Brevet FR2750939A1 — publié le 19980116

La présente invention se rapporte au domaine de la sécurité automobile et concerne un générateur pyrotechnique de gaz destiné à gonfler, en cas d'accident, un coussin de protection des occupants d'un véhicule automobile. Plus précisément l'invention concerne un générateur de gaz dont la majeure partie des gaz fournis ne provient pas de la combustion d'un chargement pyrotechnique solide mais provient pour sa plus grande partie d'une réserve de gaz associée au générateur. De tels générateurs sont souvent désignés par l'expression "générateurs hybrides". Les générateurs hybrides présentent l'avantage par rapport aux générateurs pyrotechniques à chargements solides, de fournir des gaz moins chauds et encore moins toxiques. Une première famille de générateurs hybrides, illustrée par exemple par le brevet FR-A-2 116 948 ou son correspondant US-A-3,882,673 concerne des générateurs comportant un véritable chargements pyrotechniques dont les gaz sont refroidis et oxydés par mélange avec un liquide oxydant vaporisable. La structure relativement complexe de ces générateurs a fait qu'ils n'ont pas été retenus par l'homme de métier. Plus récemment il a été proposé, par exemple par le brevet US-A-5,344,186, un générateur hybride dont la partie pyrotechnique se réduit à un allumeur pyrotechnique et dont les gaz proviennent d'un mélange sous pression de gaz oxydant, de gaz inerte et de gaz réducteur. Ces gaz sont réchauffés jusqu'à leur pression de fonctionnement par réaction entre les gaz oxydants et les gaz réducteurs, cette réaction étant initiée par le dispositif d'allumage. Ces générateurs ont une structure relativement complexe et n'évitent pas les inconvénients précédemment mentionnés. Enfin il a également été proposé, par exemple par le brevet US-A-5,470,104, un générateur hybride contenant deux chambres successives, la première étant remplie par un mélange de gaz oxydant et de gaz inerte en présence d'un liquide réducteur, comme un alcool et la seconde étant remplie par un gaz inerte. Un inflammateur pyrotechnique permet d'initier la réaction d'oxydo-réduction dans la première chambre. Un tel générateur est néanmoins de structure relativement complexe et présente l'inconvénient de maintenir en permanence un mélange de liquide réducteur et de gaz oxydant sous pression au contact d'un inflammateur pyrotechnique. L'homme de métier ne dispose donc pas à l'heure actuelle d'un générateur hybride qui soit de structure simple et légère tout en étant très sûr quant à son stockage et à son fonctionnement. L'objet de la présente invention est précisément d proposer un tel générateur. L'invention concerne donc un générateur de gaz, destiné notamment à gonfler un coussin de protection pour occupant d'un véhicule automobile, constitué d'une enveloppe de décharge comprenant un corps cylindrique creux qui est munie d'au moins un orifice de décharge obturé par un opercule claquable et qui est fermée à chacune de ses extrémités, et contenant un dispositif pyrotechnique d'allumage fixé à l'une des extrémités, caractérisé en ce que i) un piston traversé par au moins un canal fermé par un opercule claquable est disposé à l'intérieur du dit corps de manière à séparer une chambre de combustion contenant le dit dispositif d'allumage et le dit orifice de décharge, d'une chambre réservoir fermée par une pièce de fermeture, le dit piston pouvant se déplacer parallèlement à l'axe du dit corps cylindrique sous l'action d'une augmentation de la pression interne à la dite chambre de combustion, ii) la dite chambre de combustion contient un mélange de gaz inerte et de gaz oxydant sous pression, iii) la dite chambre réservoir contient un liquide réducteur. Ainsi en cas de collision, la mise à feu du dispositif d'allumage provoque l'émission dans la chambre de combustion de gaz chauds. L'augmentation de la pression dans la chambre de combustion est insuffisante pour faire claquer les opercules qui ferment les orifices de décharge mais suffisante pour provoquer le déplacement du piston vers le fond de la chambre réservoir. La réduction du volume de la chambre réservoir qui en résulte provoque l'éjection du liquide réducteur qui y est contenu, dans la chambre de combustion par passage du liquide dans le canal du piston et par claquage de l'opercule qui fermait ce canal. Le liquide réducteur injecté sous pression dans la chambre de combustion se met à brûler avec le gaz oxydant. La nouvelle augmentation de pression est alors suffisante pour faire claquer les opercules qui obturent les orifices de décharge et les gaz oxydés chauds sont éjectés hors du générateur par les dits orifices de décharges. Selon