Brevet FR2737493A1 — publié le 19970207

La présente invention se rapporte au domaine de la protection, en cas de collision, des occupants d'un véhicule automobile au moyen d'un coussin de protection gonflé par des gaz provenant d'un générateur pyrotechnique de gaz. Plus précisément l'invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz chauds, utile notamment pour gonfler un coussin latéral de protection des occupants d'un véhicule automobile. Depuis plus d'une vingtaine d'années il a été proposé de protéger, en cas de chocs frontaux, les occupants, conducteur et passagers, d'un véhicule automobile au moyen de coussins gonflables disposés devant eux. Différents types de générateur pyrotechniques ont été proposés à cette fin. Il a été proposé par exemple par les brevets français 2 116 948 et 2 116 949 qui correspondent aux brevets américains US-A-3,882,673 et US-A-3, 813,007 des générateurs pyrotechniques de gaz dont les gaz proviennent pour une partie de la combustion d'un chargement pyrotechnique de gaz et pour une autre partie de la vaporisation d'un liquide contenu dans une enceinte placée à proximité du dit chargement pyrotechnique. De tels générateurs ont une structure relativement complexe qui leur confère un prix de revient élevé. L'homme de métier s'est alors tourné vers des générateurs dont l'intégralité des gaz provenait de la combustion d'un chargement solide. C'est ainsi que le brevet américain US-A-5,160,163 propose un générateur pyrotechnique de gaz, de forme générale circulaire, plus spécialement conçu pour la protection du conducteur d'un véhicule automobile et que le brevet européen EP-B-0 404 572 propose un générateur pyrotechnique de gaz, de forme générale cylindrique allongée, plus spécialement conçu pour la protection du passager avant d'un véhicule automobile. Plus récemment l'homme de métier s'est également intéressé au problème de la protection par coussin gonflable des occupants d'un véhicule automobile en cas de chocs latéraux et non plus frontaux. Ce problème et sa solution au moyen de coussins latéraux disposés dans le dossier des sièges du véhicule est évoqué, par exemple, dans le brevet américain US-A-5,112,079. Depuis il s'est malheureusement avéré que les générateurs pyrotechniques traditionnels pour coussins frontaux ne conviennent absolument pas pour assurer un gonflage correct et fiable des coussins latéraux de protection. En effet si, pour être fiable, un coussin de protection frontal doit pouvoir être gonflé dans un laps de temps voisin de 50 millisecondes après la détection de l'impact et nécessite donc un chargement pyrotechnique qui brûle complètement dans ce laps de temps; un coussin latéral de protection doit pouvoir être gonflé dans un laps de temps voisin de 10 millisecondes après la détection de l'impact. Or l'homme de métier ne dispose pas, avec les solutions connues jusqu'à présent, d'un générateur et d'un chargement pyrotechnique qui garantissent une combustion complète dans un laps de temps de 10 millisecondes. Les générateurs avec réservoir de liquide ou les générateurs dans lesquels le chargement est sous forme de bloc plein, ont intrinsèquement des temps de réponse trop longs. Les générateurs dont le chargement est constitué par un fagot de brins creux de poudre génératrice de gaz ne permettent pas de garantir, dans les conditions de pression et de température requises pour une combustion aussi rapide, la tenue mécanique du fagot et donc la fiabilité de la réponse du générateur. Enfin les générateurs dans lesquels la composition pyrotechnique est sous forme de grains de poudre ou de pastilles, comme décrit par exemple dans le brevet EP-B- 0 404 572 sus-mentionné, ne permettent pas de maîtriser la loi de combustion et, avec ce type de solutions, l'homme de métier n'est pas à l'abri de risques d'explosion du générateur. L'homme de métier est donc à la recherche de générateurs pyrotechniques garantissant un gonflement fiable des coussins latéraux de protection des occupants d'un véhicule automobile. