FR3005914A1 - Generateur de gaz - Google Patents

Abstract

Générateur de gaz comprenant : - une chambre de gaz sous pression stockés à une première température, et comprenant un orifice de décharge scellé par un opercule, - un allumeur agencé pour générer une onde de pression dans la chambre de gaz sous pression, - un chargement de propergol agencé au moins dans une partie de la chambre de gaz sous pression, le chargement de propergol étant agencé pour être allumé par l'allumeur et générer des gaz de combustion à une deuxième température supérieure à la première température, l'onde de pression étant prédéterminée pour ouvrir l'opercule afin qu'au moins une partie des gaz sous pression à la première température sortent de la chambre avant les gaz de combustion générés par le chargement de propergol à la deuxième température, caractérisé en ce qu'au moins une partie du chargement de propergol est agencée entre l'allumeur et l'orifice de décharge et est traversée par l'onde de pression générée par l'allumeur et allant ouvrir l'opercule.

Description

GENERATEUR DE GAZ La présente invention concerne de manière générale un générateur de gaz pour gonfler un coussin de sécurité automobile. Il est connu dans l'art antérieur des générateurs de gaz. Ainsi, le document EP2321156B1 décrit un générateur de gaz avec un allumeur capable de générer une onde de pression pour ouvrir un opercule scellant une réserve de gaz sous pression. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient de nécessiter de ménager une ouverture dans du propergol qui serait agencé entre l'allumeur et l'opercule, pour offrir un passage à l'onde de pression. Cet agencement particulier augmente le coût d'obtention des composants, en particulier le propergol qui est déjà un des composants les plus coûteux d'un générateur de gaz. De plus, la position des composants à l'intérieur du générateur de gaz doit être précise pour garantir l'alignement du passage avec l'allumeur par exemple, ce qui augmente la complexité des opérations d'assemblage et leur coût. Enfin, il est à noter que la compacité du générateur de gaz est affectée par la présence de cette ouverture, car le chargement de propergol devra être allongé pour obtenir la masse de matière pyrotechnique désirée. Dans le cas d'un générateur de petit diamètre, l'épaisseur du bloc propergol avec canal interne sera très faible et fragile, ce qui peut provoquer des casses de ce propergol et des variations du régime de combustion conduisant à des dispersions de performance inacceptables. Cette solution est donc inadaptée pour des générateurs de petit diamètre. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients du document de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un générateur avec un allumeur qui génère une onde de pression pour ouvrir un opercule, mais dont les coûts de fabrication sont réduits.

Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un générateur de gaz comprenant : - une chambre de gaz sous pression stockés à une première température, et comprenant un orifice de décharge scellé par un opercule, - un allumeur agencé pour générer une onde de pression dans la chambre de gaz sous pression, - un chargement de propergol agencé au moins dans une partie de la chambre de gaz sous pression, le chargement de propergol étant agencé pour être allumé par l'allumeur et générer des gaz de combustion à une 10 deuxième température supérieure à la première température, l'onde de pression étant prédéterminée pour ouvrir l'opercule afin qu'au moins une partie des gaz sous pression à la première température sortent de la chambre avant les gaz de combustion générés par le chargement de propergol à la deuxième température, 15 caractérisé en ce qu'au moins une partie du chargement de propergol est agencée entre l'allumeur et l'orifice de décharge et est traversée par l'onde de pression générée par l'allumeur et allant ouvrir l'opercule. Le générateur selon l'invention est simple car il n'y a pas besoin de ménager d'ouverture dans le propergol pour laisser un passage à l'onde de pression, puisque 20 celle-ci traverse le chargement de propergol. Les composants sont ainsi simplifiés et leur coût diminue. Il est à noter que la partie du chargement de propergol agencée entre l'allumeur et l'opercule est située sur le trajet de l'onde de pression, c'est à dire en ligne droite entre l'allumeur et l'opercule. Selon une mise en oeuvre, du propergol est agencé dans une zone 25 cylindrique de la chambre, la zone cylindrique étant définie par une droite directrice parcourant une courbe de base, la courbe de base étant le périmètre de l'orifice de décharge, et la droite directrice étant définie de sorte que la zone cylindrique contienne au moins une portion de l'allumeur qui génère l'onde de pression. L'onde de pression générée par l'allumeur qui 30 ouvre l'orifice de décharge traverse ainsi nécessairement une partie du chargement de propergol.

