Brevet FR2902060A1 — publié le 20071214

La présente invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz, destiné au gonflage d'un coussin de protection utilisé en sécurité automobile. Elle concerne plus particulièrement un générateur pyrotechnique de gaz, comprenant à l'intérieur d'une enceinte : - deux chambres, à savoir une première chambre de combustion, à l'intérieur de laquelle sont générés des gaz chauds lors du déclenchement du générateur, et une chambre de tranquillisation et de filtration, ces deux chambres étant connectées entre elles par au moins une tuyère, qui autorise le passage desdits gaz chauds, de ladite chambre de combustion, vers ladite chambre de tranquillisation et de filtration, d'où ils peuvent être évacués, via au moins une ouverture de décharge, de façon à gonfler ledit coussin de protection. La présente invention s'attache à proposer un perfectionnement de ce type de générateur, permettant d'adapter la capacité d'absorption du coussin de protection, à la nature et/ou à la sévérité du choc résultant d'un accident sur le véhicule automobile et/ou aux paramètres liés aux occupants de ce véhicule. La place de l'occupant à l'intérieur du véhicule - suivant qu'il est conducteur ou passager -, sa morphologie et sa position sur le siège - suivant qu'il y est assis correctement ou non -ont en effet une influence sur la façon dont le passager va venir au contact du coussin de protection. Or, à un générateur pyrotechnique donné, du type de celui précité, correspond une seule valeur de pression et de volume de gaz générés à l'intérieur d'un coussin. Lorsque les caractéristiques souhaitées d'absorption de l'énergie par le coussin de protection ne peuvent être atteintes uniquement par la sélection d'un générateur approprié, une solution potentielle consiste à faire chuter la pression régnant à l'intérieur du coussin et à adapter cette chute de pression aux différents paramètres précités. Une solution pour réaliser cette chute de pression consiste à gérer l'éventation du coussin. On connaît ainsi d'après l'état de la technique, un générateur pyrotechnique du type de celui décrit ci-dessus, associé à un coussin de protection, qui comporte un évent dont l'ouverture est activée par un signal pyrotechnique. Un tel dispositif est connu sous la marque ATE (AUTOLIV TRIGGER ELECTRIC). Lorsque le système est inactivé, l'évent fonctionne comme un évent classique dit "passif', existant dans la totalité des coussins de protection et qui a uniquement comme rôle de participer au dégonflage du coussin, afin de retenir la tête du passager. Lorsque le système est activé, l'évent devient actif et s'ouvre d'avantage, ce qui conduit à un niveau d'éventation plus élevé du coussin. Un tel système présente toutefois l'inconvénient d'être onéreux, encombrant et peu robuste. De plus, il est peu efficace pour contribuer à l'atténuation des blessures sur des passagers qui ne sont pas en position normale sur leur siège. Afin de gérer la chute de pression à l'intérieur d'un coussin de protection, on connaît également d'après l'état de la technique, des générateurs pyrotechniques qui incluent un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement. Ce liquide est pulvérisé dans la chambre de tranquillisation ou dans une chambre intermédiaire de mélange, où il se mêle aux gaz chauds sortant de la chambre de combustion. Les documents US-6 076 468, US-6 196 583 et US-3 813 007 décrivent de tels générateurs. L'expulsion du liquide, hors du réservoir, s'effectue grâce à un mouvement de déplacement d'un piston ou de déformation de l'une des parois du réservoir, ce mouvement étant toujours engendré par la poussée exercée par la libération des gaz chauds. Cette expulsion de liquide de refroidissement s'effectue donc toujours simultanément à la libération des gaz chauds et ne peut être supprimée, ou différée dans le temps. De tels dispositifs ne permettent pas d'ajuster la chute de pression à l'intérieur du coussin de protection, en fonction des paramètres liés à l'accident. Le document US-6 412 814 a pour but d'améliorer les générateurs précités en contrôlant l'éjection du fluide de refroidissement à l'intérieur de la chambre de mélange. Un tel générateur comprend une valve à commande électrique, placée sur un conduit reliant la