Brevet FR2877428A1 — publié le 20060505

La présente invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile. Une des applications d'un tel générateur est celle des systèmes de retenue de sécurité du type coussins de protection gonflables, encore appelés 5 "airbags". De tels générateurs se composent généralement et au minimum d'une chambre de combustion étanche, qui comporte une charge pyrotechnique de masse proportionnelle au volume du sac à gonfler. Un initiateur, généralement de type électrique, après échauffement de son circuit électrique par effet Joule lors du passage d'un courant, dégage dans la chambre de combustion des particules et des gaz chauds, qui permettent l'allumage des matériaux pyrotechniques. Pour optimiser les performances du système de retenue, il est possible de répartir le chargement pyrotechnique du générateur de gaz dans plusieurs chambres autonomes de structure semblable à celle décrite plus haut. Le document FR-A-2 760 710 décrit un tel générateur. Plus précisément, il comprend une enveloppe tubulaire fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir deux chambres de combustion contenant chacune une charge pyrotechnique, disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de tranquillisation communiquant avec au moins une ouverture de décharge ménagée dans la paroi de l'enveloppe, ces cloisons étant traversées par au moins un orifice longitudinal formant tuyère qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique des chambres de combustion vers la chambre de tranquillisation, ces gaz pouvant ensuite s'en échapper, via ladite ouverture de décharge, notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable. On parle de générateur adaptatif, car il autorise un fonctionnement indépendant des chambres de combustion et offre par conséquent plus de souplesse 30 en termes de gonflage du coussin. L'inconvénient majeur des générateurs adaptatifs traditionnels est leur coût élevé. En effet, chaque chambre de combustion équipée d'un système d'allumage traditionnel possède des composants coûteux tels que l'initiateur et son support. On a déjà proposé des générateurs à chambres de combustion et 5 charges pyrotechniques multiples et à initiateur unique. Ainsi, dans US-A-5 364 126, on décrit un générateur adapté pour gonfler un sac plié de façon particulière. Le générateur comprend trois chambres de combustion délimitées par des parois orientées radialement. Une première chambre de combustion est formée de deux secteurs angulaires diamétralement opposés. Les deux autres chambres sont également placées de façon diamétralement opposées. Un initiateur est placé dans la première chambre et dans l'axe du générateur. Les parois radiales comportent des ouvertures de sorte que les deux autres chambres sont allumées par les gaz chauds générés dans la première chambre. Chaque chambre comprend sa propre zone de diffusion radiale. Dans US-A-5 513 879 est décrit un générateur de forme tubulaire comprenant deux chambres de combustion. Les chambres de combustion sont semicylindriques et formées dans une même portion cylindrique. Une paroi comprenant des ouvertures ainsi qu'un filtre sont positionnés entre les deux chambres. Un seul dispositif d'allumage est placé dans l'une des chambres. L'allumage de la deuxième chambre est réalisé de façon passive par le passage des gaz chauds générés dans la première chambre au travers des ouvertures de la paroi. Les chambres de combustion communiquent avec un condenseur et un diffuseur commun. US-A-5 628 528 se rapporte à un générateur de forme tubulaire comprenant deux chambres de combustion cylindriques placées dans le même axe. Les deux chambres de combustion sont séparées par une paroi transversale ne comportant pas d'ouverture. La paroi cylindrique des chambres de combustion comprend des ouvertures operculées. Le générateur comprend également un filtre qui entoure les deux chambres de combustion et un logement formant diffuseur. Un allumeur est placé à l'extrémité de la première chambre de combustion. Ces générateurs ont pour principal inconvénient de requérir l'utilisation d'une composition pyrotechnique dégageant beaucoup de chaleur. La présente invention a pour but de proposer un générateur à deux chambres de combustion présentant une structure simplifiée par rapport à ce qui est connu de l'état de la technique. Ainsi, la présente invention se rapporte à un générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile, comprenant une enveloppe tubulaire fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir deux chambres de combustion contenant une charge pyrotechnique, disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de tranquillisation communiquant avec au moins une ouverture de décharge ménagée dans la paroi de l'enveloppe, ces