INFLADOR DE BOLSA DE AIRE PIROTÉCNICO DE DOBLE ETAPA La presente invención se relaciona con un inflador para proporcionar rápidamente gas de inflado para llenar un cojín de restricción de vehículo, que se conoce en el ramo como una bolsa de aire. Más particularmente, la presente invención se relaci ona con un inflador de doble etapa mejorado que puede proporcionar regímenes variables de inflado a la bolsa de aire de conformidad con la severidad del choque, tamaño del ocupante y/o posición del ocupante. Un inflador se utiliza en un vehículo de motor para inflar rápidamente un cojín inflable durante un choque. Un inflador pirotécnico genera gas de inflado quemando un generador de gas. El generador de gas contiene una mezcla de combustible y oxidante, y durante el encendido produce productos de combustión gaseosos. El inflador pirotécnico puede tener una o más cámaras que contienen generador de gas. Un inflado pirotécnico que tiene generador de gas en dos cámaras, que se encienden independientemente por dos encendedores se denomina en la presente como un inflador de etapa doble. Un inflador de etapa doble tiene varios escenarios de encendido contemplados. Primero la cámara primaria se enciende mediante lo cual se produce una cantidad fija de qas de inflado. Segundo, la cámara primaria se enciende y después de un retraso predeterminado se enciende la cámara
secundaria. Tercero, la cámara primaria y la cámara secundaria se encienden simultáneamente. ül perfil de salida de gas, que es un trazo de presión de gas en la bolsa de aire como una función de tiempo varia en todos los escenarios de encendido. Un inflador de doble etapa tiene la flexibilidad de hacer especialmente la salida de gas para proporcionar protección máxima a diferentes tamaños y posiciones de ocupante de vehículo. Muchas variantes del inflador de etapa doble se han desarrollado. Una variante incluye un inflador en forma de bote que tiene una placa divisoria que se extiende a través de la longitud del inflador dividiendo el inflador en dos etapas o cámaras de combustión. E.U.A. 6,199,906 describe un inflador en forma de bote que tiene primera y segunda cámaras de combustión de gas dispuestas con una cámara de combustión apilada sobre la otra cámara de combustión. La figura 1 es una vista en sección transversal del inflador de la presente invención. La Figura 2 es una vista detallada del inflador mostrado en la Figura 1. La Figura 3 es una vista en perspectiva de la placa divisoria dei inflador. La Figura 4A es una vista amplificada de la placa divisoria descansando contra el alojamiento inferior. Por claridad, el segundo filtro no se presenta en esta figura.
La Figura 4B muestra la trayectoria de flujo del gas de inflado de la cámara secundaria alrededor de la placa divisoria. Por claridad, el segundo filtro no se presenta en esta figura. En las Figuras 1 y 2, el inflador 10 construido de conformidad con la presente invención proporciona gas de inflado para llenar una bolsa de aire doblada (no mostrada) . Kl inflador 10 tiene un alojamiento 54 inferior fijado de manera segura a un alojamiento' 57 superior a través de una soldadura a tope o cualquier otro medio apropiado.- Como se utilizan en la presente y en las reivindicaciones, los términos "superior", "inferior", "hacia arriba", y "hacia abajo" se entiende que se refieren a las ubicaciones relativas de los componentes del inflador 10 cuando el inflador se ensambla como se ve en la Figura 1. Como resultado del proceso de soldadura, se forman rizos 64 de soldadura en la junta entre el alojamiento 57 superior y alo amiento 5 inferior que se extienden en las direcciones hacia adentro y hacia afuera. Los alojamientos están hechos de un materia] metálico tal como acero, acero al bajo carbo o, y lo semejante. El alo amiento 57 superior tiene una configuración de forma de copa con una pluralidad de portillos 63 de salida dispuestos alrededor de la circunferencia del m smo. ios portillos 63 de salida proporcionan un pasaje para que el gas de inflado saiga del
