Brevet FR2890020A1 — publié le 20070302

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. On décrit dans le document WO-A-99 42340 un dispositif de régulation de pression qui comprend une valve actionnée en translation. Cette valve a pour fonction d'obstruer au moins en partie les orifices de sortie des gaz hors du générateur. Le niveau d'obturation des orifices de sortie est déterminé en fonction des caractéristiques du choc (sévérité, position et taille de l'occupant, etc.). Dans le document US-A-5 984 352 est décrit un générateur de gaz muni d'un dispositif de régulation de la pression dans la chambre de combustion. Il est constitué par le boîtier du générateur qui se déforme lors de l'activation du générateur pour former des orifices de sortie des gaz hors de la chambre de combustion. La surface des orifices de sortie varie en fonction de la pression dans la chambre de combustion, de sorte que celle-ci s'autorégule. La gamme de températures à l'intérieur de laquelle un générateur doit 30 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, JP-A-08/156737, WO-A-99 42340 et US-A-5 984 352 précités ne permettent pas de résoudre ce problème car les moyens qu'ils contiennent ont un fonctionnement indépendant de la température. De plus, le système du US-A-5 984 352 fait usage d'un boîtier du générateur qui se déforme. Il est donc nécessaire d'avoir recours à un boîtier spécifique, les boîtiers de type courant, non déformables, n'étant pas utilisables. 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 10 dont le fonctionnement est régulé en tenant compte à la fois de la pression dans la chambre de combustion et de la température extérieure. Elle a aussi pour but de parvenir au résultat ci-dessus en employant un générateur de type classique, c'est à dire dont l'enveloppe n'est pas déformable. 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 20 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 un orifice de communication, Ce générateur est essentiellement remarquable en ce que ladite chambre de combustion renferme des moyens aptes à en faire varier le volume en fonctionnement, en fonction de la température, à savoir que ce volume augmente quand la température augmente et inversement, sans modification du volume global dudit générateur. Grâce à cette caractéristique, si la température est élevée, l'augmentation de pression dans la chambre de combustion va être au moins en partie compensée par l'augmentation de son volume et inversement, quand la température baisse. Cela permet d'obtenir une progression régulière de la combustion du propergol du fait que la pression dans la chambre de combustion reste au voisinage 35 de la pression nominale. La pression est donc régulée au mieux. Conformément à un mode de réalisation particulièrement préféré, lesdits moyens comprennent: - un piston monté coulissant dans ladite chambre de combustion, lié à une tige creuse traversant l'orifice de communication de ladite cloison, dont les extrémités opposées débouchent respectivement dans lesdites chambres de combustion et chambre de diffusion; ainsi que une masse en matériau élastiquement déformable intercalée entre le piston et ladite cloison, cette masse présentant une raideur variable en fonction de la température, cette raideur diminuant quand la température augmente, et inversement. On peut donc se servir d'un générateur dont l'enveloppe externe est inchangée, puisque lesdits moyens sont intégralement contenus dans celleci et n'en 15 modifie pas le volume global. Selon encore 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 annulaire cylindrique, traversé par ladite tige; - le générateur présente une forme essentiellement cylindrique d'axe longitudinal et ledit orifice et ladite tige s'étendent selon ledit axe; - ladite chambre de combustion est obturée par un opercule qui cède seulement quand une valeur prédéterminée de pression dans la chambre est atteinte; - ledit opercule est solidaire dudit piston et obture l'extrémité de la tige qui communique avec ladite chambre de combustion. 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: - les figures 1 et 2 sont des vues, selon un plan de coupe médian et 35 longitudinal, d'un générateur conforme à l'invention, dans deux positions différentes du piston, dans lesquelles il ne comprime pas, respectivement il comprime une masse d'élastomère. Le générateur de gaz représenté partiellement aux figures 1 et 2 annexées comporte essentiellement une chambre de combustion C et une chambre 5 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 et sertie 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 120 qui fait communiquer les deux chambres C et D. L'orifice 120 est centré sur l'axe X-X'. Un initiateur 2 est monté au niveau d'une ouverture centrée sur l'axe XX', que présente la paroi 11. Il y est fixé et calé à l'aide de moyens appropriés. Un chargement pyrotechnique 3, constitué par exemple d'un bloc 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 être constitué de pastilles. Le bloc est calé à l'aide d'une grille 4. Il s'appuie contre elle, sans qu'aucun moyen de fixation ne les lie. Cette grille est largement ajourée, ainsi que cela est bien connu, pour permettre le passage des gaz de combustion, ainsi qu'on l'expliquera plus loin dans la description. Dans la chambre D est monté, centré sur l'axe X-X', un piston 5. Il s'agit d'un piston discoïde constitué par exemple d'un corps métallique plein. Il est conformé pour pouvoir coulisser longitudinalement sans jeu, à l'intérieur du corps 1. Le piston 5 présente, centrée sur l'axe longitudinal X-X', une 35 ouverture cylindrique 50 qui fait communiquer ses deux faces opposées. Dans cette ouverture est engagée la première extrémité 60 d'une tige creuse 6, qui constitue un arbre d'actionnement pour le piston. Cette extrémité affleure à la surface du piston qui se situe du