KR100200431B1 - 자동차 에어백용 하이브리드 가스 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 자동차에서 충돌이나 추돌등 유사시 승객의 안전을 위하여 사용되는 에어백용 하이브리드 가스 발생기에 관한 것이다.

본 발명은 압축가스식과 화약식 가스 발생기의 장점을 고루 구비한 하이브리드 형태로 가스발생기를 제작하되, 특히 격핀이 파열판 1개만을 파열시키도록 단순화함으로써 작동의 신뢰성을 확보하고, 압력탱크내의 저장가스가 에어백의 백속으로 분출되기 전에 대부분의 연소가스가 압력탱크내에서 저장가스와 먼저 혼합되도록 함으로써 연소가스와 저장가스가 섞여 상온/중압의 최적 혼합가스로 배출 되도록 한 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 점화장치가 충격에 의하여 점화된 직후 가격된 격핀이 파열판을 파열시킴과 동시에 점화된 가스발생제에 의한 연소가스가 압력탱크의 압축가스와 혼합되도록 하되, 특히 에어백의 백과 연통되는 금속필터 및 배출구와 일시적으로 차단되게 한 상태에서 가스 발생제에 의한 연소가스가 압력탱크의 압축가스와 혼합되도록 함으로써 압력탱크의 압축가스의 온도와 압력이 최적의 상태로 상승하도록 한 다음 비로서 격핀의 통공과 공간을 경유하여 에어백의 백으로의 혼합가스 배출이 이루어 지도록 한 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기를 제안한다.

본 발명은 화약을 사용한 점화장치와 가스발생제, 그리고 압축가스를 혼합 사용하는 에어백용 하이브리드 가스 발생기로 사용된다.

Description

자동차 에어백용 하이브리드 가스 발생기

본 발명은 자동차 승객 보호 장구인 에어백의 백을 부풀리는데 사용되는 하이브리드(hybrid)방식 가스 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세히는 압력탱크에 저장된 고압의 압축가스와 장약 연소실에서 연소되어 생성된 고온, 고압의 연소가스가 극히 짧은 시간동안 혼합된후 에어백의 백속으로 분출되어 백을 부풀리도록 하는 하이브리드 방식 가스 발생기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 에어백은 충돌사고의 발생시 승객의 안면과 흉부를 충격으로 부터 보호할수 있는 가장 발전된 안전장구이다.

이러한 에어백용 가스발생기는 대별하여 3가지 종류의 것이 제안되었다.

첫째로 압축가스식 가스발생기는 고압의 질소압축가스를 저장한 가스탱크에서 가스를 에어백의 백속으로 유입시켜 부풀리는 구조의 것으로 이는 질소가스가 백속으로 유입될때 유속이 느려 지연 팽창됨으로써 보호기능이 제때에 발휘되지 못하게 될 우려가 있으며, 아울러 질소가스가 노즐을 통하여 백속으로 유입되는 과정에서 결빙되는 현상이 발생하고 대기온도변화에 의하여 질소가스의 물성이 변화하여 성능이 불안정하게 되는 문제점이 있으므로 현재는 사용이 중지되고 있는 것이다.

그러므로 팽창속도를 빠르게 하고 안정된 성능을 확보하기 위하여 근래에는 일정량의 화약을 내장시켜 이를 폭발시킴으로써 발생되는 연소가스가 에어백의 백속으로 주입되도록 한 화약식 가스발생기가 제안되었다.

이러한 화약식 가스발생기는 폭발에 가까운 연소를 일으키는 것이어서 반응시간이 빨라 지연팽창의 우려는 없으며, 연소가스의 압력도 충분히 높아 가스발생기가 필요로 하는 대부분의 필요조건을 충족시킬수 있는 것이기는 하나 이는 연소가스의 온도가 지나치게 높아 파열의 경우 인체에 화상을 입히게 되는 것이며, 압력 또한 과도하게 높다는 문제점이 있는 것이다.