cloisons étant traversées par au moins un orifice longitudinal formant tuyère qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique des chambres de combustion vers la chambre de tranquillisation, ces gaz pouvant ensuite s'échapper de la chambre de tranquillisation, via ladite ouverture de décharge, notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable. Ce générateur est essentiellement remarquable par le fait qu'une seule desdites chambres de combustion - dite première chambre - est pourvue d'un initiateur de ladite charge pyrotechnique, de sorte que les gaz générés par la combustion de la charge de la première chambre traversent ladite chambre de tranquillisation et rentrent axialement dans la chambre de combustion dépourvue d'initiateur dite seconde chambre où ils provoquent la combustion de la charge qui y est présente, pour ressortir au travers de l'ouverture de décharge, via la chambre de tranquillisation. De par l'orientation axiale, à la suite les unes des autres, des trois chambres, les chambres de combustion étant réparties de part et d'autre de la chambre de tranquillisation, on s'assure du fait qu'une large part des gaz sortant de la première chambre de combustion rentrent à forte vitesse dans la seconde chambre, de sorte que la charge qui y est contenue est initiée efficacement. Le fait que la seconde chambre soit dépourvue d'allumeur signifie qu'elle ne renferme aucun moyen permettant le démarrage de la combustion de la charge qui y est contenue, que ce moyen ait la forme d'un initiateur, d'une charge relais ou autre. Par ailleurs, selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce générateur: - les orifices formant tuyère de chacune des cloisons s'étendent longitudinalement en regard l'un de l'autre; - lesdits orifices sont centrés sur son axe longitudinal; - l'orifice formant tuyère de la cloison séparant la chambre de tranquillisation de ladite seconde chambre présente une forme tronconique, sa plus 35 large ouverture étant disposée du côté de la chambre de tranquillisation; - la cloison qui sépare la chambre de tranquillisation de la seconde chambre de combustion comporte, sur sa face contenue dans la chambre de tranquillisation, un opercule d'obturation dudit orifice formant tuyère, cet opercule étant percé seulement quand les gaz générés par la combustion de la charge de la première chambre traversent ladite chambre de tranquillisation; - la charge pyrotechnique contenue dans la seconde chambre est sous la forme d'un bloc et cette charge est calée longitudinalement et maintenue à distance de la cloison associée par une grille en forme de cuvette, cette grille étant évidée en regard dudit orifice formant tuyère; - ladite seconde chambre de combustion est dépourvue de fusible thermique; - ladite enveloppe tubulaire possède une paroi cylindrique et lesdites cloisons consistent en des rondelles sur laquelle est sertie la paroi de l'enveloppe. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'un générateur pyrotechnique conforme à l'invention; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe axiale d'une des cloisons 20 dudit générateur montrées respectivement avant et après ouverture de l'opercule qui l'obture; - la figure 4 est une vue en perspective d'une grille en forme de cuvette, assurant le calage de la charge pyrotechnique contenue dans la seconde chambre de combustion; - la figure 5 représente des courbes illustrant les gabarits de performances et les courbes de pression au sein d'un générateur conforme à l'invention, comparativement à un générateur selon l'état de la technique; - la figure 6 représente un ensemble de courbes illustrant la capacité d'allumage d'un chargement pyrotechnique conforme à l'invention, selon trois modes de réalisation différents. Le générateur pyrotechnique de gaz illustré sur la figure 1 comprend une enveloppe tubulaire 1, de forme cylindrique, dont la paroi 10 est sertie à chacune de ses extrémités sur des bagues de forme générale discoïde 11, respectivement 14. Des bourrelets annulaires, faisant saillie vers l'intérieur, assurent le blocage de la paroi 10 sur les bagues 11, respectivement 14. De manière similaire, la paroi 10 est emboutie dans la partie centrale de l'enveloppe sur deux cloisons transversales parallèles discoïdes, référencées 12 et 13. Dans leur partie centrale, les cloisons 12 et 13 sont traversées par un 5 orifice formant tuyère sur lequel on reviendra plus loin. Les cloisons 12 et 13 présente une épaisseur constante. L'enveloppe 1, les bagues 11 et 14, ainsi que les cloisons 12 et 13 sont traditionnellement réalisées en métal à résistances mécanique et thermique élevées; l'enveloppe 1 est néanmoins réalisée dans un métal qui possède une ductilité suffisante pour permettre le sertissage. Les cloisons 12 et 13 