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un générateur pyrotechnique de gaz qui permette de maîtriser, et donc de garantir, une loi de combustion complète dans un laps de temps de l'ordre de 10 millisecondes et donc de répondre au problème posé. L'invention concerne donc un générateur pyrotechnique de gaz chauds comportant un corps tubulaire cylindrique creux qui présente une paroi latérale terminée par deux faces sensiblement planes et dont la longueur des génératrices est supérieure à son diamètre extérieur, ledit corps contenant notamment un inflammateur et un chargement pyrotechnique solide générateur de gaz, ledit générateur étant caractérisé en ce que: i) ladite paroi latérale est pleine sur toute la longueur de chacune de ses génératrices et en ce que chacune des dites faces planes présente une ouverture, ii) ledit inflammateur est fixé dans l'une des dites ouvertures, iii) une tuyère elle-même fermée par un opercule est fixée dans l'autre ouverture, iv) ledit chargement pyrotechnique est sous la forme d'un bloc perforé par une pluralité de canaux parallèles à l'axe du dit bloc qui est lui-même disposé entre l'inflammateur et la tuyère de manière à ce que lesdits canaux soient parallèles à l'axe du corps du générateur. Selon un premier mode préféré de réalisation de l'invention, le bloc de chargement pyrotechnique présente des épaisseurs radiales à brûler toutes identiques et possède une géométrie permettant un allumage simultané à la fois par les surfaces internes des dits canaux et par la surface latérale externe du bloc. Préférentiellement, en se situant dans un plan transversal au bloc, les centres des canaux périphériques ne sont pas équidistants du centre du dit bloc mais se répartissent alternativement, dans ce plan, sur deux cercles concentriques distincts. Préférentiellement encore les dits canaux sont des canaux cylindriques. Selon un second mode préféré de réalisation de l'invention, le chargement pyrotechnique est constitué soit par une composition pyrotechnique à base de nitrocellulose et de nitroglycérine, soit par une composition pyrotechnique composite comprenant essentiellement une résine silicone comme liant et un mélange de perchlorate d'ammonium et de nitrate de sodium comme base énergétique. Le choix de ces compositions pyrotechniques permet d'utiliser des générateurs très simples sans chambre de filtration. Selon une première variante préférée, le chargement pyrotechnique est séparé de l'inflammateur par une grille métallique de séparation. Selon une seconde variante préférée, le chargement pyrotechnique repose sur un ressort lui-même en appui sur la grille de séparation. Selon un troisième mode préféré de réalisation de l'invention le générateur est prolongé, du côté du corps o est fixée la tuyère, par un diffuseur cylindrique creux qui comprend: i) une extrémité fermée, ii) une extrémité ouverte qui se fixe sur l'extrémité du corps du générateur qui porte la tuyère, iii) un évent latéral ou des trous latéraux d'évacuation des gaz. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel générateur pour gonfler un coussin latéral de protection des occupants d'un véhicule automobile. La structure très simple du générateur associée à la géométrie particulière du bloc permet à l'homme de métier de maîtriser parfaitement la loi de combustion du bloc qui brûle simultanément sur toute sa hauteur en couches parallèles radiales à partir de toutes ses surfaces d'allumage. Le choix de l'épaisseur radiale uniforme à brûler, compte tenu de la vitesse de combustion de la composition pyrotechnique, permet ainsi de garantir une combustion complète du chargement en un laps de temps de 10 millisecondes sans risque de passage en détonation. Le choix de la hauteur du chargement détermine la quantité de gaz fournie par le générateur. Le fait que les différents composants fonctionnels du générateur: inflammateur, chargement et tuyère, soient disposés dans le sens de l'écoulement gazeux réduit au minimum les pertes de charges et favorise le fonctionnement du générateur, et notamment la rapidité de l'allumage. En général la pression de fonctionnement d'un générateur selon l'invention sera voisine de 20 MPa soit bar. On décrit ci- après le mode préféré de réalisation de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. La figure 1 représente, vu en coupe, un générateur selon l'invention muni de son diffuseur. La figure 2 représente, vu en