또한 화약식 가스발생기는 가스발생제로서 화약을 사용하는 것이므로 비정상 작동시 예기치 않은 폭발로 인한 안전사고의 우려가 상존하는 문제점이 있는 것이다. 그러므로 최근에는 압축가스식 가스발생기와 화약식 가스발생기의 장점을 고루 활용할수 있는 하이브리드식 가스발생기가 활용되고 있으며, 이는 일정량의 압축가스를 저장한 압력탱크와 종전의 화약식 가스발생기에 비하여 1/4에 불과한 소량의 화약을 가진 장약 연소실로 구성되어 있는 것이고, 이는 화약이 연소되면서 생성된 연소가스와 저장중인 압축가스가 에어백의 백속으로 주입되기 전에 혼합되어 연소가스의 온도, 압력이 낮아지고, 압축가스의 온도,압력은 높아지도록 함으로써 최적의 온도, 압력으로 조화된 혼합가스가 에어백의 백을 부풀리도록 함으로써 백의 팽창속도가 빠르면서도 안전한 사용이 가능하도록 하였던 것이다.

그러므로 에어백속으로 주입되기 전에 화약에 의하여 생성된 연소가스와 압축가스가 완전히 혼합되어야 하고 주입경로에서 결빙이나 기타 요인에 의한 지체가 발생되지 않아야 하는 것이다.

이러한 하이브리드식 가스발생기의 예를 대한민국 공개번호93-7735(발명의 명칭:자동차의 탑승자를 부상으로 부터 보호하기 위한 부풀릴수 있는 충격완충에 사용되는 가스 발생기)에 의하여 찾아 볼수 있다.

이는 압력탱크에 압축가스 대신 액체연료가스를 저장하며 점화장치가 점화되면 이 점화장치 연소가스의 힘으로 피스톤이 밀려 압력탱크의 간막이벽을 파열시키며 이때 분출되는 액체 연료가스는 연소실에서 점화장치에서 나오는 연소가스에 의해 점화, 팽창되어 에어백의 백속으로 유입되는 구조로 된 것이며, 이는 액체연료가 연소되면서 발생되는 가스를 에어백의 백속으로 유입시키도록 한 것이다. 그러므로 이는 액체연료가스가 분출되는 대로 연소실에서 5msec의 극히 짧은 시간 동안 연소되는 것이어서 액체연료가스의 연소조절과 연소된 가스의 양 조절이 어렵게 되고,발생된 연소가스는 에어백의 백속으로 주입되기전에 충분히 냉각되지 못하여 백이 고온가스에 의하여 파손될 가능성이 있으며, 백에 인체가 접촉될시 화상을 입을 가능성 까지 있는 것이어서 실용화되지 못하고 있는 것이다.

또한 다른 형태의 하이브리드식 가스발생기의 예를 대한 민국 공개번호 93-702178호(발명의 명칭: 하이브리드 팽창기)에 의하여 살펴볼수 있다.

이는 압축가스를 가진 압력탱크와 소량의 화약을 가진 추진제 연소실 및 점화장치를 가진 전형적인 하이브리드식 가스발생기이며, 이는 점화장치가 점화되면 이 점화장치 연소가스의 힘으로 미끄럼 피스톤이 밀려 압력탱크의 제1파열 디스크를 파열시키며, 제1파열 디스크를 파열시킨 직후 미끄럼 피스톤이 슬리브 부재의 턱에 걸려 미끄럼을 멈추며, 이때 미끄럼 피스톤의 일부로서 머리부에 위치한 제2파열 디스크는 연소 추진제가 형성한 고온, 고압의 압력에 의하여 파열되어 추진제 연소실에 생성된 연소가스가 분출되는 저장가스와 섞여 에어백의 백으로 주입되도록 한 구조로 된 것이다.