divisent l'intérieur de l'enveloppe 1 en trois chambres, à savoir deux chambres C1 et C2 dites "chambres de combustion" et une troisième chambre T dite "chambre de tranquillisation". Les chambres C1 et C2 "encadrent" la chambre T qui occupe ainsi 15 une position médiane. Le générateur comprend un allumeur 2 qui est associé à une charge pyrotechnique 3, l'allumeur 2 et la charge 3 se trouvant tous deux situés dans la chambre de combustion C1 dite "première chambre" (partie droite de la figure 1). Comme on le voit sur la figure 1, la charge 3 affecte la forme d'un manchon annulaire, de forme générale cylindrique, qui est emmanché avec un faible jeu à l'intérieur de la paroi de l'enveloppe 10. L'allumeur 2 est monté dans la partie centrale de la bague 11 qui forme le support d'allumeur, et est retenu et centré contre la face interne de cette bague au moyen d'un organe de montage approprié 111. Un joint annulaire 20 assure l'étanchéité à ce niveau. La majeure partie de l'allumeur 2 pénètre dans l'espace intérieur à la charge 3. Celle-ci est maintenue en place dans la chambre de combustion 3 par des moyens de centrage appropriés 30 en forme de lame de ressort, et est immobilisée en translation par une grille 6 en forme de coupelle qui est intercalée entre la charge 3 et la cloison 12. L'allumeur 2 est muni d'une paire de broches 21 qui sont destinées à permettre son branchement à une source de courant électrique. Cet allumeur, de type connu, est un initiateur électropyrotechnique. Il 35 comprend un système d'initiation électrique et un capuchon fragmentable renfermant une composition pyrotechnique. En fonctionnement, cette composition pyrotechnique libère des particules et des gaz chauds qui, à leur tour, entraînent la combustion de la charge 3. Cette dernière est composée par exemple de propergol solide, apte à générer une quantité importante de gaz, de manière très rapide. La seconde chambre C2, qui s'étend longitudinalement à l'opposé de la première, présente une structure relativement similaire. Elle présente une longueur plus réduite. La bague 14 qui obture son extrémité distale présente une épaisseur similaire à celle de la bague 11, sauf dans sa partie centrale où s'étend axialement, vers l'intérieur de la chambre de combustion un plot 140 qui occupe une partie de l'emplacement qu'occuperait un initiateur dans un générateur traditionnel. Les dimensions du plot 140 permettent d'ajuster la valeur du volume mort de la seconde chambre C2. La charge 4 qui équipe cette chambre affecte aussi la forme d'un 15 manchon annulaire, de forme générale cylindrique. Elle est maintenue en place par rapport à la bague 14 par des moyens de centrage en forme de lame de ressort annulaire 40 qui entoure le plot 140. La lame 40 est elle-même centrée, positionnée et maintenue par le plot 140. Elle est par ailleurs calée longitudinalement et maintenue à distance de la cloison associée 13 par une grille 6' en forme de cuvette. En se reportant à la figure 3, on constate que cette grille comporte un plateau circulaire 60' très largement ajouré. En l'occurrence, il présente une large ouverture centrale 600', centrée sur l'axe X-X', entourée d'une série de petites ouvertures 601'. L'ouverture 600' se situe en regard de l'orifice 130 formant tuyère. Ce plateau est bordé de quatre "oreilles" 61' en forme de "L" inversé qui s'étendent d'un même côté au-dessus du plateau 60'. Elles sont régulièrement réparties autour du plateau. Leur rebord supérieur s'étend parallèlement au plateau et est destiné à venir s'appuyer contre la cloison 13. Entre chaque parie d"'oreilles" 61', s'étend une patte 62' qui est dirigée à l'opposée de celles-ci. Elles sont donc au nombre de quatre et servent au calage de la charge 4. Comme dit plus haut, les cloisons 12 et 13 séparent les trois chambres deux à deux. Ainsi, la cloison 12 assure la séparation entre la première chambre de combustion C1 et la chambre de tranquillisation T. Elle est traversée par un orifice formant tuyère 120, qui est ici constitué de deux canaux longitudinaux 121. Ils occupent une position centrale, proche de l'axe XX'. Cette tuyère est obturée par un opercule 7 qui est positionné sur la face de la cloison tournée vers l'intérieur de la première chambre de combustion. Cette structure, faisant généralement usage d'un opercule sous la forme d'une fine feuille de matière métallique, permet d'isoler la chambre de combustion du reste du générateur en période de non fonctionnement La cloison 13, qui sépare la chambre de tranquillisation T de la seconde chambre de combustion C2 comporte également un orifice formant tuyère 130. Cet orifice, dans le mode de réalisation présenté ici, se situe exactement en regard de la tuyère 120 de la cloison 12. La tuyère 130 présente une forme généralement