coupe, le seul générateur selon l'invention. la figure 3 est une vue de face d'un bloc de chargement pyrotechnique utilisable dans le cadre de la présente invention. La figure 4 est une vue en perspective, partiellement éclatée, du bloc représenté à la figure 3. En se reportant plus particulièrement aux figures 1 et 2, on observe qu'un générateur pyrotechnique 1 de gaz chauds selon l'invention comporte un corps cylindrique creux 2 dont la longueur L des génératrices est supérieure à son diamètre extérieur D. Préférentiel- lement le rapport entre la longueur des génératrices et le diamètre extérieur sera compris entre 3 et 4. Le corps 2 présente ainsi une paroi latérale 3 qui est terminée par deux faces sensiblement planes 4 et 5. Selon une première caractéristique de l'invention la dite paroi latérale 3 est pleine sur toute la longueur de chacune de ses génératrices et chacune des faces planes 4 ou 5 présente une ouverture 6 ou 7. Le corps 2 ne présente ainsi que deux ouvertures disposées chacune à une des extrémités du dit corps. Le corps 2 est constitué par un métal pouvant subir une opération de sertissage, par exemple un acier inoxydable ou un alliage de zinc et d'aluminium du type "ZAMAK". Un inflammateur 8 est fixé dans l'ouverture 6 présentée par ledit corps creux 2. L'inflammateur 8 est porté par un porte-inflammateur 9 qui est fixé par sertissage dans l'extrémité du corps 2, l'extrémité rabattue de la paroi 3 constituant la face plane 4. L'inflammateur 8 peut être un inflammateur à percussion ou un inflammateur électrique comme représenté sur les figures. Dans ce dernier cas une bague-shunt 10 peut assurer en cas de besoin la protection électrique de l'inflammateur. L'inflammateur 8 est entouré par un capuchon métallique fragmentable 11 contenant une poudre d'allumage 12, comme par exemple une poudre du type bore/nitrate de potassium. Un joint d'étanchéité 13 est interposé entre l'inflammateur 8 et le porte-inflammateur 9 qui est lui- même en appui contre une bague de calage cylindrique 14 en appui contre un épaulement interne présenté par la paroi latérale 3. Une grille métallique 15 sépare le compartiment d'allumage ainsi constitué du reste du générateur qui comporte la chambre de combustion proprement dite. Cette chambre de combustion se termine par une tuyère placée en regard de l'ouverture 7 du corps 2 du générateur 1. Cette tuyère est constituée par une pièce métallique 16 présentant un orifice central 17 fermé par un opercule claquable 18 ainsi que par un cône métallique convergent 19. La tuyère est fixée dans l'ouverture 7 du corps du générateur par sertissage de l'extrémité du dit corps; l'extrémité rabattue de la paroi latérale 3 constituant la face plane 5. Un chargement pyrotechnique solide 20 générateur de gaz est disposé dans la chambre de combustion ainsi constituée. Ledit chargement est sous la forme d'un bloc à section constante. Préférentiellement ce bloc 20 repose sur un ressort 21 lui-même en appui sur la grille de séparation 15. Avantageusement ce bloc est calé du côté de la tuyère 16, 19 par une grille métallique 22 en appui contre un épaulement interne présenté par la paroi latérale 3. On décrit maintenant en détail le bloc 20 de chargement pyrotechnique en se référant plus particulièrement aux figures 3 et 4. Selon une caractéristique essentielle de l'invention le bloc 20 est perforé par une pluralité de canaux 24 parallèles à l'axe 25 du dit bloc qui est lui- même disposé entre l'inflammateur 8 et la tuyère 16, 19 de manière à ce que les dits canaux 24 soient parallèles à l'axe 26 du corps du générateur. Ainsi les canaux 24 sont disposés en regard de l'inflammateur 8 de manière à ce que l'allumage du bloc puisse être assuré par l'ensemble des surfaces internes des canaux 24 et sur toute la hauteur de ces dernières. De manière à garantir une fiabilité complète de la loi de combustion, le bloc 20 de chargement pyrotechnique présente des épaisseurs radiales "er" à brûler toutes identiques avec une géométrie permettant un allumage simultané par les surfaces internes des dits canaux 24 et par la surface latérale externe 27 du bloc. C'est pour cette raison que, selon une réalisation préférée de l'invention, si l'on se place dans un