Brevet FR2752292A1 — publié le 19980213

La présente invention se rapporte au domaine des générateurs de gaz destinés à gonfler des coussins de protection pour occupants d'un véhicule automobile. Plus précisément l'invention concerne un générateur dit "hybride" qui se compose d'un générateur pyrotechnique de gaz, de forme cylindrique, 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 générateur pyrotechnique 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 générateur 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. Le principe des générateurs hybrides est par exemple décrit dans le brevet US-A-3,897,962 qui décrit un générateur hybride cylindrique comportant une chambre de combustion pour un chargement pyrotechnique prolongée par une chambre-réservoir contenant le gaz sous pression. La communication entre la chambre de combustion et la chambre-réservoir est assurée par une tuyère ablatable. La structure de ce générateur est toutefois peu appropriée aux exigences modernes de la sécurité automobile, notamment au niveau de la diffusion des gaz dans le coussin. Afin de fournir des générateurs hybrides qui présentent une meilleurs diffusion des gaz dans le coussin, l'homme de métier a alors proposé des générateurs hybrides constitués par un générateur pyrotechnique cylindrique entouré par un réservoir annulaire de forme torique contenant les gaz sous pression. De tels générateurs sont par exemple décrits dans les brevets FR-A-2 243 843 ou US-A-5,199,740. Ces générateurs permettent bien une diffusion harmonieuse des gaz dans le coussin de protection qui entoure le générateur, mais ils présentent un nouvel inconvénient. Le réservoir annulaire entoure le générateur pyrotechnique cylindrique sans le surplomber, le corps cylindrique du générateur pyrotechnique prenant ainsi appui sur les deux faces sensiblement planes du réservoir torique. Ce faisant, en fonctionnement, les gaz chauds doivent quitter le corps du générateur pyrotechnique pour se diluer dans le réservoir annulaire et le mélange ainsi constitué doit pénétrer à nouveau dans le générateur pyrotechnique pour pouvoir quitter le générateur hybride. Cette contrainte impose au générateur hybride une structure complexe de sa partie supérieure interne présentant l'orifice de sortie des gaz ce qui n'est pas favorable au prix de revient et à la fiabilité de fonctionnement du générateur hybride. L'homme de métier est donc toujours à la recherche d'un générateur hybride assurant une bonne diffusion des gaz dans le coussin et présentant une structure interne robuste, simple et fiable. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un tel générateur hybride. L'invention concerne donc un générateur hybride de gaz, destiné notamment à gonfler un coussin de protection pour occupant d'un véhicule automobile, comprenant une enceinte torique munie d'un orifice central supérieur fermé par un dispositif de fermeture susceptible de s'ouvrir sous une pression prédéterminée et d'un orifice central circulaire inférieur dans lequel est fixé de manière étanche un générateur pyrotechnique de gaz constitué par un corps cylindrique creux dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe de la dite enceinte, le dit générateur pyrotechnique contenant un chargement pyrotechnique générateur de gaz ainsi qu'un dispositif d'allumage et présentant sur sa paroi latérale interne à la dite enceinte au moins une tuyère fermée par un opercule claquable, la dite enceinte contenant un mélange gazeux sous pression et étant surmontée au-dessus du dit orifice central supérieur par un déflecteur externe, le dit générateur hybride étant caractérisé en ce que i) le dispositif de fermeture de l'orifice central supérieur de l'enceinte torique est constitué par un opercule claquable, ii) le corps cylindrique du dit générateur pyrotechnique est prolongé dans sa partie supérieure par des créneaux fixés à la surface intérieure de la partie supérieure de la dite enceinte, iii) le dit déflecteur est constitué par une pièce ajourée en forme de cloche à rebord fixée à la partie supérieure externe de la dite enceinte. Selon une première réalisation préférée de l'invention le dit déflecteur sert à maintenir un dispositif de filtration entourant le dit orifice supérieur. Selon