Brevet FR2894658A1 — publié le 20070615

La présente invention se rapporte à un générateur de gaz de type hybride, pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile. De manière générale, ce genre de générateur comprend : - une chambre de combustion renfermant un initiateur pyrotechnique 5 et une charge pyrotechnique génératrice de gaz, dont la combustion est déclenchée par ledit initiateur et qui comprend au moins une matière oxydante ; - un réservoir de gaz qui est fermé, en direction de la chambre de combustion, par un opercule, cet opercule étant apte à céder lors de la combustion de ladite charge, afin de libérer le gaz du réservoir et l'évacuer vers l'extérieur. 10 Habituellement, une chambre de transfert et de diffusion est intercalée entre la chambre de combustion et le réservoir de gaz. Les gaz générés par la combustion de la charge traversent cette chambre de transfert pour atteindre l'opercule qui constitue alors une barrière entre elle et le réservoir de gaz. Il s'agit généralement d'une fine pellicule métallique. 15 Lorsque l'opercule cède, les gaz froids présents dans le réservoir envahissent la chambre de transfert, se mélangent aux gaz chauds générés par la combustion de la charge pyrotechnique et s'évacuent vers l'extérieur, via des ouvertures périphériques, en direction du coussin à gonfler. Le flux de gaz chauds générés par la combustion de la charge 20 pyrotechnique peut être suffisant pour fragiliser mécaniquement l'opercule, de telle sorte qu'il cède. Mais ce n'est pas toujours le cas. Et cela a bien entendu des répercussions néfastes sur le temps et la qualité de gonflage du coussin. C'est notamment la raison pour laquelle il a été développé des générateurs de gaz qui intègrent une pièce mécanique mobile qui a pour fonction de 25 venir en contact avec l'opercule en vue de le perforer, de le fractionner ou de le détacher au moins partiellement de son siège, de manière à mettre en communication le réservoir de gaz avec le reste du générateur. A titre d'exemples de telles pièces mécaniques, on peut citer un projectile, un pilier perforateur ou un piston. 30 Mais ce genre de solution a forcément des répercussions notables sur le prix de revient du générateur. Par ailleurs, la mise en place de cette pièce dans le générateur occasionne une augmentation de son encombrement et de sa masse. La présente invention a pour objectif de résoudre ces problèmes en 35 proposant un générateur dont l'opercule cède, sans avoir à faire intervenir le déplacement d'une pièce mécanique, c'est-à-dire en faisant essentiellement usage du flux de gaz chauds générés par la combustion de la charge pyrotechnique. On a donc affaire à un générateur de gaz de type hybride, pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, qui comprend au moins : - une chambre de combustion renfermant un initiateur pyrotechnique et une charge pyrotechnique génératrice de gaz, dont la combustion est déclenchée par ledit initiateur et qui comprend au moins une matière oxydante ; - un réservoir de gaz qui est fermé, en direction de la chambre de combustion, par un opercule, cet opercule étant apte à céder lors de la combustion de ladite charge, afin de libérer le gaz du réservoir et l'évacuer vers l'extérieur. Selon l'invention, ladite chambre de combustion renferme également une charge d'au moins un métal, cette charge étant distincte de la charge pyrotechnique. Le présent demandeur a constaté, sur des générateurs usagés, que les restes de l'opercule ouvert présentaient des traces d'impact, constituant très probablement des zones de fragilisation qui auraient occasionné son ouverture. Sous l'effet de la combustion, la charge de métal s'oxyde selon une réaction d'oxydo-réduction exothermique et se liquéfie au moins partiellement, le métal en fusion ainsi généré étant entraîné dans le flux de gaz et percute ledit opercule, de sorte que sa résistance mécanique est suffisamment amoindrie pour qu'il cède. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce générateur : - ladite charge qui comprend plus d'un métal et se présente sous la 25 forme d'un alliage ; - ladite charge de métal présente une grande surface d'échange ; - ladite charge se présente notamment sous forme de billes, de poudre, de fils enchevêtrés ou non, d'une grille, ou d'une pièce frittée ; - ledit métal est choisi dans la liste suivante : Al, Zn, Si, Mg, Sn, Mn 30 et B. - le rapport en poids charge de métal / charge pyrotechnique est compris entre 2 et 30 %. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre de certains modes de réalisation. Cette description, donnée à titre non limitatif, sera faite en référence aux figures annexées dans lesquels : 35 - la figure 1 est une vue simplifiée, en coupe longitudinale, d'un générateur hybride auquel la présente invention est susceptible de s'appliquer ; - la figure 2 est une vue partielle, également en coupe longitudinale, d'un générateur selon l'invention, destinée plus particulièrement à montrer un emplacement préférentiel de ladite charge de métal ; - la figure 3 est une vue de face d'une première forme de réalisation de ladite charge ; - la figure 4 est une vue partielle, de face, d'une deuxième forme de réalisation de cette charge. A la figure 1 est représenté un générateur susceptible de mettre en oeuvre les caractéristiques de la présente invention. Il s'agit d'un générateur hybride de structure généralement connue en soi. Ce générateur 1 est constitué essentiellement d'une enceinte 2 à 15 laquelle est raccordée un réservoir de gaz 3. L'enceinte 2 est formée d'un corps creux cylindrique et métallique, d'axe longitudinal X-X'. Un initiateur 4 est monté au niveau d'une ouverture d'extrémité amont (sur la gauche de la figure), centrée sur l'axe X-X', que présente sa paroi 20. 