une première réalisation préférée de l'invention le dit piston est solidarisé à la dite enveloppe par des moyens d'attache susceptibles d'être rompus sous l'action d'une augmentation de la pression interne à la dite chambre de combustion. Préférentiellement ces moyens d'attache sont constitués par un disque de rupture porté par le dit piston et maintenu en appui contre un épaulement présenté par la surface intérieure du dit corps creux cylindrique. Selon une seconde réalisation préférée de l'invention le dit dispositif d'allumage est constitué par un inflammateur électrique renforcé par une poudre d'allumage d'appoint, par exemple une poudre bore/nitrate de potassium. Selon une troisième réalisation préférée de l'invention la dite chambre de combustion présente un orifice fermé par un bouchon étanche et destiné à permettre son remplissage par le mélange de gaz sous pression. La chambre réservoir présente avantageusement elle aussi un orifice fermé par un bouchon étanche et destiné à permettre son remplissage par le liquide réducteur. Selon une quatrième réalisation préférée de l'invention le dit mélange de gaz est un mélange d'argon et d'oxygène. Selon une cinquième réalisation préférée de l'invention le dit liquide réducteur est un liquide très réactif choisi dans le groupe constitué par les azidoalcanes, les azidoéthers, les azidonitriles et les azotures d'azoalcanes. Le liquide réactif sera avantageusement choisi dans le groupe constitué par le diazidohexane et par les polyazotures de glycidyle liquides. Selon une sixième réalisation préférée de l'invention le dit coprs cylindrique creux est fermé à chacune de ses extrémités par une pièce de fermeture. Dans cette réalisation la chambre réservoir est fermée par la pièce de fermeture ne supportant pas le dispositif d'allumage. Selon une septième réalisation préférée de l'invention le dispositif pyrotechnique d'allumage émet des gaz réducteurs qui brûlent avec une partie du gaz oxydant contenu dans la chambre de combustion et accentuent l'augmentation de la pression dans cette chambre pour provoquer le déplacement initial du piston. L'invention permet ainsi à l'homme de métier de disposer d'un générateur hybride de structure mécanique très simple dans lequel le liquide réducteur ne se trouve pas sous pression et est parfaitement séparé du gaz oxydant et du dispositif d al d'allumage. Un tel générateur fournit des gaz non toxiques et relativement "froids", les gaz étant à une température très inférieure à celle des gaz fournis par un générateur pyrotechnique à chargement solide. Un tel générateur convient particulièrement bien pour gonfler un coussin de protection pour un passager ou pour un conducteur de véhicule automobile. On décrit maintenant en détails une réalisation préférée de l'invention en se référant à la figure 1 qui représente, vu en coupe, un tel générateur préféré. En considérant la figure 1, on observe un générateur de gaz 1 comprenant un corps cylindrique creux 2 fermé à chacune de ses extrémités par une pièce de fermeture 3 ou 4. Le corps 2 et les pièces de fermeture 3 et 4 sont constituées par un métal résistant comme par exemple de l'acier fin. La pièce de fermeture 3 à la forme générale d'un disque plan possédant un orifice central prolongé par un support d'allumeur 5 en forme de tube cylindrique creux. Le bord latéral de la pièce 3 est usiné pour permettre une bonne jonction de cette pièce contre le bord correspondant du corps 2 et une soudure aisée contre ce dernier. Dans le support d'allumeur 5 qui est orienté vers l'intérieur du générateur 1 est fixé un dispositif pyrotechnique d'allumage 6. Le dispositif d'allumage 6 est constitué par un inflammateur électrique 7 renforcé par une poudre d'allumage 8 contenue dans un capuchon métallique fragmentable 9 prenant appui sur le support d'allumeur 5. De manière préférée le dispositif d'allumage émet, en fonctionnement, des gaz réducteurs. Le corps 2 du générateur 1 est pourvu de quatre orifices de décharge cylindriques 10 situés à proximité de la pièce de fermeture 3 qui supporte le dispositif d'allumage 6. Ces orifices 10 sont fermés par des opercules métalliques claquables 11 ; ils seront avantageusement protégés par des déflecteurs internes non représentés sur la figure. La pièce de fermeture 4 est constituée par un corps cylindrique 12 terminé à l'une de ses extrémités par une base élargie 13 et prolongé à l'autre de ses extrémités par un col 14. La base 13 de la pièce 4 est usinée de manière à s'adapter parfaitement à l'extrémité du corps cylindrique 2 et à permettre une soudure aisée contre ce dernier. Le col 14 de la pièce 4 vient en regard d'un épaulement circulaire interne 