une seconde réalisation préférée le corps cylindrique creux du générateur pyrotechnique est fermé par une paroi supérieure plane munie d'un orifice qui sert au remplissage de l'enceinte torique par le mélange gazeux et qui est fermé par une soudure. Selon une troisième réalisation préférée la dite tuyère est une tuyère ablatable préférentiellement constituée par une pièce distincte en matériau ablatable qui est insérée dans un orifice présenté par la paroi latérale du corps du dit générateur pyrotechnique. Cette tuyère ablatable peut avantageusement présenter une section progressive ou dégressive, continue ou discontinue. L'emploi d'une tuyère conique ou étagée sera, dans ce cas, particulièrement avantageux. Le matériau ablatable est avantageusement choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, les polyamides, les polyéthers et les polycarbonates. Il peut également être chargé avec des fibres de verre. La présence d'une tuyère ablatable permet, pour des raisons qui seront expliquées en détails plus loin dans la description, l'emploi comme chargement pyrotechnique d'une composition à faible vulnérabilité, du type "LOVA", comprenant essentiellement un liant organique et une charge oxydante cristalline. La charge oxydante cristalline sera avantageusement choisie dans le groupe constitué par le nitrate d'ammonium, lthexogène, l'octogène, le perchlorate d'ammonium. Un générateur hybride selon l'invention convient particulièrement bien comme générateur de gaz destiné à gonfler un coussin de protection pour conducteur de véhicule automobile. On donne ci-après une description détaillée d'un mode préféré de réalisation de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. La figure 1 représente, vu en perspective avec arrachement, un générateur hybride selon l'invention. La figure 2 représente une coupe axiale du générateur représenté à la figure 1. La figure 3 représente une coupe axiale d'un générateur selon l'invention muni d'une tuyère ablatable. La figure 4 est une loupe de la tuyère ablatable représentée à la figure 3. On a représenté aux figures 1 et 2 un générateur 1 selon l'invention. Ce générateur l comprend une enceinte torique 2 présentant un orifice circulaire central supérieur 3 de petit diamètre et un orifice circulaire central inférieur 4 de plus grand diamètre. L'enceinte 2 est constituée par un métal léger et résistant aux pressions relativement élevées comme par exemple 70 MPa. L'enceinte 2 peut être d'une seule pièce comme représenté sur les figures ou peut être constituée par deux demi-coquilles soudées l'une à l'autre. L'orifice supérieur 3 est fermé par un opercule 5 taré pour se briser lorsque la pression dans l'enceinte dépasse une valeur prédéterminée. Un générateur pyrotechnique 6 comportant un corps cylindrique creux 7 pénètre dans l'enceinte 2 par l'orifice circulaire central inférieur 4. Le corps cylindrique 7 du générateur pyrotechnique 6 est fermé dans sa partie supérieure par une paroi plane 8 qui, comme représenté sur les figures 1 et 2, peut ne constituer avec le corps 7 qu'une seule et même pièce. L'axe de révolution du corps cylindrique 7 est confondu avec l'axe de révolution de l'enceinte torique 2. Selon une caractéristique essentielle de l'invention la surface extérieure de la paroi supérieure plane 8 fermant le corps 7 du générateur 6 ne vient pas au contact de la surface intérieure de la partie supérieure de l'enceinte 2 mais il subsiste un espace libre entre cette dernière et la paroi 8. Le corps cylindrique 7 du générateur pyrotechnique 6 est donc prolongé dans sa partie supérieure par des créneaux 9 qui sont solidarisés, par exemple par soudure, à la surface intérieure de la partie supérieure de l'enceinte 2. Afin de renforcer encore la jonction entre le générateur pyrotechnique 6 et l'enceinte torique 2 et afin de rendre étanche aux gaz cette dernière, la portion extérieure du corps cylindrique 7 qui se trouve au contact du rebord de l'orifice inférieur 4 est solidarisée à ce dernier par une soudure circulaire étanche 10. Le corps du générateur pyrotechnique 6 est constitué par un métal résistant comme de l'acier classique ou de l'acier inoxydable. Comme cela est particulièrement visible à la figure 2, la paroi supérieure 8 qui ferme le corps