그러나 화약의 특성상 연소는 충격적으로 일어나며 따라서 연소가스 압력이 제2파열 디스크 평면상에 충격적으로 작용되면서 미끄럼 피스톤이 움직여 제1파열디스크를 파열시키기 전에 제2파열 디스크가 먼저 파열될 가능성이 있는 것이다.

이경우 추진제 연소가스는 제2파열 디스크파편을 밀어내며 분출할 것이고, 제1파열디스크는 불완전 파열 또는 파열이 일어나지 않는 경우 까지 발생하는 문제점이 있는 것이다.

또한 정상적인 작동이 실시되는 경우에는 미끄럼 피스톤이 제1파열 디스크를 파열시키고 그 직후에 추진제 연소가스가 제2파열 디스크를 파열시킨후 추진제 연소가스가 저장가스로 채워진 압력탱크내로 밀려 들어가 저장가스와 혼합되어 에어백의 백속으로 주입되는 것이다.

이러한 가스발생기에서 추진제 연소가스와 압력탱크내의 저장가스의 혼합경로 및 혼합가능 시간대를 살펴보면 1차로 미끄럼 피스톤이 제1파열 디스크를 파열시켰을때 극히 짧은 시간 간격이지만 압력탱크내의 저장가스는 추진제 연소가스와 혼합되기 전에 저장 가스 온도 및 압력의 상승없이 자체 압력만으로 에어백의 백속으로 주입되기 시작하는 것이다.

이후 미끄럼 피스톤의 제2파열 디스크가 파열되면 비로서 추진제 연소가스가 이미 에어백으로 주입된 상태이며 압력탱크에 남아 있는 저장가스와 추진제 연소가스가 혼합된 혼합가스만이 2차로 정상적인 혼합가스로서 백속에 주입되는 상태가 된다. 그러므로 이경우 저장가스와 추진제 연소가스의 완전한 혼합은 불가능하며 최소의 충진으로 최대의 가스 발생효과를 낼수 없는 문제점이 있는 것이다.

상술한 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 압축가스식과 화약식 가스 발생기의 장점을 고루 구비한 하이브리드 형태로 가스발생기를 제작하되, 특히 격핀이 파열판 1개만을 파열시키도록 단순화함으로써 작동의 신뢰성을 확보하고, 압력탱크내의 저장가스가 에어백의 백속으로 분출되기 전에 대부분의 연소가스가 압력탱크내에서 저장가스와 먼저 혼합되도록 함으로써 연소가스와 저장가스가 섞여 상온/중압의 최적 혼합가스가 배출 되도록 한 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 가스 발생기의 전체적인 구조를 보인 종단면도.

도2는 본 발명에 의한 장약 연소실의 확대 단면도.

도3는 격핀의 작동상태를 단계별로 도시한 것이며,

(a)는 작동전의 상태를 보인 것이고,

(b)는 점화장치의 점화직후의 상태를 보인 것이며,

(c)는 파열판의 파열직후의 상태를 보인것이고,

(d)는 혼합가스가 배출되는 상태를 보인 것임.

도4는 격핀의 외관을 보인 일부 절개사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11:몸체 13:장약하우징

14:격핀 15:격핀집

16:파열판 17: 분리판

18:금속필터 19:압력탱크

20:뒷마개 21:점화장치

22:노즐 23:고정핀

31:스퀴브 하우징 41:통공

42:요부 43:에지

44:간격 45:장약연소실

46:요홈 51:배출구

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 점화장치가 충격에 의하여 점화된 직후 가격된 격핀이 파열판을 파열시킴과 동시에 점화된 가스발생제에 의한 연소가스가 압력탱크의 압축가스와 혼합되도록 하되, 특히 에어백의 백과 연통되는 금속필터 및 배출구와 일시적으로 차단되게 한 상태에서 가스 발생제에 의한 연소가스가 압력탱크의 압축가스와 혼합되도록 함으로써 압력탱크 압축가스의 온도와 압력이 최적의 상태로 상승하도록 한 다음 비로서 격핀의 통공과 공간을 경유하여 에어백의 백으로의 혼합가스 배출이 이루어 지도록 한 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기를 제안한다.