chambre de combustion à la face arrière du piston. Cette valve peut être pilotée pour limiter le passage des gaz chauds en direction du piston et réguler ainsi, non seulement, la quantité de fluide de refroidissement évacuée dans la chambre de mélange, mais également l'instant où cette évacuation a lieu. Un tel dispositif présente toutefois l'inconvénient que l'éjection du fluide ne peut être réalisée que pendant le fonctionnement du générateur de gaz. De plus, une partie des gaz est utilisée pour cette éjection, ce qui modifie les performances du générateur de gaz. Enfin, dans tous les générateurs précités, la rencontre du liquide de refroidissement avec les gaz chauds s'effectue au moment où les gaz sortent de la chambre de combustion, c'est-à-dire alors qu'ils sont encore à une température très élevée. Des risques d'inflammation du liquide de refroidissement existent. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique. Elle a notamment pour but de proposer un générateur pyrotechnique de gaz du type de celui mentionné dans l'introduction, comprenant en outre au moins un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement, et qui permette d'adapter la chute de pression à l'intérieur du sac, aux différents types d'occupants et aux conditions de l'accident. Le générateur doit également être fiable et ne pas produire de gaz toxiques. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, grâce au fait que ledit générateur comprend également un dispositif d'activation permettant l'évacuation dudit liquide de refroidissement, hors de son réservoir de stockage, de façon à ce qu'il soit pulvérisé dans ledit coussin de protection, ce dispositif d'activation étant actionné par un dispositif de commande, de façon sélective et indépendante du fonctionnement de ladite première chambre de combustion. Selon d'autres caractéristiques avantageuses non limitatives de l'invention prise seule ou en combinaison : - ledit réservoir de stockage du liquide de refroidissement communique avec au moins un orifice d'évacuation, ménagé dans la paroi de ladite enceinte, de façon à autoriser la pulvérisation du liquide de refroidissement directement à l'intérieur dudit coussin de protection gonflable ; - ledit dispositif d'activation comprend un allumeur, et un piston apte à se déplacer sous l'action des gaz générés par l'allumeur, de façon à réduire le volume dudit réservoir de stockage et à en expulser le liquide de refroidissement ; - ledit piston constitue une partie de la paroi du réservoir de liquide de refroidissement ; - le dispositif de commande agit sur le dispositif d'activation, en fonction de paramètres liés au type de choc sur le véhicule automobile, à sa violence, à la morphologie ou au positionnement des occupants ; - ledit liquide de refroidissement présente un point de congélation inférieur à moins 39 C environ et un point d'ébullition supérieur à 109 C environ ; - le liquide de refroidissement est un mélange comprenant environ 50% d'eau et 50% de glycol ; - l'enceinte est de forme tubulaire et comprend une paroi cylindrique fermée à chacune de ses extrémités par une bague de feuneture, l'enceinte est subdivisée intérieurement par une première cloison et par une seconde cloison, qui s'étendent perpendiculairement à son axe longitudinal, ladite première cloison, traversée par la tuyère, séparant la première chambre de combustion de la chambre de tranquillisation, ladite seconde cloison séparant la chambre de tranquillisation du réservoir de liquide de refroidissement, et ledit piston est apte à coulisser axialement à l'intérieur de ladite enceinte, en direction de ladite seconde paroi, l'ouverture de décharge et l'orifice d'évacuation étant ménagés dans ladite paroi cylindrique de l'enceinte ; - le second allumeur est fixé dans la partie centrale de la seconde bague de fermeture. L'invention concerne également un procédé de gonflage d'un coussin de protection utilisé en sécurité automobile, comprenant une étape consistant à éjecter des gaz chauds à l'intérieur dudit coussin pour permettre son déploiement. Conformément à l'invention, le procédé comprend en outre une étape consistant à pulvériser un liquide de refroidissement, directement à l'intérieur dudit coussin, simultanément ou postérieurement à la libération desdits gaz chauds. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue, en coupe axiale, d'un générateur pyrotechnique de gaz classique, faisant partie de l'état de la technique, et la figure 2 est une vue, en coupe axiale, à une échelle légèrement 35 réduite par rapport à celle de la figure 1, d'un générateur pyrotechnique de gaz conforme à l'invention. On va maintenant décrire un exemple de générateur pyrotechnique de gaz, conforme à l'état de la technique, en se reportant à la figure 1. Comme on peut le voir, le générateur comprend une enceinte 1, délimitée par une paroi cylindrique 10, sertie à chacune de ses extrémités sur des bagues de fermeture 11, respectivement 13, dont la forme générale est discoïde. On a désigné par les références 101 et 103, les bourrelets annulaires, faisant saillie vers l'intérieur qui assurent le blocage de la paroi 10 sur les bagues de fermeture 11, respectivement 13. Le générateur s'étend selon un axe longitudinal X-X'. La paroi 10 est en outre sertie dans sa partie centrale sur une cloison transversale discoïde, référencée 12. Le bourrelet de sertissage annulaire correspondant porte la référence 102. La cloison 12 et les bagues de fermeture 11 et 13 s'étendent selon un plan perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X'. Dans sa partie centrale, la cloison 12 est traversée par au moins un orifice formant tuyère 120, et qui présente, par exemple, une forme cylindrique bordée par une partie légèrement conique. La paroi 10, les bagues 11 et 13, ainsi que la cloison intermédiaire 12 sont traditionnellement réalisées en métal à résistances mécanique et thermique élevées. La paroi 10 est néanmoins réalisée dans un métal qui possède une ductilité suffisante pour permettre le sertissage. La cloison intermédiaire 12 divise l'intérieur de l'enceinte 1 en deux chambres, l'une 2, dite "chambre de combustion" et l'autre 4, dite "chambre de tranquillisation et de filtration". A des fins de simplification, cette dernière est dénommée dans la suite de la description "chambre de tranquillisation". Ces deux chambres sont contiguës. Le générateur comprend également un allumeur 3, associé à une charge pyrotechnique 20, l'allumeur 3 et la charge 20 se trouvant tous deux situés dans la chambre de combustion 2. La charge 20 présente la forme générale d'un manchon annulaire, cylindrique, qui est emmanché à l'intérieur de la paroi 10 de l'enceinte. Comme on peut le voir, l'allumeur 3 est monté dans la partie centrale de la bague 11 et est retenu et centré contre la face interne de cette bague, au moyen d'un organe de montage approprié 30. Un joint annulaire 31 assure l'étanchéité à ce niveau. L'allumeur 3 est en outre muni d'une paire de broches 32 qui sont destinées à permettre son branchement à une source de courant électrique. La majeure partie de l'allumeur 3 pénètre dans l'espace intérieur de la charge annulaire 20. Cette dernière est retenue en place à l'intérieur de la chambre 2, par des moyens de centrage appropriés, non représentés sur la figure, et est en outre immobilisée en translation par une grille 21, en forme de coupelle, qui est intercalé entre la charge 20 et la cloison intermédiaire 12. L'allumeur 3, de type connu, est avantageusement un initiateur électro-pyrotechnique. Il comprend un système d'initiation électrique et un 10 capuchon fragmentable renfermant une composition pyrotechnique. Lorsqu'il est activé, la composition pyrotechnique libère une flamme et des gaz chauds qui a leur tour entraînent la combustion de la charge pyrotechnique 20. Cette dernière est composée par exemple de propergol solide, apte à 15 générer de manière très rapide, une importante quantité de gaz chaud. A l'intérieur de la chambre de tranquillisation 4 est monté un manchon 40 en matériau filtrant, perméable au gaz. Sa fonction est de capter certaines particules présentes dans le gaz généré par la combustion de la charge 20, en évitant que ces particules ne ressortent 20 du générateur et ne pénètrent dans le coussin de protection gonflable, non représenté sur les figures. En regard de la chambre 4 et du manchon filtrant 40, la paroi 10 de l'enceinte est percée d'au moins un trou radial 106, et de préférence de plusieurs trous radiaux, répartis régulièrement angulairement, si l'on souhaite avoir un 25 générateur