cylindrique creux 7 du générateur pyrotechnique 6, est munie d'un orifice ll qui sert, en cours de montage, au remplissage de l'enceinte 2 par le mélange gazeux sous pression qu'elle est destinée à contenir. Après remplissage cet orifice ll est fermé de manière étanche par une soudure 12. Le dit mélange gazeux est à base de gaz inertes comme l'azote, l'argon ou l'hélium et peut contenir un peu de gaz oxydant comme l'oxygène. Le corps 7 du générateur pyrotechnique 6 présente sur sa paroi latérale cylindrique interne à l'enceinte 2 un orifice 13 faisant fonction de tuyère et fermé par un opercule claquable 14. Le générateur pyrotechnique 6 contient un bloc annulaire 15 de chargement pyrotechnique générateur de gaz présentant un canal central et des canaux périphériques 16. Le bloc 15 est calé par un ressort inférieur 17 et par un dispositif de calage supérieur 18 perméable aux gaz, par exemple des entretoises métalliques. Dans le canal central du bloc pyrotechnique 15 est disposé un dispositif d'allumage 19 comprenant un inflammateur électrique 20 entouré d'un capuchon 21 de métal très fin contenant une poudre d'allumage 22. Une bague de fermeture 23 sertie dans l'extrémité inférieure du corps cylindrique 7 permet d'assurer la fermeture du générateur pyrotechnique 6. Cette bague 23 présente un orifice circulaire central 24 prolongé par un col creux 25 dans lequel est insérée la partie inférieure de l'inflammateur 20. Une enveloppe cylindrique métallique très fine 26 qui est disposée à l'intérieur du corps du générateur pyrotechnique 6 et dont l'extrémité libre est pincée entre la surface intérieure du corps 7 et la bague de fermeture 23 achève l'isolation du chargement pyrotechnique 15 et du dispositif d'allumage 19. L'enceinte torique 2 est surmontée par un déflecteur externe 27 qui est constitué par une pièce métallique ajourée en forme de cloche qui présente un rebord externe 29 et qui est fixée à la partie supérieure externe de l'enceinte 2 par une soudure 30 le long de la ligne de contact entre cette partie et le dit rebord 29 ; la partie haute du déflecteur surmonte ainsi l'orifice supérieur 3 de l'enceinte 2. Avantageusement, comme représenté sur les figures 1 et 2, le déflecteur 27 sert à maintenir en place un dispositif de filtration 28 entourant l'orifice supérieur 3 et coincé entre la surface externe de la partie supérieure de l'enceinte 2 et la surface interne de la partie haute du déflecteur 27. Le filtre 28 est avantageusement constitué par un enroulement cylindrique de grilles et toiles métalliques. En cas de collision, un détecteur non représenté sur les figures, envoie un signal électrique à l'inflammateur 20 qui met à feu la poudre d'allumage 22. Les gaz de combustion de cette poudre provoquent la rupture du capuchon 21 et allument le bloc 15 de chargement pyrotechnique par ses surfaces externes et par les surfaces internes des canaux 16. La montée de la pression à l'intérieur du générateur pyrotechnique 6 provoque la rupture de l'enveloppe métallique 26 puis celle de l'opercule 14. Les gaz chauds sortent alors du générateur pyrotechnique 6 par la tuyère 13 pour se mélanger avec les gaz contenus dans l'enceinte 2. Ce faisant la pression interne à l'enceinte 2 s'élève et provoque la rupture de l'opercule 5 fermant l'orifice supérieur 3. Le mélange gazeux quitte l'enceinte 2 par l'orifice 3, traverse le dispositif de filtration 28 et s'échappe par les ouvertures 31 présentées par le déflecteur 27 pour gonfler le coussin gonflable fixé sur le rebord externe 29 et non représenté sur les figures. Afin de favoriser le brassage des gaz dans l'enceinte 2 et d'assurer une perte de charge suffisante de leur écoulement avant qu'ils ne sortent par l'orifice supérieur 3, le corps 7 du générateur pyrotechnique 6 sera avantageusement prolongé par des créneaux 9 décalés, disposés selon au moins deux cercles concentriques de manière à constituer un labyrinthe ou des chicanes entre la paroi supérieure 8 du générateur 6 et l'orifice supérieur 3 de l'enceinte 2. On a représenté à la figure 3 un générateur hybride 101 selon l'invention, analogue au générateur qui vient d'être décrit mais présentant une tuyère ablatable. Ce générateur 101 comprend donc une enceinte torique 102 présentant un orifice