contenant un dispositif d'allumage et un chargement pyrotechnique, qui permet un bon mélange des gaz chauds provenant du dit module pyrotechnique avec les gaz froids stockés dans l'enceinte annulaire ainsi qu'une diffusion régulière du mélange ainsi obtenu par les ouvertures périphériques présentées par la face supérieure de la dite enceinte.

La dite enceinte peut être une enceinte torique monobloc ou peut être constituée par au moins deux pièces distinctes. Avantageusement les opercules fermant les dites ouvertures présentées par la face supérieure de la dite enceinte sont disposés sur la surface intérieure de la dite face supérieure et préférentiellement entre la surface intérieure de la dite face supérieure de l'enceinte et l'extrémité supérieure des dits tubes.

Selon une autre réalisation avantageuse de l'invention, la partie centrale de la dite face supérieure de l'enceinte annulaire est pleine et le dit module pyrotechnique est en appui contre la surface intérieure de cette partie centrale pleine.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention le dit module pyrotechnique est constitué par un corps creux cylindrique fermé à son extrémité inférieure par une bague de fermeture portant un allumeur électropyrotechnique qui pénètre à l'intérieur du dit corps creux et autour duquel est disposé un chargement pyrotechnique générateur de gaz.

Avantageusement le dit corps cylindrique creux présente une partie inférieure de grand diamètre intérieur dans laquelle sont disposés l'allumeur et le chargement pyrotechnique et une partie supérieure de diamètre intérieur plus petit dans laquelle sont ménagés les orifices de sortie des gaz chauds.

Dans la présente description un élément sera qualifié de "supérieur" ou "d'inférieur" selon qu'il est plus proche de la face supérieure de la dite enceinte ou de la face inférieure de cette dernière, telles qu'elles ont été définies plus haut.

Selon une variante préférée de réalisation de l'invention la partie inférieure et la partie supérieure du corps du module pyrotechnique sont séparées par un obturateur portant un orifice central fermé par un opercule destructible. Une tuyère ablatable pourra avantageusement être insérée dans cet orifice central.

Enfin un déflecteur sera avantageusement disposé au-dessus de la dite face supérieure de l'enceinte et pourra enserrer un ensemble de filtration, constitué avantageusement par un enroulement de grilles, disposé entre la dite face supérieure et le dit déflecteur. Les générateurs hybrides selon l'invention sont particulièrement bien adaptés pour être installés dans une colonne de direction de véhicule automobile et pour gonfler un coussin de protection pour le conducteur de ce véhicule.

On donne ci-après une description détaillée d'une réalisation préférée de l'invention en se référant aux figures 1 à 3.

La figure 1 est une vue, en perspective avec arrachement partiel, du générateur hybride selon l'invention.

La figure 2 est une vue en coupe axiale du générateur représenté à la figure 1.

La figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un tube creux utilisé pour constituer le générateur hybride représenté aux figures 1 et 2.

On a représenté aux figures 1 et 2 un générateur hybride 100 selon l'invention. Ce générateur comprend une enceinte constituée par deux coquilles 1 et 2 de révolution autour d'un axe 3. Ces deux coquilles sont en métal résistant à des pressions relativement élevées de l'ordre de 50 MPa, par exemple en acier, et sont assemblées l'une à l'autre par une soudure externe 4. La coquille 2, qualifiée d"'inférieure", présente une face sensiblement plane 6 perpendiculaire à l'axe de révolution 3 et qui présente un orifice circulaire centré sur l'axe 3. La coquille 1, qualifiée de "supérieure", présente une face plane 5 perpendiculaire à l'axe de révolution 3 et opposée à la face sensiblement plane 6 de la coquille 2. Cette face 5 est pleine et présente sur sa périphérie quatre ouvertures circulaires 7 disposées sur deux diamètres perpendiculaires. Ces ouvertures 7 sont suffisamment éloignées du centre de la face plane 5 pour ne pas se trouver au-dessus de l'orifice circulaire central présenté par la face inférieure 6 de la dite enceinte.