Selon une mise en oeuvre, l'opercule est agencé pour résister à une pression minimale prédéterminée, l'allumeur est agencé pour générer une quantité de gaz chauds prédéterminée, cette quantité de gaz chauds prédéterminée mélangée aux gaz sous pression stockés à la première 5 température dans la chambre détermine une pression des gaz mélangés dans la chambre, inférieure à la pression minimale prédéterminée. Selon cette mise en oeuvre, l'ouverture de l'opercule est uniquement réalisée par l'onde de pression, puisque la montée en pression due aux gaz et à la chaleur créés par l'allumeur ne suffit pas à dépasser la pression minimale de 10 claquage de l'opercule. Selon une mise en oeuvre, la chambre de gaz présente au moins une section intérieure agencée entre l'allumeur et l'orifice de décharge, et ladite au moins une section intérieure est complètement occupée par ladite au moins une partie du chargement de propergol. Selon cette mise en oeuvre, la 15 compacité du générateur est améliorée, car toute la section libre de la chambre est occupée par le chargement de propergol, entre l'allumeur et l'opercule. Selon une mise en oeuvre, le chargement de propergol est totalement agencé entre l'allumeur et l'orifice de décharge. La compacité du générateur 20 de gaz est améliorée, et les composants sont simplifiés par un chargement de propergol situé exclusivement à l'intérieur de la chambre de gaz, entre l'allumeur et l'opercule. Selon une mise en oeuvre, la chambre présente une forme tubulaire et un volume interne, et le chargement de propergol occupe au moins 70% du 25 volume interne de la chambre. La compacité du générateur de gaz est améliorée. Selon une mise en oeuvre, le chargement de propergol occupe au moins 15% du volume interne de la chambre, plus particulièrement au moins 30% du volume interne de la chambre, et encore plus particulièrement au 30 moins 50 % du volume interne de la chambre. - Selon une mise en oeuvre, le générateur de gaz comprend une grille entre le chargement de propergol et l'orifice de décharge, et la grille est agencée pour retenir le chargement de propergol avant d'être allumé par l'allumeur. Tant que le propergol présente une dimension importante, il ne peut pas passer au travers de la grille et l'obstruction de l'orifice de décharge est évitée. Selon une mise en oeuvre, le générateur de gaz comprend une grille entre l'allumeur et le chargement de propergol, et la grille est agencée pour retenir le chargement de propergol avant d'être allumé par l'allumeur. On peut envisager d'exercer un effort constant sur la grille agencée entre l'allumeur et le chargement de propergol, pour éviter tout déplacement du chargement de propergol lors du cycle de vie en véhicule. Selon une mise en oeuvre, la chambre présente une forme tubulaire avec un diamètre interne inférieur ou égal à 19 millimètres. Le volume interne 15 de la chambre est limité, ce qui limite la dilution de l'énergie de l'onde de pression. Selon une mise en oeuvre, la chambre présente une forme tubulaire avec un diamètre interne inférieur ou égal à 23 millimètres. Selon une mise en oeuvre, les gaz sont stockés dans la chambre de 20 gaz à une pression d'au moins 45MPa. La propagation de l'onde de pression est facilitée. Selon une mise en oeuvre : - l'allumeur comprend au moins une matière pyrotechnique, - le générateur comprend une paroi agencée entre ladite au moins une 25 matière pyrotechnique et les gaz sous pression de la chambre de gaz, la paroi est agencée pour se rompre à une pression de rupture prédéterminée créée par la dite au moins une matière pyrotechnique, et la pression de rupture prédéterminée est au moins le double de la pression de stockage des gaz sous pression dans la chambre de gaz. La 30 propagation de l'onde de pression est facilitée.