tronconique, sa plus large ouverture 131 étant disposée du côté de la chambre de tranquillisation T. La section de la tuyère se réduit au fur et à mesure que l'on se rapproche de la seconde chambre de combustion, pour se terminer par un canal cylindrique 132 de section constante. Elle débouche donc dans cette chambre dans une région centrée sur l'axe XX', là où la grille 6' est complètement évidée. La tuyère 130, est comme la tuyère 120, obturée par un opercule 7'. Ce dernier n'est pas situé du coté de la seconde chambre de combustion, mais contre la face de la cloison 13 située dans la chambre de tranquillisation T. Il obture donc la plus grande ouverture 131 de la tuyère 130. En fonctionnement, un capteur de décélération produit un signal électrique qui est transformé par l'allumeur 2 en signal pyrotechnique, provoquant la combustion de la charge de propergol 3 de la chambre C1. Le propergol génère des gaz et des particules chaudes dans la chambre de combustion C1, dont l'échappement est contrôlé par la tuyère 120. Cet échappement se fait vers la chambre de tranquillisation T. Du fait de l'orientation axiale de ces deux chambres l'une par rapport à l'autre, la majeure partie des gaz continue sa progression longitudinalement, en direction de la cloison 13. Cette progression est facilitée par le fait que le diamètre interne du filtre 5 correspond sensiblement à l'encombrement des deux ouvertures 121 de la 35 tuyère 120. Il n'y a pas de changement de section notable à la sortie de la tuyère. On est alors dans la situation de la figure 2 dans laquelle le flux de gaz est représenté par les flèches G. Ce flux, de pression et température élevées, parvient à percer l'opercule 7' qui garantit l'étanchéité de la seconde chambre de combustion C2 en 5 période de non fonctionnement. C'est la situation de la figure 3. L'homme du métier saura choisir la nature et l'épaisseur de l'opercule afin qu'une fois déchiré, il présente des fragments encore rattachés à la cloison qui laisse une large ouverture d'accès à la tuyère. Pour faciliter la rupture de la partie de l'opercule 7', il est nécessaire, dans la mesure du possible, d'augmenter la surface de l'ouverture 131 qu'il obture. C'est le cas ici, les dimensions de l'ouverture 131 étant surdimensionnées par rapport à celles du canal 132. La présence de l'opercule 7' du côté de la chambre T facilite encore sa rupture par les gaz. S'il était placé de l'autre côté de la cloison, il aurait 15 probablement tendance à s'en détacher complètement. Ces gaz rentrent alors dans la seconde chambre C2. Ils sont canalisés et concentrés dans l'axe du générateur du fait de la forme tronconique de la tuyère 130. Les gaz sont donc guidés efficacement vers la charge 4 qui rentre en combustion à son tour. Les gaz et particules ainsi générés s'échappent alors de la chambre C2 par cette même tuyère, mais en sens inverse, pour gagner la chambre de tranquillisation T. Ils traversent la paroi filtrante du condenseur 5, puis s'échappent par le trou de décharge 8, vers l'intérieur du sac à gonfler. La mise en combustion de la charge de la seconde chambre de combustion sera d'autant plus efficace qu'aucun obstacle ne gênera la progression du flux de gaz de la chambre CI vers la chambre T et de la chambre T vers la chambre C2. C'est la raison pour laquelle il est particulièrement important que la grille 6' soit évidée dans sa partie centrale. La figure 5 représente des courbes représentatives des gabarits de performances et les courbes d'évolution de pression au sein d'un générateur conforme à l'invention, comparativement à un générateur selon l'état de la technique. En abscisse figure le temps (en millisecondes) et en ordonnée la pression en megaPascal. Les courbes A et D sont respectivement les courbes représentatives des gabarits de performances d'évolution de pression d'un générateur présentant la structure générale de la figure 1, mais dont la seconde chambre de combustion est également équipée d'un initiateur. Les courbes B et E sont les courbes correspondantes obtenues avec un générateur conforme à l'invention. Les résultats obtenus montrent que les gabarits de performance et les courbes de pression des deux générateurs sont similaires. Cela illustre donc le parfait fonctionnement du générateur selon l'invention. A la figure 6 est représenté un ensemble de courbes illustrant la capacité d'allumage d'un chargement pyrotechnique conforme à l'invention, selon 10 trois modes de réalisation différents. A nouveau, en abscisse figure le temps (en millisecondes) et en ordonnée la pression en megaPascal. Les courbes F sont obtenues avec un générateur conforme à l'invention, dont la cloison 13 présente un tuyère 130 cylindrique de diamètre constant, l'opercule 7' se situant du côté de la seconde chambre de