central supérieur 103 de petit diamètre et un orifice circulaire central inférieur 104 de plus grand diamètre. L'orifice supérieur 103 est fermé par un opercule claquable 105. Un générateur pyrotechnique 106 comportant un corps cylindrique creux 107 fermé dans sa partie supérieure par une paroi plane 108 pénètre dans l'enceinte 102 par l'orifice inférieur 104 auquel il est solidarisé par une soudure étanche 110. Le corps 107 du générateur pyrotechnique 106 est prolongé dans sa partie supérieure par des créneaux ajourés 109 soudés à la surface intérieure de la partie supérieure de l'enceinte 102. La paroi supérieure 108 qui ferme le corps cylindrique creux 107 du générateur pyrotechnique 106, est munie d'un orifice 111 qui sert, en cours d'assemblage, au remplissage de l'enceinte 102 par le mélange gazeux sous pression. Après remplissage cet orifice 111 est fermé de manière étanche par une soudure 112. Le corps 107 du générateur pyrotechnique 106 présente sur sa paroi latérale cylindrique interne à l'enceinte 102 un orifice 113 fermé par un opercule claquable 114 et contenant un tuyère ablatable qui sera décrite en détails un peu plus loin. Le générateur pyrotechnique 106 contient un bloc annulaire 115 de chargement pyrotechnique générateur de gaz présentant un canal central et des canaux périphériques 116. Le bloc 115 est calé par un ressort inférieur 117 et par des entretoises métalliques supérieures 118. Dans le canal central du bloc pyrotechnique 115 est disposé un dispositif d'allumage 119 comprenant un inflammateur électrique 120 entouré d'un capuchon métallique 121 contenant une poudre d'allumage 122. Une bague de fermeture 123 sertie dans l'extrémité inférieure du corps cylindrique 107 permet d'assurer la fermeture du générateur pyrotechnique 106. Cette bague 123 présente un orifice circulaire central 124 prolongé par un col creux 125 dans lequel est insérée la partie inférieure de l'inflammateur 120. Une enveloppe cylindrique métallique très fine 126 qui est disposée à l'intérieur du corps du générateur pyrotechnique 106 et dont l'extrémité libre est pincée entre la surface intérieure du corps 107 et la bague de fermeture 123 achève l'isolation du chargement pyrotechnique 115 et du dispositif d'allumage 119. L'enceinte torique 102 est surmontée par un déflecteur externe ajouré 127 fixé à l'enceinte 102 par une soudure 130. Le déflecteur 127 maintient une grille de filtration 128 autour de l'orifice supérieur 103. Le déflecteur 127 présente un rebord 129 servant à la fixation du coussin gonflable non représenté. On décrit maintenant en détails la tuyère ablatable contenue dans le générateur pyrotechnique 106 en se reportant plus particulièrement à la figure 4. L'orifice 113 pratiqué dans la partie du corps cylindrique 107 interne à l'enceinte 102 est un orifice de section circulaire comprenant une partie externe 113a de grand diamètre et une partie interne 113b de diamètre plus petit. Une tuyère cylindrique 132 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre de l'orifice interne 113b et dont le diamètre interne initial est plus petit, est insérée en force sur un insert métallique support 133 en forme de pièce creuse de révolution comportant une embase 113a dont le diamètre extérieur est égal au diamètre de l'orifice externe 113a et présentant un col cylindrique creux 133b à paroi mince dont le diamètre extérieur est égal au diamètre de l'orifice interne 113b. La tuyère 132 et son support 133 sont insérés en force dans l'orifice 113 de manière que la tuyère 132 débouche dans la partie interne du générateur pyrotechnique 106. Un opercule externe 114 taré pour claquer à une pression prédéterminée est inséré dans l'orifice externe 113a de manière à fermer la tuyère 132. La tuyère 132 est réalisée dans un matériau ablatable qui sera préférentiellement choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, les polyamides, les polyéthers et les polycarbonates. Ce matériau sera avantageusement chargé avec des fibres de verres. Le fonctionnement de ce générateur hybride 101 est analogue à celui du générateur hybride 1 exposé plus haut. Toutefois, au moment du claquage de l'opercule 114, la présence de la tuyère ablatable 132 dont le diamètre interne est réduit évite une dépressurisation