20 Il y est calé à l'aide de moyens appropriés. Cet initiateur communique avec une charge pyrotechnique 5 qui occupe une chambre de combustion C. Dans l'exemple représenté ici, la charge est par exemple constituée de propergol. Elle se présente sous la forme d'un ensemble de pastilles. Dans une variante de réalisation, cette charge pourrait avoir une autre forme, par exemple constituée d'un bloc, notamment annulaire, avec son axe de révolution confondu avec l'axe X-X'. Une grille 6 borde la charge pyrotechnique 5 et constitue, en quelque sorte, l'extrémité aval de la chambre de combustion C. L'ensemble constitué par l'initiateur 4 et son support, la charge pyrotechnique 5 et la grille 6 est contenu dans une "boîte" sertie 22, constituée par un film métallique de faible épaisseur qui confère une unité à l'ensemble. Sa structure est fragilisée, de telle manière qu'elle cède dès lors que sa pression interne augmente. 35 Cette boîte facilite le montage et contribue au fonctionnement du générateur. 25 30 La chambre de combustion C borde une chambre de transfert et de tranquillisation T qui est constituée d'un ensemble tubulaire 7 à section longitudinale en forme générale de "H" , dont une cloison 70 est orientée transversalement et percée d'une ouverture axiale 71. Entre l'ensemble 7 et la paroi longitudinale 20 de l'enceinte 2 subsiste un espace périphérique annulaire, qui constitue une chambre de diffusion D. Il y est placé un filtre ou écran 100 dont on expliquera plus loin la fonction. La paroi périphérique de l'ensemble 7 est pourvue d'ouvertures radiales 72, qui ont pour fonction de permettre la sortie des gaz résultant de la combustion de la charge 5, vers la chambre de diffusion D, qui est elle-même pourvue d'ouvertures radiales 200 (formées dans la paroi 20). Les gaz peuvent alors s'évacuer vers l'extérieur du générateur, à l'intérieur d'un coussin gonflable non représenté. Le filtre ou écran 100 présent dans la chambre D ralentit le débit de 15 gaz et retient d'éventuelles particules. L'ouverture 71 se situe en regard d'une autre ouverture 210 formée dans la paroi d'extrémité aval et transversale 21 de l'enceinte 2, qui la fait communiquer avec le réservoir de gaz 3. Ce réservoir a une forme tubulaire allongée. Sa paroi 30 présente, à 20 son extrémité opposée à l'enceinte 2, une sut-épaisseur 31 dont une ouverture axiale permet son remplissage et est normalement obturée par un bouchon 32. En période de non fonctionnement, l'ouverture 210, qui fait communiquer l'enceinte 2 avec le réservoir 3, est obturée par un opercule 8, particulièrement visible à la figure 2. 25 Cet opercule est par exemple constitué d'une fine feuille d'un matériau métallique. Le fonctionnement d'un tel générateur est assez classique. Ainsi, dès que l'initiateur 4 est mis en route, celui-ci provoque la combustion de la charge 5 dont le flux de gaz et de particules est filtré par la grille 30 6. La "boîte" 22 est prévue pour céder facilement sous la pression de gaz, de sorte que ceuxci envahissent la chambre T et passent au travers de l'ouverture 71 formant tuyère. En quelque sorte, cette tuyère "concentre" le flux de gaz en direction de l'opercule 8. Le flux atteint donc l'opercule 8 qui cède sous la pression et la température. La partie restante du flux s'échappe du générateur par les ouvertures 35 100, tandis que la réserve de gaz présente dans le réservoir envahit la chambre T, pour ressortir également par les ouvertures 100. Les gaz chauds se mélangent alors avec les gaz froids du réservoir avant de sortir vers l'extérieur, via les ouvertures 200 de la chambre de diffusion D. Tel est le principe de fonctionnement théorique, mais on a vu plus haut que l'ouverture dudit opercule 8 peut présenter des problèmes. Conformément à l'invention, la charge pyrotechnique 5 qui est présente dans la chambre de combustion comprend au moins une matière oxydante. En d'autres termes, sa combustion libère de l'oxygène ou des matières oxygénées. Ceci est le cas de la majorité des charges pyrotechniques du marché et notamment des charges à base de propergol. Selon l'invention, la chambre de combustion C renferme également une charge d'au moins un métal, cette charge étant distincte de la charge pyrotechnique 5. Par le terme "métal", on entend dans l'ensemble de la présente demande, les éléments du tableau périodique qui sont situés à gauche de la diagonale partant du bore et allant jusqu'au polonium, les éléments placés sur cette diagonale, habituellement qualifiés de "métalloïdes", étant inclus dans la présente définition. 