Ces ouvertures 7 sont fermées par des opercules 8 destructibles sous l'effet d'une augmentation de la pression interne à la dite enceinte. Les opercules 8 sont disposés sur la surface intérieure de la face supérieure 5 de l'enceinte. De manière caractéristique, les ouvertures 7 sont prolongées à l'intérieur de la dite enceinte par des tubes cylindriques 9 présentant une extrémité aplanie 10 prenant appui contre la surface intérieure de la face 5 et coinçant les extrémités des opercules 8. Ces tubes 9 sont collés ou soudés par leur extrémité aplanie 10 à la surface intérieure de la face supérieure 5. Comme les ouvertures 7, ces tubes 9 ne se trouvent pas au-dessus de l'orifice central circulaire présenté par la face inférieure 6 de la dite enceinte.

Les tubes 9 seront avantageusement constitués par un métal comme l'acier ou par une matière plastique comme un polyamide.

Le générateur hybride 100 comprend également un module pyrotechnique 11 générateur de gaz chauds qui pénètre dans la dite enceinte par l'orifice central présenté par la face inférieure 6. Ce module pyrotechnique 11 est constitué par un corps cylindrique creux 12 en acier. Ce corps cylindrique 12 présente une partie inférieure de grand diamètre intérieur qui est fermée par une bague de fermeture 13 traversée par un inflammateur électro-pyrotechnique 14.

Cet inflammateur 14 est renforcé par une poudre d'allumage 15, par exemple un mélange bore-nitrate de potassium, contenue dans un capuchon métallique fragmentable 16 fixé au corps de l'inflammateur 14.

Autour du capuchon 16 est disposé un bloc annulaire 17 de composition pyrotechnique génératrice de gaz calé par un ressort 18 et par une rondelle de calage 19. Le corps cylindrique 12 comprend également une partie supérieure de diamètre intérieur plus petit qui peut être fermée par une paroi pleine 20 en appui contre la surface intérieure de la face supérieure 5 de la dite enceinte.

La paroi 20 est avantageusement collée à la face 5 et le corps cylindrique 12 est par ailleurs fixé à la coquille 2 le long de l'orifice central présenté par la face 6 par une ligne de soudure 21 de manière à rendre la dite enceinte, avant fonctionnement, parfaitement étanche aux gaz. La partie supérieure du corps 12 peut également ne pas être fermée par une telle paroi pleine 20 et être fixée directement sur la surface intérieure de la face supérieure 5.

La partie inférieure et la partie supérieure du corps 12 du module pyrotechnique 11 sont séparées par un obturateur 22 résistant à la pression du gaz stocké dans l'enceinte 1,2. Cet obturateur 22 porte un orifice circulaire central 23 dans lequel peut être insérée une tuyère ablatable 24. Cette tuyère ablatable peut être cylindrique ou conique. L'orifice central 23 est par ailleurs fermé par un opercule 25 pouvant être détruit par augmentation de la pression interne dans la partie inférieure du module pyrotechnique 11.

Par ailleurs la paroi latérale du corps 12 du module pyrotechnique 11 comporte, dans sa partie supérieure des orifices 26 de sortie des gaz chauds produits par la combustion du chargement pyrotechnique 17. Ces orifices 26 sont en général ouverts mais peuvent aussi être fermés par des opercules destructibles sous l'effet d'une augmentation de la pression interne dans la partie supérieure du module pyrotechnique 11. Les tubes 9 doivent avoir une longueur suffisante pour que leur extrémité inférieure 27 se situe entre la face inférieure 6 de la dite enceinte et les dits orifices 26 de sortie des gaz chauds. Dans la pratique et comme représenté sur les figures leur extrémité 27 se situera à proximité de la dite face 6, bien en dessous des dits orifices 26.

Le volume laissé libre par le dit module pyrotechnique 11 à l'intérieur de la dite enceinte est occupé par un gaz sous pression. Ce volume libre inclut la partie supérieure du corps 12 lorsque les orifices 26 sont ouverts. Ce gaz peut être un gaz inerte comme l'azote, l'argon ou l'hélium ; il peut aussi être constitué par le mélange d'un tel gaz inerte avec un gaz oxydant comme l'oxygène.

La composition pyrotechnique génératrice de gaz constituant le chargement 17 peut être une poudre à double-base, par exemple une poudre à la nitrocellulose et à la nitroglycérine, une poudre à triple base, par exemple une poudre contenant de la nitrocellulose, de la nitroglycérine et une nitramine, ou encore une poudre composite constituée principalement par un liant et par une charge énergétique comme, par exemple, les poudres connues sous l'appellation anglo-saxonne de poudre "LOVA".