brutale du générateur pyrotechnique 106. Ensuite, sous l'action érosive des gaz quittant le générateur pyrotechnique 106 le diamètre interne de la tuyère 132 s'agrandit jusqu'à atteindre celui de l'orifice 113. La suppression du phénomène de dépressurisation brutale du générateur lors du claquage de l'opercule rend ainsi possible l'emploi comme chargement pyrotechnique 115 de compositions pyrotechniques comprenant essentiellement un liant organique et une charge oxydante cristalline. Ces compositions sont effet très intéressantes à cause de leur excellente stabilité chimique dans le temps mais, étant d'un allumage délicat, elles ne doivent subir aucune chute de brutale de pression si on veut garantir leur combustion totale dans les temps requis par la sécurité automobile. Préférentiellement la charge oxydante cristalline sera choisie dans le groupe constitué par le nitrate d'ammonium, le perchlorate d'ammonium, l'hexogène et l'octogène. Revendications 1. Générateur hybride (1) de gaz, destiné notamment à gonfler un coussin de protection pour occupant d'un véhicule automobile, comprenant une enceinte torique (2) munie d'un orifice central supérieur (3) fermé par un dispositif de fermeture (5) susceptible de s'ouvrir sous une pression prédéterminée et d'un orifice central circulaire inférieur (4) dans lequel est fixé de manière étanche un générateur pyrotechnique (6) de gaz constitué par un corps cylindrique creux (7) dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe de la dite enceinte, le dit générateur pyrotechnique (6) contenant un chargement pyrotechnique (15) générateur de gaz ainsi qu'un dispositif d'allumage (19) et présentant sur sa paroi latérale interne à ladite enceinte au moins une tuyère (13) fermée par un opercule claquable (14), la dite enceinte (2) contenant un mélange gazeux sous pression et étant surmontée par un déflecteur externe (27), caractérisé en ce que i) le dispositif de fermeture de l'orifice central supérieur (3) de l'enceinte torique (2) est constitué par un opercule claquable (5), ii) le corps cylindrique (7) du dit générateur pyrotechnique (6) est prolongé dans sa partie supérieure par des créneaux (9) fixés à la surface intérieure de la partie supérieure de la dite enceinte (2), iii) le dit déflecteur (27) est constitué par une pièce ajourée en forme de cloche à rebord (29) fixée à la partie supérieure externe de la dite enceinte (2). 2. Générateur hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit déflecteur (27) sert à maintenir un dispositif de filtration (28) entourant le dit orifice supérieur (3). 3. Générateur hybride selon la revendication 2 caractérisé en ce que le corps cylindrique creux (7) du générateur pyrotechnique (6) est fermé par une paroi supérieure plane (8) munie d'un orifice (11) qui sert au remplissage de l'enceinte torique (2) par le dit mélange gazeux et qui est fermé par une soudure (12). 4. Générateur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la tuyère (132) est une tuyère ablatable. 5. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dite tuyère ablatable présente une section progressive. 6. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dite tuyère ablatable présente une section dégressive. 7. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la tuyère (132) est constituée par une pièce distincte en matériau ablatable qui est insérée dans un orifice (113) présenté par la paroi latérale du corps (107) du dit générateur pyrotechnique (106). 8. Générateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le dit matériau ablatable est choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, les polyamides, les polyéthers et les polycarbonates. 9. Générateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que le dit matériau ablatable est chargé avec des fibres de verre. 10. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le dit chargement pyrotechnique (115) est constitué par une composition pyrotechnique comprenant essentiellement un liant organique et une charge oxydante cristalline. 11. Générateur selon la revendication 10 caractérisé en ce que la dite charge oxydante cristalline est choisie dans le groupe constitué par le nitrate d'ammonium, 1'hexogène, l'octogène, le perchlorate d'ammonium.