상술한 구성에 의하여 본 발명은 압축가스가 에어백의 백으로 배출되는 과정에서

있을수 있는 결빙이 방지되어 유속이 저하됨에 따른 지연팽창의 우려가 없게 되고, 압축가스가 반드시 연소된 가스발생제와 혼합되어 혼합가스로 된 다음 배출되는 것이어서 상온/중압의 혼합가스가 베출되어 가스발생효과가 우수한 에어백용 하이브리드 가스 발생기를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1에 본 발명에 의한 에어백용 하이브리드 가스 발생기의 전체적인 구성을 도시하였으며, 이의 상세 구조를 도2로 도시하였다.

이에서 볼수 있는 바와 같이 본 발명은 상부가 분리판(17) 및 파열판(16)에 의하여 폐쇄되고, 하방이 노즐(22)과 뒷마개(20)에 의하여 폐쇄된 압축가스가 저장된 압력탱크(19)와, 상방이 점화장치(21) 및 스퀴브 하우징(31)으로 폐쇄되며 장약연소실(45)을 구비하여서 된 장약하우징(13)과, 장약하우징(13)의 하방 중앙에 고정된 격핀집(15)과, 격핀집(15)의 상방에 고정핀(23)으로 고정되며, 요부(42) 및 요홈(46)이 형성되고, 하단에 에지(43)가 구비된 격핀(14)과, 격핀(14)의 하방과 상기 파열판(16)의 사이에 간격(44)이 형성되도록 하며, 이들 장약하우징(13)과 압력탱크(19)가 구비된 몸체(11)의 상방 둘레에 금속필터(18)와 에어백의 백과 연통되는 배출구(51)를 구비하여서 된 것이다.

미설명부호 24는 가스발생제(12)의 움직임을 방지하기 위하여 일정하중을 부여하기 위한 패드이다.

이와 같이 된 본 발명은 충돌사고시 센서(도면에는 불표시함.)에 의한 전기적 신호가 점화장치(21)에 인가된다. 이에 따라 점화장치(21)가 점화되어 열과 압력을 갖는 연소가스를 발생시킨다. 이러한 열과 압력은 장약 연소실(45) 내에 있는 가스발생제(12)를 연소시킴과 동시에 격핀집(15) 내부에 있는 격핀(14)을 파열판(16) 측으로 이동시키게 되는 것이다.

아울러 장약연소실(45) 내부의 점화된 가스 발생제(12)는 열과 압력을 발생시키며 점화장치(21)가 촉발시킨 격핀(14)의 운동을 더욱 가속시키는 역할을 하게 되는 것이다.

그러므로 격핀집(15) 내부에 설치된 격핀(14)이 도3의 (가)로 보인 바와 같은 상태에서 고정핀(23)을 끊고 파열판(16) 측으로 이동되어 도3의 (나)로 보인 바와 같은 상태로 될수 있는 것이며, 따라서 점화장치(21)와 가스발생제(12)의 연소에 의한 팽창압력을 받는 격핀(14)은 격핀집(15)에서 파열판(16)측으로 이동하여 그 에지(43)가 파열판(16)에 닿아 파열판(16)을 관통하게 되는 것이다.

그 결과 압력탱크(19)와 장약연소실(45)이 격핀(14)의 통공(41)과 요부(42)에 의하여 연통될수 있는 것이며, 이때 압력이 높은 고온의 장약연소실(45)의 가스가 압력탱크(19) 내부로 유입되면서 압축가스와 혼합되어 온도와 압력이 높은 혼합가스를 만들게 되는 것이며, 이러한 상태를 도3의 (c)로 보였다. 이에 따라 압력탱크(19) 내부의 압축가스는 온도와 압력이 상승한 상태로 되는 것이며, 이어서 격핀(14)이 도3의 (d)로 보인 바와 같이 파열판(16)을 관통시키고 격핀집(15) 하단에 걸려 동작을 멈추면 압력탱크(19)내에 혼합된 가스는 격핀(14)의 통공(41)을 거쳐서 몸체(11)와 장약 하우징(13) 사이에 형성된 공간을 경유하여 금속필터(18)를 거치게 되는 것이며, 아울러 이러한 과정에서 장약연소실(45)내부의 잔류가스가 격핀(14)의 요홈(46)을 거쳐 계속 배출되어 압력탱크(19)내에서 배출되는 혼합가스와 함께 배출될 수 있는 것이다.