inflador 10 producido de la combustión de generador 20 de gas de ambas, la cámara 22 primaria y la cámara 33 secundaria. El alo amiento 54 interior tiene un primer agujero 55 para recibir ei primer retén 14 de encendedor y un segundo agujero 56 para recibir el segundo retén 31 de encendedor. El primer agujero 55 tiene una forma generalmente circular y asimismo, el segundo agujero 56 tiene una forma generalmente circular. El primer agujero 55 y el segundo agujero 56 están ambos espaciados del eje central del inflador 10. Como se utiliza en la presente, ol oje central cruza a través de ambos el alojamiento 57 superior y el alojamiento 54 inferior. Fijada al alojamiento 54 inferior del inflador se encuentra una pestaña 50, que se utiliza para asegurar el inflador a la bolsa de aire (no mostrada) . Un primer encendedor 11 es retenido en el primer retén 14 de encendedor y un segundo encendedor 13 es retenido en el segundo retén. El primer encendedor 11 y el segundo encendedor 13 tienen los mismos componentes físicos y operan de la misma manera, sin embargo, el primer encendedor 11 difiere del segundo encendedor 13 en la carga de material de encendido. El primer encendedor 11 enciende al generador 20 de gas en la cámara 22 primaria, mientras que ei segundo encendedor 13 enciende el generador 20 de gas en la cámara 33 secundaria. Ei inflador 10 mostrado en la Figura 1 tiene una primera cámara de combustión que es mayor en volumen que la
segunda cámara de combustión, y por Jo tanto, la carga de .materia"! de encendido para el primer encendedor 11 es mayor que para el segundo encendedor 13. El encendedor está en comunicación eléctrica con una unidad de control electrónica (no mostrada) en el vehículo. El encendedor tiene dos electrodos 12 aislados uno del otro. Los electrodos 12 tienen un alambre de puente que conecta los dos electrodos 12, y el alambre de puente está incrustado en múltiples capas de material de encendido tal como perclorato de potasio de zirconio. El alambre de puente tiene resistencia y a medida que la corriente fluye a través del alambre de puente, el alambre de puente genera suficiente calor para encender el material de encendido. La unidad de control electrónica recibe señales eléctricas de uno o más sensores de choque y sensores de ocupante de vehículo. Una vez que la unidad de control electrónica determina que un choque es inminente o est ocurriendo, la unidad de control electrónica transmite una señal de encendido al encendedor, resultando en el encendido del encendedor o encendido oei material de encendido en el mismo. Se entiende que cualquier encendedor apropiado se puede utilizar en eí inflador 10 de conformidad con la presente invención, incluyendo un encendedor que emplea un puente semiconductor o cualquier otra fuente de calentamiento apropiada en lugar del alambre de puente.
El primer encendedor 11 está retenido en el primer retén 14 de encendedor. En la figura 1, un disco 23 está estampaco al primer retén 14 de encendedor. El disco 23 tiene una pluralidad de agujeros 14 a través del mismo. Granulos 15 de mej orador están cargados en el espacio formado por el disco 23, el primer retén 14 de encendedor, y el primer encendedor 11. Alternativamente, un granulo de mej orador anular se puede utilizar. Los gránulos Ib de mej orador se queman rápidamente para proporcionar gases de combustión calientes que encienden al generador 20 de gas. Los gases de combustión producidos del quemado de los gránulos 15 de me orador recorren a través de los agujeros 24 hacia la cámara 22 primaria. El primer retén 14 de encendedor se asegura al alojamiento 54 inferior mediante soldadura u otro medio apropiado, y se emplea una arandela 25 de silicona para crear un sello de gas efectivo para el primer encendedor 11. El generador 20 de gas está colocado en la cámara 2? primaria. El generador 20 de gas es un material pirotécnico que se quema rápidamente para producir gas de inflado útil para inflar una bolsa de aire. El gas de inflado producido del quemado del generador 20 de gas en la cámara 22 primaria recorre a través del primer filtre» 21 y sale del inflador 10 a través de los portillos 63 de salida. El primer filtro 21 sirve como un sumidero de calor para
enfriar el gas de inflado caliente. El primer filtro 21 también atrapa partículas sólidas o escoria que se produce del quemado del generador 20 de gas para impedir que las partículas sólidas entren al cojín de bolsa de aire. El primer filtro 21 está hecho de alambre de metal tejido comprimido o cualquier otro material apropiado. El primer filtro 21 está separado de los portillos 63 de salida para crear un espacio de aire o cámara impelente entre la superficie externa del primer filtro 21 y los portillos 63 de salida del alojamiento 57 superior. La cámara impelente impide que el primer filtro 21 tapone posiblemente los portillos 63 de salida, lo que puede suceder si el primer filtro 21 está en proximidad estrecha o en contacto íntimo con el alojamiento 57 superior. La cámara impelente iacilita la distribución de gas de inflado a través del primer i'illro
21. Sin la cámara impelente, el gas de inflado podría moverse en la región del iilfro en la proximidad más estrecha a los primeros portillos 63 de salida. Los portillos 63 de salida están cubiertos por una hoja 61 de metal delgada de explosión que es un material metálico delgado asegurado por un adhesivo sobre los primeros portillos 63 de salida. El segundo retén 31 de encendedor retiene al segundo encendedor 13. El segundo encendedor 13 está retenido en el segundo retén 31 de encendedor a través de estampado o cualquier otro medio de fijación apropiado. El