à poussée neutre. En cas d'accident survenant au véhicule, un capteur de décélération produit un signal électrique qui est transformé par l'allumeur 3 en signal pyrotechnique provoquant la combustion de la charge de propergol 20. Le propergol génère des gaz chauds dans la chambre de combustion 2 et leur échappement en 30 direction de la chambre de tranquillisation 4 est contrôlé par l'orifice de tuyère 120. Cet échappement de gaz se poursuit via la chambre de tranquillisation 4, à travers la paroi filtrante 40, vers les trous de décharge 106, jusqu'à l'intérieur du coussin gonflable. Le générateur conforme à l'invention va maintenant être décrit en 35 faisant référence à la figure 2. Il comprend une partie, représentée sur la droite de la figure 2 qui est identique à celle du générateur décrit précédemment en liaison avec la figure 1. Cette partie identique et ses différents éléments constitutifs portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits de nouveau. Le générateur conforme à l'invention est plus long que celui connu de l'état de la technique, c'est-à-dire que sa paroi cylindrique 10 se prolonge au-delà de la chambre de tranquillisation 4, (à gauche sur la figure 2). La bague de fermeture 13 est supprimée et remplacée par une seconde cloison intermédiaire 14, de forme discoïde, réalisée de préférence en 10 métal. La paroi 10 est sertie sur ladite cloison 14 et le bourrelet de sertissage annulaire porte la référence 104. Cette cloison 14 délimite le fond de la chambre de tranquillisation 4. 15 Le générateur est en outre obturé à son autre extrémité par une bague de fermeture 15, identique à la bague 11. Le bourrelet de sertissage porte la référence 105. Un allumeur 8 est monté dans la partie centrale de la bague 15 et est retenu et centré contre la face interne de cette bague, au moyen d'un organe de 20 montage 80. Un joint annulaire 81 assure l'étanchéité à ce niveau. L'allumeur 8 est en outre muni d'une paire de broches 82 électriquement conductrices. De façon avantageuse, cet allumeur est un initiateur électro-25 pyrotechnique du type de celui référencé 3. L'allumeur 8 est relié à un dispositif de commande, non représenté sur les figures, et qui est par exemple, l'ordinateur de bord du véhicule ou un boîtier électronique. Le générateur comprend également un piston 6, de forme discoïde, 30 intercalé entre l'allumeur 8 et la seconde cloison intermédiaire 14. Ce piston 6 est de préférence réalisé en métal. Il s'étend, tout comme la bague de fermeture 15 et la cloison 14 selon un plan perpendiculaire, ou sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' du générateur. Le piston 6 délimite avec une partie de la paroi 10 et la seconde cloison 14, un réservoir de stockage 5 d'un liquide de refroidissement 50. Il délimite par ailleurs avec la bague 15, une seconde chambre de combustion 7. Un joint annulaire d'étanchéité 61, pénètre dans une gorge périphérique réceptrice 60, ménagée à cet effet sur le pourtour du piston 6. Il a pour fonction d'empêcher le liquide de refroidissement 50 de s'écouler à l'intérieur de la seconde chambre de combustion 7. Le joint 61 est par exemple réalisé en caoutchouc. Le liquide de refroidissement 50 doit résister aux températures extrêmes de fonctionnement auxquelles est exposé le générateur. A cet effet, il doit de préférence, présenter un point de congélation inférieur à -39 C (moins 39 C) environ et un point d'ébullition supérieur à 109 C environ. Par ailleurs, il ne doit pas réagir avec le gaz de combustion du combustible 20, et ne pas être toxique pour les passagers du véhicule. Enfin, une fois mélangé aux gaz de combustion, il ne doit pas non plus présenter de risques de brûlure, si un passager recevait accidentellement un tel mélange sur la peau. De façon avantageuse, on peut choisir, par exemple, un mélange comprenant 50% d'eau et 50% de glycol. Ce mélange a également l'avantage de ne pas brûler dans le sac et 20 ne génère donc pas de gaz de combustion supplémentaires. Le piston 6 est mobile en translation selon l'axe X-X' du générateur, en direction de la cloison 14. En regard du réservoir de stockage de liquide 5, la paroi 10 de l'enceinte est percée d'au moins un orifice d'évacuation 51 radial, et de préférence 25 de plusieurs orifices radiaux, répartis régulièrement angulairement. Initialement, chaque orifice 51 est obturé par une membrane d'obturation 52. Le ou les orifice(s) 51 débouche(nt) directement à l'intérieur du coussin de protection gonflable. 