plan transversal au bloc 20, les centres des canaux périphériques ne sont pas tous équidistants du centre 25 du dit bloc, mais se répartissent alternativement, dans ce plan, sur deux cercles 28 et 29 concentriques mais distincts. Cette géométrie qui est représentée aux figures 3 et 4, se distingue de la géométrie traditionnelle connue pour les blocs lobés multiperforés et décrite, par exemple, dans le brevet américain 1,077,320. Préférentiellement un tel bloc 20 comportera au total 19 canaux dont un canal central. Préférentiellement encore lesdits canaux 24 seront des canaux cylindriques comme représentés sur les figures. Les blocs présentant la géométrie requise pour la présente invention seront avantageusement obtenus par extrusion. Deux familles de compositions pouvant être mises en forme par extrusion sont préférées dans le cadre de la présente invention. La première famille est constituée par les compositions génératrices de gaz à base de nitrocellulose et de nitroglycérine encore dites "à double base". La seconde famille est constituée par les compositions pyrotechniques composites comprenant essentiellement une résine silicone comme liant et un mélange de perchlorate d'ammonium et de nitrate de sodium comme charge énergétique. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention présenté à la figure 1, le générateur 1 est prolongé, du côté du corps 2 o est fixée la tuyère 16, 19 par un diffuseur cylindrique creux 30. Ce diffuseur 30 comprend: i) une extrémité 31 fermée ii) une extrémité 32 ouverte qui se fixe sur l'extrémité du corps 2 du générateur 1, par exemple par moletage ou sertissage, en regard de l'orifice 17 de sortie de la tuyère 16, 19, iii) un évent latéral 33 d'évacuation des gaz sur laquelle se fixe le coussin gonflable de protection. Ce diffuseur sera également constitué par un alliage de zinc et d'aluminium ou un acier. Comme représenté à la figure 2, le générateur 1 comprendra avantageusement une extrémité amincie 34 prolongé par un cran de positionnement 35 de manière à permettre une fixation aisée et fiable du diffuseur 30. Le fonctionnement d'un générateur selon l'invention est le suivant. En cas de collision, un signal émis par un détecteur de collision provoque la mise à feu de l'inflammateur 8 qui allume la poudre d'allumage 12. Les gaz de combustion de la poudre 12 provoquent l'éclatement du capuchon 11 et viennent entourer la surface extérieure du bloc 20 ainsi que les surfaces intérieures des canaux 24 en provoquant ainsi l'allumage du bloc 20 sur toutes les surfaces de contact et cela sur toute la hauteur du bloc 20. Dans la mesure o l'épaisseur à brûler "er" a été déterminée dans ce but en fonction de la vitesse de combustion de la composition constituant le bloc 20, il est ainsi possible d'assurer la combustion complète du bloc 20 en moins de 10 millisecondes sans risques d'explosion. Lorsque la pression dans la chambre de combustion atteint la valeur de rupture de l'opercule 18, ce dernier se rompt et les gaz pénètrent dans le diffuseur pour gonfler le coussin fixé sur l'évent 33. Un générateur selon l'invention convient ainsi particulièrement bien pour gonfler un coussin latéral de protection des occupants d'un véhicule automobile. Les exemples qui suivent illustrent une possibilité de mise en oeuvre de l'invention sans en limiter la portée. Exemple 1 On a réalisé un ensemble générateur-diffuseur conforme à celui représenté à la figure 1. Les caractéristiques de cet ensemble étaient les suivantes: - générateur: longueur.................92mm diamètre extérieur.......24mm diamètre intérieur....... 16mm inflammateur axial commercialisé par Davey Bickford tuyère: opercule taré à 8MPa (80 bar) - diffuseur: longueur.... .......... 114mm longueur.......84mm cheminées largueur....... lOmm chargement pyrotechnique: composition: poudre à double base nitrocellulose-nitroglycérine..DTD: (60:40)) hauteur.................44mm masse................... 5g canaux: 19 canaux cylindriques de diamètre intérieur 2,4mm. épaisseur radiale à brûler... 