Selon une mise en oeuvre, le chargement de propergol est un chargement en vrac. Un tel chargement de propergol en vrac est économique. Selon une mise en oeuvre, le chargement en vrac est constitué de 5 pastilles. Selon une mise en oeuvre, les pastilles de propergol présentent un diamètre supérieur ou égal à 1.5 millimètres et inférieur ou égal à 5 millimètres. Un second aspect de l'invention est un module de sécurité automobile 10 comprenant au moins un générateur de gaz selon le premier aspect de l'invention. Un troisième aspect de l'invention est un véhicule automobile comprenant au moins un module de sécurité automobile selon le deuxième aspect de l'invention. 15 Un dernier aspect de l'invention est un procédé de gonflage d'un coussin de sécurité automobile par un générateur de gaz, le générateur de gaz comprenant : - une chambre de gaz sous pression stockés à une première température, et comprenant un orifice de décharge scellé par un opercule, 20 - un allumeur agencé pour générer une onde de pression dans la chambre de gaz, - un chargement de propergol agencé au moins dans une partie de la chambre de gaz sous pression, au moins en partie entre l'allumeur et l'orifice de décharge, le chargement de propergol étant agencé pour être allumé par 25 l'allumeur et générer des gaz de combustion à une deuxième température supérieure à la première température, le procédé comprenant les étapes consistant à : - allumer l'allumeur, - générer avec l'allumeur une onde de pression dans la chambre de gaz, 30 - traverser ladite au moins une partie du chargement de propergol avec -6 l'onde de pression - ouvrir l'opercule scellant l'orifice de décharge avec l'onde de pression, - allumer le chargement de propergol - laisser sortir de la chambre au moins une partie des gaz sous pression à la 5 première température seuls, - laisser ensuite sortir de la chambre le reste des gaz sous pression à la première température, simultanément avec les gaz de combustion à la deuxième température. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 10 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un générateur de gaz selon l'invention. 15 La figure 1 représente une vue en coupe d'un générateur de gaz qui comprend une chambre 10 de gaz sous pression fermée à une première extrémité par un sous ensemble comprenant un allumeur 20 et à une deuxième extrémité par un orifice de décharge 11 scellé par un opercule 12. Un chargement de propergol 30, constitué de pastilles, est agencé 20 dans la chambre 10, avec les gaz sous pression. Afin de garantir un positionnement correct du chargement de propergol 30 dans la chambre 10, celui-ci est agencé entre un corps perforé 40 poussé par un ressort élastique prenant appui sur le sous ensemble comprenant l'allumeur 20, et une grille 60 positionné à proximité de l'orifice de décharge 11. Le corps perforé 40 et 25 la grille 60 présentent chacun des orifices de taille inférieure à au moins une dimension des pastilles constituant le chargement de propergol 30 de sorte que les pastilles constituant le chargement de propergol 30 restent entre le corps perforé 40 et la grille 60 tant que le générateur de gaz n'a pas fonctionné.

La dimension de la chambre 10 peut par exemple être telle que son diamètre intérieur est inférieur ou égal à 19 millimètres et sa longueur comprise entre 100 et 250 millimètres, plus particulièrement entre 180 et 220 millimètres par exemple.

Les pastilles de propergol peuvent avoir une forme circulaire avec un diamètre allant de 1.5 millimètres à 5 millimètres, et une épaisseur allant de 1.3 à 3.5 millimètres par exemple. Pour mesurer le volume du chargement de propergol, on suit la méthode consistant à mesurer les dimensions des composants du chargement de propergol, et à effectuer le calcul de volume correspondant par exemple par tomographie. Si le chargement de propergol présente des formes complexes, on peut mesurer son volume par immersion dans un liquide avec mesure de volume du liquide avant/après immersion. En ce qui concerne le mélange gazeux, celui-ci est stocké à température ambiante (entre -40°C et +90°C selon les conditions météorologiques) dans la chambre 10 avec une pression au moins égale à 30MPa à 23°C. De bons résultats de fonctionnement sont obtenus avec une pression de stockage supérieure ou égale à 60MPa à 23°C. Plusieurs compositions peuvent être envisagées, par exemple un mélange de gaz inertes comprenant notamment de l'Argon (de 75% à 95% en masse), et de l'Hélium (de 5% à 25% en masse) est préféré, car il n'y aura pas de réactions chimiques de ce mélange gazeux pendant la combustion du chargement de propergol 30. Cependant, d'autres mélanges gazeux peuvent être stockés sous pression, y compris des gaz réactifs tels que de l'oxygène, de l'hydrogène ou des hydrocarbures.