30 Le fonctionnement du générateur est le suivant. En cas d'accident, un capteur de décélération active l'allumeur 3, comme expliqué précédemment, ce qui a pour effet de provoquer le gonflage du coussin de protection. Une partie des gaz contenus dans le coussin a la possibilité de s'échapper à travers un évent passif ménagé dans le coussin, afin d'amortir la 35 réception du corps du passager du véhicule. Par ailleurs, le dispositif de commande peut activer sélectivement le déclenchement de l'allumeur 8, c'est-à-dire l'activer ou non, et si oui, l'activer simultanément ou postérieurement au déclenchement de l'allumeur 3. L'activation se fera en fonction de certains paramètres choisis par 5 exemple, parmi : - le type de choc sur le véhicule : par exemple, un choc frontal ou latéral ou plusieurs chocs successifs ; - la violence du choc, généralement liée à la vitesse du véhicule et/ou à la vitesse éventuelle de l'obstacle rencontré ; 10 - la morphologie des occupants qui peuvent être des enfants ou des adultes, et être plus ou moins grands et corpulents ; - leur position dans le véhicule, les occupants pouvant être conducteur ou passagers et être assis correctement ou au contraire penchés ou couchés au moment de l'impact. 15 Le dispositif de commande recueille ces différentes informations, de capteurs présents dans le véhicule. Si le dispositif de commande détermine qu'il faut activer l'allumeur 8, il le fait en lui envoyant un signal électrique. Ce signal entraîne la combustion de la composition pyrotechnique contenue dans le capuchon fragmentable de 20 l'allumeur 8. La composition pyrotechnique libère une flamme et un certain volume de gaz chauds qui exerce une pression sur le piston 6, ce qui a pour effet de le déplacer axialement en direction de la cloison 14. Le volume du réservoir 5 se trouve réduit et le liquide de refroidissement 50 est expulsé hors de celui-ci, à 25 travers l'orifice d'évacuation 51, en perçant la membrane 52. Le liquide de refroidissement 50 est pulvérisé directement à l'intérieur du coussin de protection. L'orifice d'évacuation 51 est calibré, de façon que le liquide 50 soit pulvérisé de manière homogène, en très fines gouttelettes, à l'intérieur du coussin. 30 Par conduction et convection avec le mélange gazeux présent dans le coussin de protection, les gouttelettes de liquide vont s'échauffer et se vaporiser. Cette réaction endothermique entraîne l'absorption d'une certaine quantité de chaleur qui fait baisser la température du mélange et donc la pression régnant à l'intérieur du coussin. 35 L'instant du début de la pulvérisation du liquide de refroidissement sera également choisi pour optimiser non seulement le début de la chute de pression, mais également le niveau de cette chute de pression. En effet, celle-ci dépend de la température initiale des gaz dans le coussin, elle-même décroissante en fonction du temps, par échange avec le sac et par la fuite au travers de l'évent passif L'intérêt de l'invention réside également dans le fait que la pulvérisation de liquide de refroidissement s'effectue directement dans le coussin et non dans une chambre de mélange comme dans les dispositifs connus de l'état de la technique. Conformément à l'invention, le liquide de refroidissement est pulvérisé dans les gaz présents dans le coussin, alors que ceux-ci sont à une température généralement inférieure à 200 C, c'est-à-dire nettement inférieure à celle, voisine de 600 C à 800 C, à laquelle ils arrivent dans la chambre de tranquillisation 4. Les gaz issus de la vaporisation de ce liquide ne risquent donc pas de s'enflammer ou de produire des dérivés toxiques. Le générateur conforme à l'invention permet également de 15 dispenser le coussin de protection, de la présence d'un évent actif à ouverture pilotée. Enfin, on notera que le générateur pourrait présenter une forme différente et que la seconde chambre de combustion 7 et le réservoir de liquide 5 pourraient être positionnés différemment par rapport aux chambres de 20 tranquillisation 4 et de combustion 2. Par ailleurs, le piston 6 pourrait être supprimé. En