0,25mm Cet ensemble a été associé à un coussin gonflable de volume 12 litres et a conduit à un fonctionnement satisfaisant. Les résultats de tir en caisson de 10 litres ont été les suivants: 30. temps de fonctionnement: 9,5 millisecondes (temps pour 90% de la pression maximale). pression maximale: 0,420 MPa soit 4,20 bar. Exemple 2 on a reproduit l'exemple 1 en utilisant un chargement pyrotechnique présentant les caractéristiques suivantes: liant silicone: 20 parties en poids - composition: percholorate d'ammonium:45 parties en poids nitrate de sodium: 35 parties en poids - hauteur:.... 44mm - masse:.....6g canaux:......19 canaux cylindriques de diamètre intérieur 1,6mm épaisseur à brûler:..0,46mm Les résultats de tir en caisson de 10 litres ont été les suivants: 25. temps de foctionnement: 9,1 millisecondes (temps pour 90% de la pression maximale), pression maximale: 0,493 MPa soit 4,93 bar. Revendications 1. Générateur (1) pyrotechnique de gaz chauds comportant un corps cylindrique creux (2) qui présente une paroi latérale (3) terminée par deux faces sensiblement planes (4,5) et dont la longueur (L) des génératrices est supérieure à son diamètre extérieur (D), ledit corps contenant notamment un inflammateur (8) et un chargement pyrotechnique solide (20) générateur de gaz, caractérisé en ce que: i) ladite paroi latérale (3) est pleine sur toute la longueur de chacune de ses génératrices et chacune des faces planes (4,5) présente une ouverture (6,7), ii) ledit inflammateur (8) est fixé dans l'une des dites ouvertures (6), iii) une tuyère (16,19) elle-même fermée par un opercule (18) est fixée dans l'autre ouverture (7), iv) ledit chargement pyrotechnique est sous la forme d'un bloc perforé par une pluralité de canaux (24) parallèles à l'axe (25) du dit bloc qui est lui-même disposé entre l'inflammateur (8) et la tuyère (16, 19) de manière à ce que les dits canaux (24) soient parallèles à l'axe (26) du corps du générateur. 2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc (20) de chargement pyrotechnique présente des épaisseurs radiales (er) à brûler toutes identiques, avec une géométrie permettant un allumage simultané par les surfaces internes des dits canaux et par la surface latérale du bloc. 3. Générateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que, dans un même plan transversal, les centres des canaux périphériques du bloc (20) ne sont pas tous équidistants du centre (25) du dit bloc mais se répartissent alternativement, dans ce plan, sur deux cercles (28,29) concentriques distincts. 4. Générateur selon la revendication 3 caractérisé en ce que les dits canaux (24) sont des canaux cylindriques. 5. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le chargement pyrotechnique est constitué par une composition pyrotechnique choisie dans le groupe constitué par les compositions à base de nitrocellulose et de nitroglycérine 6. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le chargement pyrotechnique est constitué par une composition pyrotechnique composite comprenant essentiellement une résine silicone comme liant et un mélange de perchlorate d'ammonium et de nitrate de sodium comme charge énergétique. 7. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chargement pyrotechnique (20) est séparé de l'inflammateur (8) par une grille métallique de séparation (15). 8. Générateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le chargement pyrotechnique (20) repose sur un ressort (21) lui-même en appui sur la grille de séparation (15). 9. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est prolongé, du côté du corps (2) o est fixé la tuyère (16,19), par un diffuseur cylindrique creux (30). 10. Générateur selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit diffuseur (30) comprend: i) une extrémité (31) fermée, ii) une extrémité (32) ouverte qui se fixe sur l'extrémité du corps (2) du générateur qui porte la tuyère (16,19), iii) un évent latéral (33) d'évacuation des gaz. 11. Générateur selon la revendication 9 caractérisé en ce que le dit diffuseur (30) comprend: i) une extrémité (31) fermée, ii) une extrémité (32) ouverte qui se fixe sur l'extrémité du corps (2) du générateur qui porte la tuyère (16,19). iii) des trous latéraux d'évacuation des gaz. 12. Utilisation d'un générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour gonfler un coussin latéral de protection des occupants d'un véhicule automobile.