segundo retén 31 de encendedor está fijado al alojamiento 54 inierior a través de soldadura tal como soldadura láser, y una arandela 25 de silicora se emplea para crear un sello de gas efectivo para el segundo encendedor 13. Un tubo 34 me orador se fija ai segundo retén 31 de encendedor. El tubo
34 meiorador tiene una pluralidad de agujeros 35 dispuestos alrededor de la circunferencia del mismo para proporcionar una trayectoria para que el gas fluya del segundo encendedor 13 a la cámara 33 secundaria. Contenida dentro del tubo 34 me j orador se encuentra una estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mej orador de encendido, que es un material pirotécnico que se quema rápidamente, que recibe parcialmente al segundo encendedor 13. La estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material míej orador de encendido se asegura en su lugar a través de un ajuste a presión alrededor de la copa de metal del segundo encendedor 13. El segundo encendedor 13 se rompe y enciende la estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido, que a su vez enciende al generador 20 de gas en la cámara 33 secundaria . La placa 40 divisoria separa la cámara 22 primaria de la cámara 33 secundaria. La placa 40 divisoria se extiende a través del diámetro del alojamiento 54 inferior. En la Figura 3, la placa 40 divisoria tiene un primer
agujero 42 a través de la misma para recibir al primer retén 14 de encendedor, y la placa 40 divisoria Llene un segundo aqujero 44 a través de la misma para recibir el tubo 34 de roej orador, que se fija al segundo retén 31 de encendedor. La placa 40 divisoria tiene una primera extensión 41 anular que define un primer agujero 42, y Ja primera extensión 41 anularse extiende en la dirección hacia la cámara 22 primaria. La placa 40 divisoria tiene una segunda extensión 43 anular que define el segundo agujero 44, y la segunda extensión 43 anular se extiende en la dirección de la cámara 22 primaria.
La extensión anular aumenta el área de contacto entre el primer retén 14 de encendedor y la placa 40 divisoria, así como también aumenta el área de contacto entre el tubo 34 mej orador y la placa 40 divisoria. Esta área de contacto aumentada disminuye la probabilidad de fuga de gas de inflado de una cáma a a la otra cámara, lo que ocasionaría un encendido por solidaridad. El encendido por solidaridad ocurre cuando el gas de inflado de una cámara enciende el generador 20 de gas en la otra cámara. En la Figura 3, la placa 40 divisoria tiene una pared 50 periférica que se abocina hacia afuera. La pared 50 periférica tiene tres superficies externas: una primera porción 51 abocinada, una porción 53 de contorno, y una segunda porción 52 abocinada. La primera porción 51 abocinada es la porción de la pared 50 periférica que se
extiende más allá de la placa 40 divisoria. La porción 53 de contorno se extiende más allá de la primera porción 51 abocinada, y finalmente la segunda superficie 52 abocinada se extiende más allá de la porción 53 de contorno. La placa 40 divisoria tiene una pluralidad de ranuras 45 talladas fuera de la pared 50 periférica. Las ranuras 435 están uniformemente espaciadas y dispuestas en una dirección radial. La anchura de las ranuras 45 es aproximadamente 1 rara. Las ranuras 45 están colocadas en la primera porción 51 abocinada, la porción 53 de contorno, y la segunda superficie 52 abocinada. En la presente invención, las ranuras 4b no se encuentran en el borde 46 inferior de la pared 50 periférica. Las ranuras 45 pueden no estar presentes en la segunda porción 52 abocinada en absoluto, pero como mínimo, las ranuras 45 no se extienden ai borde 46 inferior de la pared 50 periférica. Esta particularidad permite que la cámara 22 primaria se selle de la cámara 33 secundaria, lo que se discutirá más adelante. La segunda superficie 52 abocinada tiene una superficie complementaria a la superficie interna del alojamiento 54 inferior como se muestra en la Figura 1 y figura 4A. Antes de que se active el inflador 10, la segunda superficie 52 abocinada de la pared 50 periférica descansa sobre la superficie interna del alojamiento 54 inferior; sin embargo, la pared 50 periférica de la placa 40 divisoria no
