Brevet FR2876968A1 — publié le 20060428

La présente invention se rapporte à un générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile. Les générateurs de gaz pyrotechniques pour la sécurité automobile utilisent des charges pyrotechniques constituées de propergol dont la vitesse de 5 combustion est dépendante de la pression de fonctionnement. Ainsi, en dessous d'une certaine pression, le propergol s'éteint, et audessus de sa plage de pression nominale, ses performances de combustion changent rapidement. On a déjà proposé des solutions permettant de résoudre ce problème. Ainsi, on décrit dans le document US-A-5 700 030 un générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, qui comprend une première chambre de combustion renfermant un initiateur pyrotechnique et une charge pyrotechnique dont la combustion est déclenchée par ledit initiateur, et une seconde chambre de diffusion, dans laquelle sont transférés les gaz résultant de la combustion de ladite charge avant leur évacuation vers l'extérieur. Ces deux chambres sont séparées l'une de l'autre par une cloison qui présente un orifice de communication fermé par un opercule. La chambre de diffusion est pourvue d'un piston apte à obturer ou non ledit orifice en fonction de la pression de gaz dans la chambre. Ce piston est constamment rappelé dans sa position de fermeture de l'orifice par un ressort Belleville. Dans la pratique, dès que la pression de gaz dans la chambre de combustion est suffisamment importante, elle repousse le piston en comprimant le ressort. Cela permet de gérer au mieux la combustion du propergol. Dans le document JP-A-08/156737, on décrit un générateur de gaz pour coussin de sécurité, dans lequel sont également prévus des moyens de régulation de la pression dans la chambre de combustion. Celle-ci est formée d'un boîtier fixe à paroi cylindrique ajourée, et d'un piston, constitué également d'un cylindre, apte à coulisser dans le boîtier. En fonction de la position du piston, un nombre plus ou moins grand de trous dans la paroi est découvert, ce qui fait communiquer la chambre de combustion avec la chambre de diffusion. Dans certains modes de réalisation, le piston est monté sur ressort. Dans une autre variante, une masse de matériau élastiquement déformable autorise le coulissement réversible du piston. Dans le document US-A-6 062 598, le générateur hybride à réserve de gaz qui y est décrit, comprend une vanne placée transversalement entre les chambres de combustion et de diffusion. Cette vanne a pour fonction d'obturer en partie un canal reliant les deux chambres. La vanne comprend un piston solidaire d'un élément de type ressort métallique sensible à la chaleur. Selon la position du piston, la section efficace du canal varie en fonction de la température pour compenser les différences de pression dans la réserve de gaz liées à la température. Cependant, il est clairement précisé que le canal entre les deux chambres n'est jamais complètement obturé. Il est également indiqué que la position de la vanne est fixe pendant le fonctionnement du générateur. En effet, le mouvement de la vanne est induit uniquement par l'élément métallique sensible à la chaleur. La gamme de températures à l'intérieur de laquelle un générateur doit fonctionner s'étend typiquement entre -35 C et +85 C. La vitesse de combustion du propergol est également dépendante de la température, ce qui fait qu'avec une section de contrôle de débit fixe, la pression dans la chambre de combustion augmente avec la température, induisant des différences de performance suivant la température. Les systèmes décrits dans les US-A-5 700 030 et JP-A-08/156737 25 précités ne permettent pas de résoudre ce problème car les moyens qu'ils contiennent ont un fonctionnement indépendant de la température. Quant à celui décrit dans le US-A-6 062 598, sa mise en oeuvre est strictement fonction de la température et ne tient pas compte de la pression dans la chambre de combustion. La présente invention a pour but essentiel de proposer un générateur dont le fonctionnement est régulé en tenant compte à la fois de la pression dans la chambre de combustion et de la température extérieure. Ainsi, l'invention concerne principalement un générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, qui comprend: - une première chambre de combustion renfermant un initiateur pyrotechnique et une charge pyrotechnique dont la combustion est déclenchée par ledit initiateur; - une seconde chambre de diffusion, dans laquelle sont transférés 5 les gaz résultant de la combustion de ladite charge avant leur évacuation vers l'extérieur, ces deux chambres étant séparées l'une avec l'autre par une cloison dite "tuyère", qui présente au moins un orifice de communication. Selon l'invention, ladite chambre de diffusion est pourvue d'un piston apte à obturer ou non ledit orifice en fonction de la pression de gaz dans la chambre, ce piston étant rappelé dans sa position de fermeture de l'orifice par une masse en matériau élastiquement déformable, ladite masse présentant une raideur variable en fonction de la température, cette raideur diminuant quand la température augmente. Grâce à cette caractéristique, si la température extérieure est basse, la raideur de la masse augmente, ce qui réduit l'aire de passage des gaz à travers l'orifice et, par voie de conséquence, augmente la pression dans la chambre de combustion. Inversement, si la température est élevée, la raideur diminue, ce qui augmente l'aire de passage et réduit la pression dans la chambre de combustion. 