effet, un allumeur seul génère suffisamment de pression pour provoquer l'éjection du liquide de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Générateur pyrotechnique de gaz, destiné au gonflage d'un coussin de protection utilisé en sécurité automobile, comprenant, à l'intérieur d'une enceinte (1) : au moins un réservoir de stockage (5) d'un liquide de refroidissement (50), - deux chambres, à savoir une première chambre de combustion (2), à l'intérieur de laquelle sont générés des gaz chauds lors du déclenchement du générateur, et une chambre de tranquillisation et de filtration (4), ces deux chambres (2, 4) étant connectées entre elles par au moins une tuyère (120), qui autorise le passage desdits gaz chauds, de ladite chambre de combustion (2), vers ladite chambre de tranquillisation et de filtration (4), d'où ils peuvent être évacués, via au moins une ouverture de décharge (106), de façon à gonfler ledit coussin de protection, caractérisé en ce qu'il comprend également un dispositif d'activation (6, 8) permettant l'évacuation dudit liquide de refroidissement (50), hors de son réservoir de stockage (5), de façon à ce qu'il soit pulvérisé dans ledit coussin de protection, ce dispositif d'activation (6, 8) étant actionné par un dispositif de commande, de façon sélective et indépendante du fonctionnement de ladite première chambre de combustion (2). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réservoir de stockage (5) du liquide de refroidissement (50) communique avec au moins un orifice d'évacuation (51), ménagé dans la paroi (10) de ladite enceinte (1), de façon à autoriser la pulvérisation du liquide de refroidissement directement à l'intérieur dudit coussin de protection gonflable. 3. Générateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'activation comprend un allumeur (8), et un piston (6) apte à se déplacer sous l'action des gaz générés par l'allumeur (8), de façon à réduire le volume dudit réservoir de stockage (5) et à en expulser le liquide de refroidissement (50). 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit piston (6) constitue une partie de la paroi du réservoir de liquide de refroidissement (5). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande agit sur le dispositif d'activation (6, 8), en fonction de paramètres liés au type de choc sur le véhicule automobile, à sa violence, à la morphologie ou au positionnement des occupants. 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit liquide de refroidissement (50) présente un point de congélation inférieur à moins 39 C environ et un point d'ébullition supérieur à 109 C environ. 7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le 10 liquide de refroidissement (50) est un mélange comprenant environ 50% d'eau et 50% de glycol. 8. Générateur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'enceinte (1) est de forme tubulaire et comprend une paroi cylindrique (10) fermée à chacune de ses extrémités par une bague de fermeture (11, 15), en ce que 15 l'enceinte (1) est subdivisée intérieurement par une première cloison (12) et par une seconde cloison (14), qui s'étendent perpendiculairement à son axe longitudinal X-X', ladite première cloison (12), traversée par la tuyère (120), séparant la première chambre de combustion (2) de la chambre de tranquillisation (4), ladite seconde cloison (14) séparant la chambre de tranquillisation (4) du réservoir (5) de 20 liquide de refroidissement, et en ce que ledit piston (6) est apte à coulisser axialement à l'intérieur de ladite enceinte (1), en direction de ladite seconde paroi (14), l'ouverture de décharge (106) et l'orifice d'évacuation (51) étant ménagés dans ladite paroi cylindrique (10) de l'enceinte (1). 9. Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 25 second allumeur (8) est fixé dans la partie centrale de la seconde bague de fermeture (15). 10. Procédé de gonflage d'un coussin de protection utilisé en sécurité automobile, comprenant une étape consistant à éjecter des gaz chauds à l'intérieur dudit coussin pour permettre son déploiement, caractérisé en ce qu'il comprend en 30 outre une étape consistant à pulvériser un liquide de refroidissement (50), directement à l'intérieur dudit coussin, simultanément ou postérieurement à la libération desdits gaz chauds.