está fijada de manera segura al alojamiento 54 inferior. No solamente la pared 50 periférica no está fijada de manera segura ai alojamiento 54 inferior, la placa 40 divisoria completa no está fijada de manera segura a ninguna porción del inflador 10 permitiendo que la placa 40 divisoria se desplace durante el encendido del inflador 10. til inflador 10 en la presente invención tiene dos trenes de encendido discretos. Un primer encendedor 11 inicia ai primer tren de encendido mientras que el segundo encendedor enciende el segundo tren de encendido. SI primer encendedor 11 y el segundo encendedor 13 tienen cada uno un material de encendido tal como percloratc de potasio de zirconio. El material de encendido del primer encendedor 11 enciende los granulos 15 me oradores que rodean al primer encendedor 11. El material de encendido del segundo encendedor 13 enciende la estructura 32 de configurac ón anular o cilindrica hecha de un material me orador de encendido. Los gránulos 15 raej oradores y la estructura 32 de configurac ón anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido comprenden un material pirotécnico que se quema rápidamente hecho de un material pirotécnico que tiene un combustible y un oxidante. El combustible se puede seleccionar a partir de uno o más de los siguientes: óxidos, nitratos, nitrato de amonio, cloratos y lo semejante. Los gránulos 15 mejoradores y 1 a estructura 32 de configuración
anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido pueden tener la misma formulación química. Los gránalos ' 5 de mejorador encienden ai generador 20 de gas en la cámara 22 primaria y la estructura 32 de confi uración anula»- o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido, enciende al generador 20 de gas en la cámara 33 secundaria. El generador 20 de gas es un material pirotécnico que tiene un combustible y un oxidante. El combustible se puede seleccionar de uno o más de ios siguientes: triazol, tetrazol, aminotet azol , nitroguanidina , nitrato de guanidina, y lo semejante. El oxidante se puede seleccionar de uno o más de los siguientes: óxidos, nitratos, nitrato de amonio, cloratos, y lo semejante. Los gránulos 15 de mejorador, la estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido, y ei generador 20 de gas se pueden hacer del mismo combustible y oxidante. Los gránulos 15 de mejoiador y la estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido de manera típica se queman a una temperatura superior que el quemado del generador 20 de gas. El propósito de los gránulos 15 de mejorador es encender rápidamente al generador 20 de gas en la cámara 22 primaria, y el propósito de la estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido es encender rápidamente el
generador 20 de gas en la cámara 33 secundaria. Al principio de un choque, la unidad de control electrónico (no mostrada) transmite una señal de encendido al inflador. Existen diversos escenarios de encendido diferentes contemplados en la presente invención: salida de una sola etapa, salida retrasa, y salida completa. La salida de una sola etapa ocurre cuando solamente el primer encendedor 11 recibe una señal de encendido, que resulta en que se libera el gas de inflado de la cámara 22 primaria. La salida retrasada es la situación en donde el primer encendedor 11 se acciona, y después de una cantidad de tiempo predeterminada, el segundo encendedor 13 se enciente. La salida completa existe cuando el primer encendedor 11 y el segundo encendedor 13 se encienden simultáneamente. Ai recibo de una señal eléctrica, el primer encendedor 11 se acciona, mediante lo cual se enciende el material de encendido, que a su vez enciende ios gránulos 15 de mejorador. Los gases de combustión calientes del quemado de los gránulos 15 de mejorador fluyen rápidamente a través de ios agujeros 24 en el disco 23 hacia la cámara 22 primaria. Consecuentemente, el generador 20 de gas en la cámara 22 primaria se enciende, mediante lo cual el gas de inflado se mueve a través del primer filtro 21 y fuera del inflador 10 a través de los portillos 63 de salida. ?? la Figura 4A, el gas de inflado de la cámara 22 primaria no
fluye hacia la cámara 33 secundaria debido a que la presión asociada con el quemado dei generador 20 de gas en la cámara 22 primaria aplica presión en la placa 40 divisoria en una dirección hacia la cámara 33 secundaria. El quemado del generador 20 de gas en la cámara 22 primaria aplica presión en la placa 40 divisoria en una dirección hacia abajo. Esta presión mantiene contacto de superficie a superficie entre la segunda superficie 52 abocinada de la placa 40 divisoria con la superficie interna del alojamiento 54 inferior. Puesto que las ranuras 4b no se extienden al borde 46 inferior de la pared 50 periférica, no hay trayectoria alrededor de la pared 50 periférica de la placa 40 divisoria para que el gas de inflado se mueva de la cámara 22 primaria a la cámara 33 secundaria. La presión asociada con el quemado del generador 20 de gas resulta en un aoombamiento del alojamiento 57 superior en una dirección hacia arriba (no mostrado) . El inflador 10 en la presente invención incluye un sello 62 de filtro para impedir que el gas de inflado se mueva alrededor del primer filtro 21 cuando se acomba el alojamiento 57 superior. El sello 62 de filtro es de torma de copa y está ajustado a presión hacia el primer filtro 21. El sello 62 de filtro es una barrera que impide que el gas de inflado rodee el primer filtro 21 a medida que el gas de inflado sale de la cántara 22 primaria. Durante el recibo de una señal eléctrica, ei