Des poudres particulièrement préférées dans le cadre de la présente invention sont les poudres contenant un liant thermoplastique oxygéné et du nitrate d'ammonium comme charge oxydante ou encore les poudres contenant un liant silicone avec une charge oxydante minérale. De telles poudres sont, par exemple, décrites dans les demandes de brevet français 2 713 632 et 2 728 562.

Le générateur 100 comporte également un déflecteur ajouré externe 28 disposé au-dessus de la face supérieure 5 de la coquille 1. Ce déflecteur 28 est fixé à la face 5 par une ligne de soudure 29 et comporte des ouvertures 30 par lesquelles le mélange gazeux produit quitte le générateur hybride pour gonfler le coussin de protection fixé à une bague annulaire périphérique 31 portée par le coquille 1. Le déflecteur 28 enserre avantageusement un ensemble de filtration 32 constitué, par exemple, par un enroulement de grilles métalliques.

Ce générateur 100 est particulièrement aisé à assembler. On solidarise d'abord la partie supérieure du corps 12 du module pyrotechnique à la surface intérieure de la coquille 1 qui est ensuite équipée avec les tubes operculés puis on solidarise la coquille 2 à la coquille 1 et à la partie inférieure du corps 12. On introduit dans le corps 12 un dispositif d'injection de gaz sous pression qui remplit l'enceinte 1,2 grâce aux orifices 26 puis on obture la partie supérieure du corps 12 par l'obturateur 22 muni de son opercule 25. On dispose ensuite dans la partie inférieure du corps 12 les éléments de calage et le chargement pyrotechnique et on la ferme avec la bague de fermeture portant l'inflammateur.

Enfin on met en place le déflecteur et l'ensemble de filtration.

I1 faut souligner que dans cette réalisation la partie supérieure du corps 12 du module pyrotechnique et notamment les orifices 26 remplissent deux fonctions ils servent d'abord de passage d'introduction dans l'enceinte 1,2 du gaz sous pression et ensuite de circuit de sortie pour les gaz chauds produits par le module pyrotechnique.

Le fonctionnement de ce générateur est le suivant.

En cas de collision ; un signal électrique est transmis à l'inflammateur 14 qui allume la poudre d'allumage 15.

Le capuchon fragmentable 16 se rompt et les gaz d'allumage allument le chargement pyrotechnique 17.

Lorsque la pression dans la partie inférieure du module 11 atteint une valeur prédéterminée, l'opercule 25 se rompt à son tour et les gaz chauds provenant de la combustion du chargement 17 remplissent la partie supérieure du module 11. La tuyère ablatable 24 permet d'éviter une chute de pression trop brutale lors de l'ouverture de l'opercule 25 tout en assurant un débit suffisant des gaz au fur et à mesure que la combustion s'accélère et que la tuyère 24 s'élargit. Les gaz chauds pénètrent dans l'enceinte constituée par les coquilles 1 et 2, en se dirigeant d'abord vers la paroi 5 qui leur est totalement fermée. Il faut donc qu'ils se mélangent totalement au gaz contenu dans la dite enceinte pour que le température et la pression s'élèvent à l'intérieur des tubes 9 et provoquent la rupture des opercules 8 fermant les ouvertures 7. Le mélange gazeux se répand alors dans l'espace compris entre la face 5 et le déflecteur 28, traverse l'ensemble de filtration 32 et quitte le générateur 100 par les ouvertures 30 du déflecteur 28.

Exemple
On a réalisé un générateur hybride conforme à celui qui vient d'être décrit, mais sans tuyère ablatable 24.

Le chargement pyrotechnique 17 pesait 12 g et avait la composition suivante
- liant silicone : 20 parties en poids
- perchlorate d'ammonium: 45 parties en poids
- nitrate de sodium : 35 parties en poids
L'enceinte 1,2 avait un volume utile de 80 cm3 et a été chargée avec 25 g du mélange gazeux suivant
- argon : 95%
- hélium : 5%
Sa pression interne avant fonctionnement était de 20 MPa.