L'orifice de décharge 11 est ménagé dans un diffuseur 50 qui est directement soudé sur la chambre 10. Ainsi, ce composant cumule deux fonctions (pilotage du débit de sortie des gaz par l'orifice de décharge 11 et diffusion des gaz par une multitude de trous), ce qui réduit les coûts du générateur de gaz.

Du côté de l'allumeur 20, celui-ci est maintenu par un sertissage 22 dans un support allumeur 21 soudé sur la chambre 10. Le support allumeur 21 comprend une paroi 21a étanche qui forme une barrière aux gaz sous pression contenus dans la chambre 10, et les sépare de l'allumeur 20. La paroi 21a du support allumeur est agencée pour s'ouvrir sous la contrainte de gaz issus de l'allumeur 20 à une pression de rupture supérieure au double de la pression de stockage de gaz sous pression. Cette pression de rupture peut être mesurée lors d'un test de mise en pression avec un liquide introduit à la place de l'allumeur. En cas de choc véhicule, l'allumeur 20 est mis à feu par un courant électrique par exemple. Il s'ensuit que la paroi 21a est soumise à la pression des gaz et particules chaudes créés par l'allumeur 20, jusqu'à provoquer sa rupture, à une pression de 150MPa par exemple. On peut mesurer cette pression de rupture lors d'un test hydraulique, en introduisant un liquide à la place de l'allumeur et appliquant une vitesse de montée en pression comprise entre 300MPa.s-1 et 600MPa.s-1. C'est-à-dire qu'une pièce dont la rupture se situe à 150MPa rompra environ 0.36 secondes après le début de la mise en pression. Cette rupture à haute pression provoque l'apparition d'une onde de pression dans les gaz sous pression de la chambre 10 et qui se déplace le long de la chambre 10 à une vitesse au moins égale à celle du son dans le mélange de gaz sous pression à la température ambiante. L'onde de pression se déplace donc le long de la chambre 10, à travers le chargement de propergol 30, vers l'orifice de décharge 11 et son opercule 12. Lorsque l'onde de pression a traversé la chambre 10 et le chargement de propergol 30, elle impacte l'opercule 12, et celui-ci se rompt pour laisser passer les gaz sous pression stockés à température ambiante, et ceux-ci peuvent s'échapper par le diffuseur 50 vers un coussin de sécurité, non représenté. Dés l'ouverture de la paroi 21a, des particules chaudes de l'allumeur 20 pénètrent dans la chambre 10 et rencontrent des pastilles du chargement de propergol 30, et les allument. La combustion de ces pastilles du chargement de propergol 30 génère des gaz chauds, à une température généralement supérieure à 1000°C. Le chargement de propergol 30 s'allume rapidement, mais les gaz chauds issus de la combustion ne se déplacent pas dans la chambre aussi vite que l'onde de pression, et ils n'arrivent à l'orifice de décharge 11 que lorsque celui-ci est déjà ouvert et a déjà laissé passé une partie des gaz sous pression stockés à la température ambiante. Ainsi, ce sont ces gaz sous pression à température ambiante (ou même refroidis lors de la détente dans le diffuseur 50) qui ont pénétré les premiers dans le coussin de sécurité et ont commencé à le déployer, ce qui limite les agressions thermiques sur le matériau du coussin. De plus, le chargement de propergol 30 est agencé entre l'allumeur 20 et l'orifice de décharge 11, ce qui simplifie la structure, car il n'y a pas besoin de laisser un canal central entre ces deux composants. L'onde de pression traverse le chargement de propergol avant d'ouvrir l'opercule 12, ce qui est permis par la combinaison des paramètres suivants : la pression de rupture de la paroi 21a, le volume de la chambre 10, et la pression de stockage des gaz sous pression. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims (3)