20 Ainsi, ladite pression est régulée au mieux. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce générateur: - ladite masse en matériau élastiquement déformable est en élastomère; - ladite masse est constituée d'un tampon cylindrique; lorsque le générateur présente une forme essentiellement cylindrique d'axe longitudinal, ledit orifice et ledit piston s'étendent selon ledit axe; l'extrémité proximale du piston, qui vient obturer ledit orifice, présente un profil tronconique. Enfin, l'invention se rapporte à un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, tel qu'un déclencheur d'airbag ou un rétracteur de ceinture de sécurité, qui est équipé d'un générateur selon l'une des caractéristiques présentées ci-dessus. 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, selon un plan de coupe médian et longitudinal, d'un générateur conforme à l'invention, le piston qui l'équipe étant représenté dans une position de fermeture de l'orifice qui équipe la cloison de séparation des deux chambres; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du piston, de sa masse élastomère associée et de la cloison de séparation des deux chambres; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, le piston étant représenté en position rétractée, dans laquelle il est détaché de ladite cloison. Le générateur de gaz représenté partiellement aux figures 1 et 3 annexées comporte essentiellement une chambre de combustion C et une chambre de diffusion D. Ce générateur est constitué d'une enceinte formée d'un corps cylindrique creux métallique 1 d'axe X-X', qui présente des orifices d'évacuation des gaz 100 orientés radialement et situés dans la paroi de la chambre de diffusion (ou de tranquillisation) D. Les extrémités opposées de cette enceinte sont fermées par des parois d'obturation serties 11 et 13. Une cloison transversale épaisse 12, également appelée "tuyère", sépare l'enceinte en ladite chambre de combustion C qui communique avec la paroi 11, et en ladite chambre de diffusion D qui communique avec la paroi 13. La cloison 12 présente un orifice 14 qui fait communiquer les deux chambres C et D. La cloison ou tuyère 12 est obturée par un opercule 120 formé par exemple d'un film fin métallique. L'orifice 14 est centré sur l'axe X-X'. Il est constitué, de la chambre C en direction de la chambre D, d'un tronçon cylindrique de section circulaire constante 140 qui débouche sur un tronçon de forme tronconique 141. Ce tronçon tronconique communique donc avec la chambre D par une ouverture plus large que celle qui fait communiquer le tronçon 140 avec la chambre C Un initiateur 2 est monté au niveau d'une ouverture 110 centrée sur 30 l'axe X-X', que présente la paroi 11. Il y est fixé et calé à l'aide de moyens appropriés. Un chargement pyrotechnique 3, constitué par exemple de propergol, entoure l'initiateur. Il a une forme annulaire et son axe de révolution est confondu avec l'axe X-X'. Dans une forme de réalisation non représentée, ce chargement peut 35 être constitué de pastilles. Le bloc est calé à l'aide d'une grille 4 qui s'appuie par ailleurs sur la cloison 12. Dans la chambre D est monté, centré sur l'axe X-X', un piston 5. Il s'agit d'un piston constitué par exemple d'un corps métallique dont l'extrémité proximale, qui vient obturer l'orifice 14, présente un profil tronconique 50 sensiblement complémentaire de celui du tronçon 141 précité. Dans un mode de réalisation non représenté, le profil tronconique du piston 50 est complémentaire de celui du tronçon 141. Cette variante permet de réduire les risques de fuites entre le piston 5 et la cloison ou tuyère 12. Bien entendu, en fonction de la forme particulière de l'orifice 14, la forme et la dimension du piston 5 sont adaptées en conséquence. En arrière du piston 5 est montée une masse en matériau élastiquement déformable 6 qui est constitué ici d'un tampon en élastomère. Il s'agit d'un tampon cylindrique dont l'encombrement en position de repos, c'est à dire à l'état non comprimé représenté à la figure 1, est par exemple égal à celui du piston. Ce tampon est engagé et bloqué en arrière du piston 5, au moyen d'une collerette périphérique 51 qui est d'une pièce avec ce dernier. Conformément à la présente invention, la masse 6 a la particularité 20 de présenter une raideur variable en fonction de la température, cette raideur diminuant quand la température augmente. En d'autres termes, cette raideur est importante aux basses températures et d'une valeur moins élevée à des températures supérieures. L'élastomère utilisé présente par exemple comme caractéristique le fait que sa raideur varie de 20 à 40 % de la plage de température -40 C/+100 C. Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement d'un tel générateur, ce qui permettra de bien mettre en avant l'intérêt des caractéristiques rappelées ci-dessus. Avant tout déclenchement du générateur 1, les éléments qui le constituent occupent la position illustrée à la figure 1, ce qui signifie que la masse 6 tend à pousser le piston 5 contre la cloison 12, de manière à en obturer l'orifice 14. En fonctionnement, un courant de mise à feu est transmis à l'initiateur 2 par des broches 20. Cet allumage provoque alors l'initiation de la charge contenue dans le capuchon de l'initiateur. Par suite d'une augmentation de pression dans celui-ci, celui-ci s'ouvre et/ou se fragmente, ce qui autorise la sortie des gaz et d'une flamme vers l'extérieur, c'est à dire dans la chambre C. La flamme et les gaz provoquent à leur tour l'allumage du 5 chargement pyrotechnique 3. Les gaz résultant de cette combustion vont faire augmenter progressivement la pression à l'intérieur de la chambre C. Au-delà d'un certain niveau de pression (de l'ordre de 1OMPa), l'opercule 120 est rompu sous l'effet du cisaillement. Le gaz sous pression agit alors sur le piston 5. Cette pression génère un effort sur le piston 5 et la masse d'élastomère 6, dans le sens de la flèche F de la figure 1. Sous l'effet de cet effort, la masse 6, "emprisonnée" axialement entre le piston 5 et la cloison 13, va se contracter axialement et, dans le même temps, gonfler radialement, autorisant ainsi un déplacement axial du piston dans le sens de la flèche F précitée et l'ouverture de l'orifice 14. Il existe alors un jeu j (voir figure 2) entre le profil tronconique 50 du piston et l'orifice 14, qui est mis à profit pour évacuer les gaz vers la chambre D. C'est ce jeu et plus particulièrement son évolution dynamique qui vont piloter et contrôler la combustion du chargement de propergol (bloc ou pastilles). Si la pression dans la chambre de combustion C s'élève, le jeu j et, par conséquent l'aire disponible pour le transfert des gaz augmentent, ce qui provoque alors une baisse de pression dans ladite chambre. Inversement, en cas de pression trop basse, le jeu j diminue, ce qui 25 fait que la pression remonte. Comme précisé plus haut, l'élastomère choisi possède une raideur variable en fonction de la température. Ainsi, lorsque la température extérieure est basse, par exemple de l'ordre de 35 C, la raideur de l'élastomère augmente, de sorte que le jeu j a une valeur faible, ce qui contribue à faire augmenter la pression dans la chambre de combustion C. Au contraire, quand la température est plus élevée, par exemple de l'ordre de 85 C, la raideur diminue, de sorte que le jeu j est plus important, ce qui autorise une baisse de pression dans la chambre de combustion. Un premier avantage d'une telle structure consiste dans le fait que l'on augmente ainsi la reproductibilité des performances du générateur dans la gamme usuelle de températures. Par ailleurs, l'utilisation d'un élastomère à raideur variable permet de lisser les performances du propergol dans cette même gamme de températures. De plus, les pressions dans la chambre de combustion présentent moins de variations, par abaissement de la pression maximale, ce qui permet d'alléger la structure tout en conservant le même coefficient de sécurité. En supposant que le générateur soit soumis à un brasier, la masse de matériau élastomère va fondre, de sorte que le piston 5 va se détacher de l'orifice 14. De ce fait, la masse de propergol pourra rentrer en combustion à une pression relativement basse, évitant ainsi des dégradations de la structure de générateur, par éjection ou fragmentation. A titre indicatif, la masse présente les valeurs de raideur suivantes: Pour une dureté Shore de 60: à -40 C: 157 kN/mm; à 25 C: 142 kN/mm; à 90 C: 129 kN/mm. - Pour une dureté Shore de 80: à -40 C: 192 kN/mm; à 25 C: 157 kN/mm; à 90 C: 114 kN/mm. REVENDICATIONS 1. Générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, qui comprend: - une première chambre de combustion (C) renfermant un initiateur pyrotechnique (2) et une charge pyrotechnique (3) dont la combustion est 5 déclenchée par ledit initiateur; - une seconde chambre de diffusion (D), dans laquelle sont transférés les gaz résultant de la combustion de ladite charge (3) avant leur évacuation vers l'extérieur, ces deux chambres (C, D) étant séparées l'une avec l'autre par une cloison (12) dite "tuyère", qui présente au moins un orifice (14) de communication, caractérisé par le fait que ladite chambre de diffusion (D) est pourvue d'un piston (5) apte à obturer ou non ledit orifice (14) en fonction de la pression de gaz dans la chambre de combustion (C), ce piston (5) étant rappelé dans sa position de fermeture de l'orifice (14) par une masse (6) en matériau élastiquement déformable, ladite masse (6) présentant une raideur variable en fonction de la température, cette raideur diminuant quand la température augmente. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite masse (6) en matériau élastiquement déformable est en élastomère. 3. Générateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par 20 le fait que ladite masse (6) est constituée d'un tampon cylindrique. 4. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3 qui présente une forme essentiellement cylindrique d'axe longitudinal (X-X'), caractérisé par le fait que ledit orifice (14) et ledit piston (5) s'étendent selon ledit axe (X-X'). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'extrémité proximale (50) du piston (5), qui vient obturer ledit orifice, présente un profil tronconique. 6. Dispositif de sécurité pour véhicule automobile, tel qu'un déclencheur d'airbag ou un rétracteur de ceinture de sécurité, équipé d'un générateur (1) selon l'une des revendications précédentes.