20 Ces métaux sont des solides cristallins qui peuvent former des liaisons métalliques et perdent des électrons pour former des cations. Mais au sens de l'invention, quand on parle de "charge de métal", on entend que le métal est à l'état non cationique. Ainsi, quand la charge est formée d'aluminium, il s'agit de "Al" et non de "A13+ä 25 A titre non limitatif, les métaux qui conviennent particulièrement bien dans le cadre de la présente invention sont les suivants : l'aluminium, le zinc, le silicium, le magnésium, l'étain, le manganèse et le bore. Comme indiqué plus haut, la charge de métal est distincte de la charge pyrotechnique. Cela signifie que cette charge se présente sous une forme 30 dans laquelle elle n'est pas associée ou combinée avec la charge pyrotechnique 5, par exemple au moyen d'un liant. Ainsi, par exemple, dans l'hypothèse où ce métal est constitué d'une poudre, cette poudre est présente dans la chambre de combustion mais est dissociée de la charge pyrotechnique 5.15 Bien entendu, la charge de métal 9 peut présenter une forme autre que celle d'une poudre, et en particulier une forme solide, ainsi que cela est représenté à la figure 2. Dans ce cas, elle occupe préférentiellement l'extrémité aval de la chambre de combustion C, c'est-à-dire qu'elle est placée juste avant la grille 6 précitée, de manière à se situer sur le "chemin" du flux de gaz résultant de la combustion. En tout état de cause, il est préférable que la charge 9 présente une grande surface d'échange. C'est le cas de la forme de réalisation de la figure 3, dans laquelle cette charge 9 est constituée d'une "galette" formée d'un enchevêtrement de fils métalliques, par exemple d'aluminium. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la charge 9 a la forme d'une grille constituée d'un réseau de fils 91 et 92 disposés perpendiculairement. Dans d'autres formes de réalisation, la charge pourrait avoir également la forme de billes ou d'une pièce frittée. Mais toujours dans ces derniers cas, cette charge est distincte de la charge pyrotechnique. Le présent demandeur a testé des générateurs renfermant une telle charge métallique. Il a constaté que l'opercule 8 qui sépare l'enceinte 2 du réservoir 3 s'ouvre de manière tout à fait correcte et dans des temps tout à fait compatibles avec les temps habituellement observés. Comme indiqué plus haut, il a également pu constater que les fragments d'opercule présentent des traces d'agression mécanique. Suite à la combustion de la charge pyrotechnique 5, la charge de métal 9 s'oxyde selon une réaction d'oxydoréduction exothermique et se liquéfie au moins partiellement, le métal en fusion ainsi formé étant entraîné dans le flux de gaz et percute l'opercule 8, de sorte que sa résistance mécanique est suffisamment amoindrie pour qu'il cède. On donne dans le tableau ci-après une liste de métaux qu'il est possible d'utiliser dans le cadre de la présente invention, avec leurs points d'ébullition et de fusion respectifs, ainsi que les valeurs d'enthalpie mesurées et les produits d'oxydoréduction résultant de la réaction. Ces métaux peuvent, bien entendu, être utilisés sous forme d'alliages. Métal Point d'ébullition Point de fusion Enthalpie de Enthalpie de Produit de la ( C) ( C) réaction réaction (Kj/g) réaction d'oxydo- (Kcal/mole) réduction Al 2467 660 -399 -16,4 Al203 Si 2355 1410 -202 -14 SiO2 Mg 1090 649 -143 -14,8 MgO Enfin, le rapport en poids charge de métal / charge pyrotechnique est de préférence compris entre 2 et 30 %. REVENDICATIONS 1. Générateur de gaz de type hybride, pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile, qui comprend au moins : - une chambre de combustion (C) renfermant un initiateur pyrotechnique (4) et une charge pyrotechnique (5) génératrice de gaz, dont la combustion est déclenchée par ledit initiateur (4) et qui comprend au moins une matière oxydante ; - un réservoir de gaz (3) qui est fermé, en direction de la chambre de combustion (c), par un opercule (8), cet opercule étant apte à céder lors de la combustion de ladite charge (5), afin de libérer le gaz du réservoir (3) et l'évacuer vers l'extérieur, caractérisé par le fait que ladite chambre de combustion (C) renferme également une charge (9) d'au moins un métal, cette charge étant distincte de la charge pyrotechnique (5). 2. Générateur selon la revendication 1 dont la charge (9) comprend 15 plus d'un métal, caractérisé par le fait que cette charge (9) se présente sous la forme d'un alliage. 3. Générateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite charge de métal (9) présente une grande surface d'échange. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que 20 ladite charge (9) se présente notamment sous forme de billes, de poudre, de fils enchevêtrés ou non, d'une grille ou d'une pièce frittée. 5. Générateur selon l'un des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit métal est choisi dans la liste suivante : Al, Zn, Si, Mg, Sn, Mn et B. 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rapport en poids charge de métal / charge pyrotechnique est compris entre 2 et 30 %. 25