On a fait fonctionner le générateur dans un caisson fermé de 60 litres et on a obtenu les résultats suivants
-pression maximale : environ 0,22 MPa
-temps de fonctionnement : environ 32 millisecondes

Claims (2)

Revendications 1. Générateur hybride (100) de gaz destiné à gonfler un coussin de protection pour occupants d'un véhicule automobile et comprenant
1. i) une enceinte (1,2) de révolution autour d'un

   axe (3) présentant deux faces opposées (5,6)

   à faible rayon de courbure et

   perpendiculaires à l'axe de révolution, l'une

   (6) de ces faces, dite "inférieure",

   présentant un orifice centré sur l'axe de

   révolution et l'autre (5) de ces faces, dite

   supérieure, présentant des ouvertures (7)

   fermées chacune par un opercule (8)

   destructible par augmentation de la pression

   interne à la dite enceinte,

   ii) un module pyrotechnique (11) générateur de

   gaz chauds qui pénètre au moins partiellement

   dans la dite enceinte par l'orifice central

   présenté par la dite face inférieure, qui est

   solidarisé à cette dernière par une jonction

   étanche aux gaz et qui comporte des orifices

   (26) de sortie pour les dits gaz chauds

   situés à l'intérieur de la dite enceinte,
2. iii) un gaz sous pression occupant le volume

   laissé libre par le module pyrotechnique (11)

   à l'intérieur de la dite enceinte (1,2), caractérisé en ce que les dites ouvertures (7) présentées par la dite face supérieure (5) de l'enceinte (1,2) sont situées sur sa périphérie de manière à ne pas se trouver au-dessus du dit module pyrotechnique (11) et sont prolongées à l'intérieur de la dite enceinte par une structure tubulaire dont une extrémité prend appui sur la surface intérieure de la dite face supérieure et dont l'autre extrémité est située entre la dite face inférieure (6) et les dits orifices (26) de sortie des gaz du module pyrotechnique.

   2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite structure tubulaire est constituée par des tubes creux (9) dont une extrémité (10) prend appui sur la surface intérieure de la dite face supérieure (5) et dont l'autre extrémité (27) est située entre la dite face inférieure (6) et les dits orifices (26) de sortie des gaz du module pyrotechnique.

   3. Générateur hybride (100) selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite enceinte est une enceinte torique monobloc.

   4. Générateur hybride (100) selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite enceinte est constituée par au moins deux pièces distinctes (1,2).

   5. Générateur hybride (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les dits opercules (8) sont disposés sur la surface intérieure de la dite face supérieure (5) de l'enceinte (1,2).

   6. Générateur hybride (100) selon la revendication 5 caractérisé en ce que les dits opercules (8) sont disposés entre la surface intérieure de la dite face supérieure (5) de l'enceinte (1,2) et l'extrémité supérieure (10) des dits tubes (9).

   7. Générateur hybride (100) selon la revendication 6 caractérisé en ce que la partie centrale de la dite face supérieure (5) de l'enceinte (1,2) est pleine et en ce que le dit module pyrotechnique (11) est en appui contre la surface intérieure de cette partie centrale pleine.

   8. Générateur hybride (100) selon la revendication 7 caractérisé en ce que le dit module pyrotechnique (11) est constitué par un corps creux cylindrique (12) fermé à son extrémité inférieure par une bague de fermeture (13) portant un allumeur électro-pyrotechnique (14,15,16) autour duquel est disposé un chargement pyrotechnique (17) générateur de gaz.

   9. Générateur hybride (100) selon la revendication 8 caractérisé en ce que le dit corps cylindrique creux (12) présente une partie inférieure de grand diamètre intérieur dans laquelle sont disposés l'allumeur (14,15,16) et le chargement pyrotechnique (17) et une partie supérieure de diamètre intérieur plus petit dans laquelle sont ménagés les orifices (26) de sortie des gaz chauds.

   10. Générateur hybride (100) selon la revendication 9 caractérisé en ce que la partie inférieure et la partie supérieure du corps (12) du module pyrotechnique (11) sont séparées par un obturateur (22) portant un orifice central (23) fermé par un opercule destructible (25).

   11. Générateur hybride (100) selon la revendication 10 caractérisé ce qu'une tuyère ablatable (24) est insérée dans l'orifice (24) porté par l'obturateur (22).

   12. Générateur hybride (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 11 caractérisé en ce qu'un déflecteur (28) est disposé au-dessus de la dite face supérieure (5) de l'enceinte (1,2).

   13. Générateur hybride (100) selon la revendication 12 caractérisé en ce que le dit déflecteur (28) enserre un ensemble de filtration (32).

   14. Générateur hybride (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que les orifices (26) portés par le module pyrotechnique (11) servent également à introduire le gaz sous pression dans la dite enceinte (1,2).