combustion. Les courbes H sont obtenues avec un générateur conforme à l'invention, dont la cloison 13 présente un tuyère 130 telle que représentée aux figures 1 à 3, l'opercule 7' se situant du côté de la seconde chambre de combustion. Enfin, les courbes J sont obtenues avec un générateur conforme à l'invention, dont la cloison 13 présente un tuyère 130 telle que représentée aux figures 1 à 3, l'opercule 7' se situant du côté de la chambre de tranquillisation. La comparaison de ces trois "familles" de courbes montre que les meilleurs résultats sont obtenus avec la structure citée en référence aux courbes J. Cette structure facilite en effet l'entrée du flux de gaz dans la seconde chambre de combustion. Les courbes H montrent systématiquement des pics de pression qui traduisent l'éjection de l'opercule dans la seconde chambre de combustion, générant ainsi des perturbations de fonctionnement du générateur. Le générateur selon l'invention permet d'allumer efficacement le 30 chargement pyrotechnique d'une chambre de combustion qui ne possède pas d'initiateur traditionnel. Par rapport à un générateur de même encombrement possédant un initiateur par chambre et montrant un décalage d'allumage des deux chambres de l'ordre de 5 ms, le générateur conforme à l'invention procure des performances similaires en utilisant moins de composants. A ce titre, l'absence d'initiateur de la seconde chambre de combustion permet de se dispenser de fusible thermique à ce niveau. REVENDICATIONS 1. Générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile, comprenant une enveloppe tubulaire (1) fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons (12, 13) qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir deux chambres de combustion (C1, C2) contenant chacune au moins une charge pyrotechnique (3, 4), disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de tranquillisation (T) communiquant avec au moins une ouverture de décharge (8) ménagée dans la paroi (10) de l'enveloppe (1), ces cloisons étant traversées par au moins un orifice longitudinal (120, 130) formant tuyère qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique (3, 4) des chambres de combustion (C1, C2) vers la chambre de tranquillisation (T), ces gaz pouvant ensuite s'échapper de la chambre de tranquillisation (T), via ladite ouverture de décharge (8), notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable, caractérisé par le fait qu'une seule (C1) desdites chambres de combustion (C1, C2) dite première chambre - est pourvue d'un allumeur (2) de ladite charge pyrotechnique (3), de sorte que les gaz générés par la combustion de la charge de la première chambre (C1) traversent ladite chambre de tranquillisation (T) et rentrent dans la chambre de combustion (C2) dépourvue d'allumeur dite seconde chambre où ils provoquent la combustion de la charge (4) qui y est présente, pour ressortir au travers de l'ouverture de décharge (8), via la chambre de tranquillisation (T). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les orifices (120, 130) formant tuyère de chacune des cloisons (12, 13) s'étendent longitudinalement en regard l'un de l'autre. 3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits orifices (120, 130) sont centrés sur son axe longitudinal (X-X'). 4. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'orifice (130) formant tuyère de la cloison (13) séparant la chambre de tranquillisation (T) de ladite seconde chambre (C2) présente une forme tronconique, sa plus large ouverture (131) étant disposée du côté de la chambre de tranquillisation (T). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cloison (13) qui sépare la chambre de tranquillisation (T) de la seconde chambre de combustion (C2) comporte, sur sa face contenue dans la chambre de tranquillisation (T), un opercule d'obturation (7) dudit orifice (130) formant tuyère, cet opercule étant percé seulement quand les gaz générés par la combustion de la charge (3) de la première chambre (C1) traversent ladite chambre de tranquillisation (T). 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, qui comprend une charge pyrotechnique (4) dans la seconde chambre (C2) sous la forme d'un bloc, caractérisé par le fait que cette charge est calée longitudinalement et maintenue à distance de la cloison associée (13) par une grille (6') en forme de cuvette, cette grille étant évidée en regard dudit orifice (130) formant tuyère. 7. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite seconde chambre de combustion (C2) est dépourvue de fusible thermique. 8. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite enveloppe tubulaire (1) possède une paroi cylindrique (10) et que lesdites cloisons (12, 13) consistent en des rondelles sur laquelle est sertie la paroi (10) de l'enveloppe.