15 porté par le corps cylindrique 2. Le corps cylindrique 12 de la pièce de fermeture 4 présente un alésage cylindrique interne 16. De manière caractéristique un piston métallique 17 est disposé à l'intérieur du corps 2 du générateur 1. Ce piston 17 présente une tête cylindrique 18 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre de l'alésage 16 et dont la hauteur est au moins égale à la profondeur de l'alésage 16. La tête 18 du piston 17 est prolongée par une embase cylindrique 19 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur du col 14 de la pièce de fermeture--4. Comme cela peut être observé sur la figure 1, la tête 18 du piston 17 est engagée en partie seulement dans l'alésage 16 et l'embase 19 du piston 17 est engagée dans le col 14 de la pièce de fermeture 4. Deux joints toriques d'étanchéité 28 et 29 assurent un coulissement étanche du piston 17 par rapport au corps du générateur. Le piston 17 sépare ainsi, à l'intérieur du générateur 1, une chambre de combustion 20 contenant le dispositif d'allumage 6 et les orifices 10, d'une chambre réservoir fermée par la pièce de fermeture 4 ne supportant pas le dispositif d'allumage 6. Dans la réalisation représentée à la figure 1 cette chambre réservoir se confond avec la partie libre de l'alésage 16 porté par la pièce de fermeture 4. Les dimensions de la tête 18 du piston 17 et du col 14 de la pièce de fermeture 4 sont telles que le piston 17 puisse, sous l'action d'une augmentation de la pression interne à la chambre de combustion 20, se déplacer parallèlement à l'axe du corps 2 du générateur 1 jusqu'à ce que l'extrémité de la tête 18 du piston 17 atteigne le fond de la chambre réservoir 16. En général le piston 17 sera solidarisé au corps cylindrique creux 2 par des moyens d'attache susceptibles d'être rompus sous l'action d'une telle augmentation de la pression interne de la chambre de combustion. Dans la réalisation représentée à la figure 1 les dits moyens d'attache sont constitués par un disque de rupture 21 porté par l'embase 19 du piston 17 et dont le bord est coincé entre l'extrémité du col 14 de la pièce de fermeture 4 et l'épaulement interne 15 présenté par le corps 2. De manière également caractéristique, le piston 17 est traversé par un canal 22 fermé par un opercule claquable 23. Avantageusement le canal 22 présente du côté de la chambre de combustion 20, un rétrécissement faisant fonction d'injecteur. La chambre de combustion 20 contient un mélange de gaz inerte et de gaz oxydant sous pression mais ne se trouvant pas à l'état liquide. En général le mélange gazeux est sous une pression comprise entre 15 et 25 MPa. Dans le but de permettre un remplissage simple de la chambre de combustion celle-ci présente un orifice 24 fermé par un bouchon étanche 25. La chambre réservoir 16 contient un liquide réducteur 16. Dans le but de permettre un remplissage simple de la chambre 16, cette dernière présente un orifice 26 fermé par un bouchon étanche 27. Comme représenté à la figure 1, l'orifice 26 sera avantageusement situé le long de l'axe du corps 2 du générateur 1, dans le prolongement de l'alésage 16. Le dit mélange de gaz sera avantageusement constitué par un mélange d'argon et d'oxygène. Le dit liquide réducteur peut être un liquide réducteur traditionnel comme par exemple un alcool, un éther ou un hydrocarbure liquide léger. Mais, selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le dit liquide réducteur sera un liquide très réactif choisi dans le groupe constitué par les azidoalcanes, les azidoéthers, les azidonitriles et les azotures d'azoalcanes. Un sous groupe de liquides réactifs particulièrement préférés est constitué par le diazidohexane et par les polyazotures de glycidyle liquides. On décrit maintenant le fonctionnement du générateur selon l'invention. En cas d'accident un détecteur de collision envoie un signal électrique qui met à feu l'inflammateur 7 qui allume lui-même la poudre d'allumage 8. La combustion de cette dernière provoque la rupture du capuchon fragmentable 9. Les gaz réducteurs émis par la combustion de la poudre 8 se répandent alors dans la chambre de combustion 20 et réagissent avec une partie de l'oxygène du mélange gazeux contenu dans cette chambre. Cette première combustion provoque un réchauffement du mélange gazeux et une première augmentation de la pression interne à la chambre de combustion qui est suffisante pour provoquer la rupture du bord du disque 21 coincé entre l'épaulement 15 et le col 14 ainsi que la rupture de l'opercule 23 fermant le canal 22. Le piston 17 s'enfonce alors dans l'alésage 16 en expulsant le liquide réducteur qui y est contenu par le canal 22. Le liquide réducteur