segundo encendedor 13 se acciona, lo que a su vez enciende la estructura 32 de conl iguración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido. Los gases de combustión calientes del quemado de ia estructura 32 de configuración anular o cilindrica hecha de un material mejorador de encendido ocasionan el encendido del generador 20 de gas en la cámara 33 secundaria. Los gases de inflado calientes pasan a través del segundo filtro 36. El segundo filtro 36 y el primer filtro 21 están coaxiales. La presión hecha elevada ocasiona que la placa 40 divisoria se desplace hacia la cámara 22 primaria si la presión interna de la cámara 33 secundaria es mayor que la presión interna de ia cámara 22 primaria. Cuando la presión interna de las cámara 33 secundaria es mayor que la cámara 22 primaria, la placa 40 div soria se mueve en una dirección hacia arriba. La placa 40 divisoria se desplaza hacia arriba hasta que es bloqueada por ios rizos 64 de soldadura. Los rizos 64 de soldadura impiden que la placa 40 divisoria continúe moviéndose hacia la cámara 22 primaria, y los rizos 64 de soldadura hacen contacto con la primera porción 51 abocinada y/o porción 53 contorno de ia pared 50 periférica. Para asegurar que los rizos 64 de soldadura no impidan el flujo del gas de inflado de la cámara 33 secundaria, las ranuras 45 se tallan hacia la pared 50 periférica de ia placa 40 divisoria. Aún cuando los rizos 64 oe soldadura estén en interfaz con la pared 30
periférica, el gas de inflado de la cámara 33 secundaria Huirá alrededor de los rizos 64 de soldadura a ravés de las ranuras 45 como se muestra por las flechas en ia Fiqura 4B. El gas de inflado continuará fluyendo fuera del inflador a través de los portillos 63 de salida. A fin de que el gas de inflado del quemado del generador de gas en la cámara secundaria salga del inflador, el gas de inflado debe moverse alrededor del exterior de la placa divisoria para alcanzar los portillos de salida dispuestos a lo largo del alojamiento superior . Las presiones internas de las cámaras dictarán el movimiento de la placa 40 divisoria. En todos los tres escenarios de encendido contemplados, la placa 40 divisoria inicialmente se presionará contra la superficie interna del alojamiento 54 inferior, sellando' de esta manera la cámara 22 primaria de la cámara 33 secundaria. En el escenario de salida de una sola etapa, la placa 40 divisoria mantendrá contacto contra el alo amiento 54 inferior durante el quemado completo del generador 20 de gas en la cámara 22 primaria. En la salida retrasa, la placa 40 divisoria se presionará contra e! alojamiento 54 inferior durante el quemado del generador 20 de gas en ia cámara 22 primaria. Una vez que el generador 20 de gas en la cá ara 33 secundaria se enciende, ia placa 40 divisoria se mantendrá contra el aiojandenlo 54 inferior hasta que la presión interna de ia cámara 33
secundaria es mayor que la cámara 22 primaria. En este momento, la placa 40 divisoria se moverá hacia la cámara 22 primaria permitiendo que el gas de inflado de la cámara 33 secundaria salga dei inflador 10. En el escenario de salida completa, el generador 20 de gas en ambas cámaras se quema al mismo tiempo. La placa 40 divisoria mantiene contacto con el alojamiento 54 inferior hasta que la presión interna de la cámara 33 secundaria es mayor que la cámara 22 primaria. Si el inflador se expone a un fuego u otra fuente de calor extremo, el inflador está diseñado para auLoencenderse y funcionar de una manera normal. Un elemento de autoencendido (no mostrado) se puede colocar en conLacLo térmico intimo con el alojamiento 54 inferior y otro elemento de autoencendido se puede colocar en contacto térmico único con el alojamiento 57 superior. En caso de exposición a temperatura elevada, los elementos de autoencendido encienden el generador 20 de gas en la primera y segunda cámaras de coitdbustión. Si un elemento de autoencendido no estuviera presente en el inflador, el generador 20 de gas se puede tundir lo que alteraría las propiedades de balística del generador 20 de gas.