1. REVENDICATIONS1. Générateur de gaz comprenant : - une chambre (10) de gaz sous pression stockés à une première température, et comprenant un orifice de décharge (11) scellé par un 5 opercule (12), - un allumeur (20) agencé pour générer une onde de pression dans la chambre (10) de gaz sous pression, - un chargement de propergol (30) agencé au moins dans une partie de la chambre (10) de gaz sous pression, le chargement de propergol (30) étant 10 agencé pour être allumé par l'allumeur (20) et générer des gaz de combustion à une deuxième température supérieure à la première température, l'onde de pression étant prédéterminée pour ouvrir l'opercule (12) afin qu'au moins une partie des gaz sous pression à la première température sortent de 15 la chambre (10) avant les gaz de combustion générés par le chargement de propergol (30) à la deuxième température, caractérisé en ce qu'au moins une partie du chargement de propergol (30) est agencée entre l'allumeur (20) et l'orifice de décharge (11) et est traversée par l'onde de pression générée par l'allumeur (20) et allant ouvrir l'opercule 20 (12).
2. 2. Générateur de gaz selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la chambre (10) de gaz présente au moins une section intérieure agencée entre l'allumeur (20) et l'orifice de décharge (11), et en ce que ladite au moins une section intérieure est complètement occupée par 25 ladite au moins une partie du chargement de propergol (30).
3. 3. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chargement de propergol (30) est totalement agencé entre l'allumeur (20) et l'orifice de décharge (11).. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (10) présente une forme tubulaire et un volume interne, et en ce que le chargement de propergol (30) occupe au moins 70% du volume interne de la chambre (10). 5. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une grille (60) entre le chargement de propergol (30) et l'orifice de décharge (11), et en ce que la grille (60) est agencée pour retenir le chargement de propergol (30) avant d'être allumé par l'allumeur (20). 6. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (10) présente une forme tubulaire avec un diamètre interne inférieur ou égal à 19 millimètres. 7. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz sont stockés dans la chambre (10) de gaz à 15 une pression d'au moins 45MPa. 8. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé - en ce que l'allumeur (20) comprend au moins une matière pyrotechnique, - en ce que le générateur comprend une paroi (21a) agencée entre ladite au 20 moins une matière pyrotechnique et les gaz sous pression de la chambre (10) de gaz, en ce que la paroi (21a) est agencée pour se rompre à une pression de rupture prédéterminée créée par la dite au moins une matière pyrotechnique, et en ce que la pression de rupture prédéterminée est au moins le double de 25 la pression de stockage des gaz sous pression dans la chambre (10) de gaz. 9. Générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chargement de propergol (30) est un chargement en vrac. 10. Module de sécurité automobile comprenant au moins un 30 générateur de gaz selon l'une des revendications précédentes.-12- 11. Véhicule automobile comprenant au moins un module de sécurité automobile selon la revendication précédente. 12. Procédé de gonflage d'un coussin de sécurité automobile par un générateur de gaz, le générateur de gaz comprenant : - une chambre (10) de gaz sous pression stockés à une première température, et comprenant un orifice de décharge (11) scellé par un opercule (12), - un allumeur (20) agencé pour générer une onde de pression dans la chambre (10) de gaz, - un chargement de propergol (30) agencé au moins dans une partie de la chambre (10) de gaz sous pression, au moins en partie entre l'allumeur (20) et l'orifice de décharge (11), le chargement de propergol (30) étant agencé pour être allumé par l'allumeur (20) et générer des gaz de combustion à une deuxième température supérieure à la première température, le procédé comprenant les étapes consistant à : - allumer l'allumeur (20), - générer avec l'allumeur (20) une onde de pression dans la chambre (10) de gaz, - traverser ladite au moins une partie du chargement de propergol (30) avec 20 l'onde de pression - ouvrir l'opercule (12) scellant l'orifice de décharge (11) avec l'onde de pression, - allumer le chargement de propergol (30) - laisser sortir de la chambre (10) au moins une partie des gaz sous pression 25 à la première température seuls, - laisser ensuite sortir de la chambre (10) le reste des gaz sous pression à la première température, simultanément avec les gaz de combustion à la deuxième température. 30