se trouve ainsi injecté dans la chambre de combustion 20 où il réagit avec le restant de l'oxygène du mélange gazeux. Cette seconde combustion provoque une nouvelle montée de la pression interne à la chambre de combustion qui atteint ainsi le seuil de rupture des opercules 11 qui obturent les orifices 10. Les gaz contenus dans la chambre de combustion s'échappent alors du générateur par les orifices 10 et viennent gonfler le coussin de protection qui enveloppe le générateur. Dans la mesure où le mélange gazeux initial contient suffisamment d'oxygène, tous ces gaz sont totalement oxydés et très peu toxiques. Il faut notamment observer que dans les conditions de fonctionnement habituelles du générateur tout le monôxyde de carbone est converti en dioxyde de carbone. Exemple On a réalisé un générateur tel que représenté à la figure 1. Les caractéristiques de ce générateur étaient les suivantes - longueur totale : 160mm - diamètre extérieur : 50mm - inflammateur : de type Davey-Bickford - mélange gazeux : 30g correspondant à la composition suivante oxygène : 12,62% argon : 87,17% helium : 0,21% - liquide réducteur : 1,3g de diazidohexane. Ce générateur fournit en 40 millesecondes 132 litres de gaz à 19200K répondant à la composition suivante: argon : 78,3% en moles CO : 0,11x10-2% en moles C 2 : 5,66% en moles H2O : 5,65% en moles helium : 1,88% en moles NO : 0,6x101% en moles N2 : 2,8% en moles 2 : 5,6% en moles pour un sac de 60 litres, de type "conducteur". Revendications 1. Générateur (1) de gaz destiné notamment à gonfler un coussin de protection pour occupant d'un véhicule automobile, constitué d'une enveloppe comprenant un corps cylindrique creux (2) qui est munie d'au moins un orifice (10) de décharge obturée par un opercule claquable (11) et qui est fermée à chacune de ses extrémités, et contenant un dispositif pyrotechnique d'allumage (6) fixé à l'une des extrémités caractérisé en ce que i) un piston (17) traversé par au moins un canal (22) fermé par un opercule claquable (23) est disposé à l'intérieur du dit corps (2) de manière à séparer une chambre de combustion (20) contenant le dit dispositif d'allumage (6) et le dit orifice (10), d'une chambre réservoir (16) fermée par une pièce de fermeture (4), le dit piston (17) pouvant se déplacer parallèlement à l'axe du dit corps cylindrique sous l'action d'une augmentation de la pression interne à la dite chambre de combustion, ii) la dite chambre de combustion (20) contient un mélange de gaz inerte et de gaz oxydant sous pression, iii) la dite chambre réservoir (16) contient un liquide réducteur. 2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit piston (17) est solidarisé à la dite enveloppe par des moyens d'attache susceptibles d'être rompus sous l'action d'une augmentation de la pression interne à la dite chambre de combustion. 3. Générateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les dits moyens d'attache sont constitués par un disque de rupture (21) porté par le dit piston et maintenu en appui contre un épaulement (15) présenté par la surface intérieure du dit corps cylindrique (2). 4. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit dispositif d'allumage (6) est constitué par un inflammateur électrique renforcé par une poudre d'allumage (8). 5. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite chambre de combustion (20) présente un orifice (24) fermé par un bouchon étanche (25) et destiné à permettre son remplissage par le mélange de gaz. 6. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite chambre réservoir (16) présente un orifice (26) fermé par un bouchon étanché (27) et destiné à permettre son remplissage par le liquide réducteur. 7. Générateur selon l'une des revendications 1 ou 5 caractérisé en ce que le dit mélange de gaz est un mélange d'argon et d'oxygène. 8. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit liquide réducteur est choisi dans le groupe constitué par les azidoalcanes, les azidoéthers, les aizdonitriles et les azotures d'azoalcanes. 9. Générateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que le dit liquide réducteur est choisi dans le groupe constitué par le diazidohexane et par les polyazotures de glycidyle liquides. 10. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit corps cylindrique creux (2) est fermé à chacune de ses extrémités par une pièce de fermeture (3,4). 11. Générateur selon la revendication 10 caractérisé en ce que la chambre réservoir (16) est fermée par la pièce de fermeture (4) ne supportant pas le dit dispositif d'allumage (6). 12. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit dispositif pyrotechnique d'allumage (6) émet des gaz réducteurs.