côté de la chambre de combustion C. Tel que cela est montré à la figure 1, l'extrémité 60 et, par conséquent, l'ouverture 50 sont obturées par un opercule 8 fixé sur le corps du piston 5. La tige creuse 6 est par ailleurs engagée à coulissement dans l'orifice 120 de la cloison de séparation 12 entre les chambres C et D. Toujours en référence à la figure 1, la seconde extrémité 61 de la tige affleure à la surface de la cloison 12 située du côté de la chambre de diffusion D. En supposant que l'opercule 8 soit ouvert (ce qui n'est pas le cas sur les figures), la tige 6 constitue alors le seul canal de communication entre les chambres de combustion C et de diffusion D. En arrière du piston 5 est montée une masse en matériau élastiquement déformable 7 qui est constituée ici d'un tampon en élastomère. Il s'agit d'un tampon cylindrique et annulaire, qui est engagé à coulissement sur la tige 6. Ce tampon est donc "pris en sandwich", c'est à dire emprisonné entre 20 le piston 5 et la cloison 12. Conformément à la présente invention, la masse 7 a la particularité de présenter une raideur variable en fonction de la température, cette raideur diminuant quand la température augmente et inversement. 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 % dans la plage de température -40 C/+ 100 C. Aux températures les plus basses, dans laquelle sa raideur est élevée, le tampon 7 présente une longueur telle que la grille 4 est "coincée" entre le bloc 3 et le piston 5. Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement d'un tel générateur. Avant tout déclenchement du générateur 1, celui-ci étant supposé stocké à température ambiante, les éléments qui le constituent occupent la position 35 illustrée à la figure 1. On a appelé VM la portion du volume de la chambre de combustion C qui n'est pas occupée par la charge 3. Dans la position de la figure, cette portion ou "volume mort" correspond à l'espace occupé par la grille 4. En fonctionnement, un courant de mise à feu est transmis à 5 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 chargement pyrotechnique 3. Les gaz résultant de cette combustion vont faire augmenter progressivement la pression et la température à l'intérieur de la chambre C. Avec cette augmentation de température, la raideur du tampon 7 baisse, de sorte que sous l'effet de la pression dans la chambre de combustion, le piston coulisse en comprimant ce tampon. Celui-ci se rétracte et voit son diamètre augmenter. On se situe alors dans la position de la figure 2 dans laquelle le volume VM est nettement supérieur à celui de la figure 1. Les gaz déplacent par la 20 même occasion la grille 4. Le volume global de la chambre de combustion C ayant augmenté, la pression a tendance à baisser, de sorte que la progression de la combustion de la charge reste régulière. Bien entendu, au-delà d'un certain niveau de pression (par exemple de l'ordre de2O MPa), l'opercule 8 cède. Les gaz sous pression s'engouffrent alors à l'intérieur de la tige 6, pénètrent dans la chambre de diffusion D et en ressortent par les orifices 100. 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, 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, ce qui autorise une baisse de pression dans la 35 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. Lors d'un test de destruction par dépôt d'un générateur dans un brasier, on note que le matériau élastomère fond, de sorte que la combustion du propergol peut avoir lieu à une pression basse, ce qui évite des dégradations de la structure du générateur (éjection ou fragmentation). A titre indicatif, la masse 7 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; à25 C:157kN/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 un orifice (120) de communication, caractérisé par le fait que ladite chambre de combustion renferme également des moyens (5; 6) aptes à en faire varier le volume en fonctionnement, en fonction de la température, à savoir que ce volume augmente quand la température augmente et inversement, sans modification du volume global dudit générateur. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens comprennent: - un piston (5) monté coulissant dans ladite chambre de combustion (C), lié à une tige creuse (6) montée mobile à travers l'orifice (120) de communication de ladite cloison (12), dont les extrémités opposées (60; 61) débouchent respectivement dans lesdites chambres de combustion (C) et chambre de diffusion (D), ainsi que - une masse (7) en matériau élastiquement déformable intercalée entre le piston (5) et ladite cloison (12), cette masse (7) présentant une raideur variable en fonction de la température, celle-ci diminuant quand la température augmente, et inversement 3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite masse (7) en matériau élastiquement déformable est en élastomère. 4. Générateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite masse (7) est constituée d'un tampon annulaire cylindrique, traversé par ladite tige (6). lo 5. Générateur selon l'une des revendications 2 à 4 qui présente une forme essentiellement cylindrique d'axe longitudinal (X-X'), caractérisé par le fait que ledit orifice (120) et ladite tige (6) s'étendent selon ledit axe (X-X'). 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite chambre de combustion (C) est obturée par un opercule (8) qui cède seulement quand une valeur prédéterminée de pression dans la chambre est atteinte. 7. Générateur selon la revendication 6, en combinaison avec l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que ledit opercule (8) est solidaire dudit piston (5) et obture l'extrémité de la tige (6) qui communique avec ladite chambre de combustion (C). 8. Dispositif de sécurité pour véhicule automobile, tel qu'un déclencheur d'airbag ou un réfracteur de ceinture de sécurité, équipé d'un générateur (1) selon l'une des revendications précédentes.