이때 금속필터(18)는 배출 가스중에 포함된 잔재물을 걸러 주는 역할과 혼합가스를 고르게 혼합시켜주는 역할을 하며, 이어서 배출구(51)로 배출되어 백을 부풀리게 됨으로써 승객을 충격으로 부터 보호할수 있게 되는 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 압력탱크(19)내의 압축가스가 배출되기 전에 장약연소실(45)에서 연소된 가스발생제(12)가 격핀(14)의 요홈(46)과 요부(42) 및 통공(41)을 통과하여 압력탱크(19)로 유입됨으로써, 압력탱크(19)내의 압축가스의 온도와 압력이 상승되는 것이다.

그러므로 격핀(14)의 운동이 멈춘후에도 계속 제공되는 공간에 의하여 장약연소실(45)의 잔류가스가 압력탱크(19)에서 배출되는 혼합가스와 섞이면서 온도와 압력이 최적의 상태로 상승된후 금속필터(18)를 경유하여 배출구(51)로 배출되는 것이므로 일련의 과정에서 결빙되어 에어백의 백을 부풀리는데 소요되는 시간이 지연됨을 방지할수 있게 되는 것이어서 작동의 신뢰도를 향상시킬수 있으며, 연소된 가스발생제(12)의 연소가스와 압력탱크(19)의 압축가스가 완전하게 효율적으로 혼합 될 수 있는 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 압축가스가 가스발생제(12)의 연소가스와 완전 혼합된 상태에서 배출되는 것이므로 원활한 배출이 가능하게 되어 에어백의 신속한 팽창이 가능하게 되며, 상온,중압의 가스가 백으로 공급되는 것이므로 사용이 안전하게 되는 것이고, 가스 발생효과가 최대로 될 수 있게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 상부가 분리판(17) 및 파열판(16)에 의하여 폐쇄되고, 하방이 노즐(22)과 뒷마개(20)에 의하여 폐쇄된 압축가스가 저장된 압력탱크(19)와, 상방이 점화장치(21) 및 스퀴브 하우징(31)으로 폐쇄되며 장약연소실(45)을 구비하여서 된 장약하우징(13)과, 장약하우징(13)의 하방 중앙에 고정된 격핀집(15)과, 격핀집(15)의 상방에 고정핀(23)으로 고정되고 하단에 에지(43)가 구비된 격핀(14)과, 이들 장약하우징(13)과 압력탱크(19)가 구비된 몸체(11)의 상방 둘레에 금속필터(18)와 에어백의 백과 연통되는 배출구(51)를 구비하여서 된 것에 있어서, 상기 격핀(14)의 중부에는 요부(42)가 형성되고, 하단에 경사상의 통공(41)을 형성하며, 격핀(14)의 하방과 상기 파열판(16)의 사이에 간격(44)이 형성되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기.
2. 제1항에 있어서, 점화장치(21)는 전기적 신호를 출력시키는 센서에 의하여 기폭됨을 특징으로 하는 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기.
3. 제1항에 있어서, 격핀(14)의 하단에 통공(41)을 형성하고 요부(42) 및 요홈(46)과 연통되도록 함을 특징으로 하는 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기.
4. 제1항에 있어서, 배출구(51)의 내측에 금속필터(18)를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 자동차 에어백용 하이브리드 가스발생기.

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