Brevet FR2905918A1 — publié le 20080321

La présente invention est relative à un générateur pyrotechnique de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile. On connaît du document FR-A-2 863 986 un générateur pyrotechnique de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile, qui comporte : - deux tubes cylindriques, borgnes et coaxiaux, à savoir un tube interne et un tube externe, le tube interne délimitant deux chambres de combustion séparées longitudinalement par une cloison formant tuyère et renfermant chacune une charge pyrotechnique ; - un initiateur pyrotechnique placé dans le prolongement du tube interne, à proximité de son ouverture ; - les charges pyrotechniques présentes dans chaque chambre ayant des durées de combustion différentes ; - le tube interne présentant, seulement en regard de l'une desdites chambres, des orifices de sortie ou "tuyères" pour l'évacuation des gaz et particules générés par la combustion de la charge vers une chambre dite de tranquillisation et de filtration délimitée par l'espace séparant les deux tubes, tandis que le tube externe présente également sur sa paroi cylindrique des orifices de sortie des gaz vers l'extérieur, pour gonfler le coussin, en regard de la chambre de combustion la plus éloignée de l'initiateur. L'utilisation de ce générateur occasionne des problèmes de deux ordres. En premier lieu, une combustion à basse pression se produit en fin de fonctionnement. En effet, une fois que le propergol "haute vitesse" a fini de brûler, le propergol "basse vitesse" est seul dans la chambre, dont toutes les tuyères d'évacuation sont ouvertes, ce qui occasionne une baisse de pression importante. Il en résulte des combustions incomplètes et des valeurs de toxicité importantes. En second lieu, une casse importante des pastilles de propergol apparaît lors de l'allumage. Cela provoque une augmentation de la surface exposée à la combustion, donc une variabilité de la performance du générateur pendant les premières millisecondes (modification de la vitesse de combustion). 2905918 2 La présente invention vise à solutionner ces problèmes en proposant un générateur comportant deux charges pyrotechniques présentant des temps de fonctionnement différents, et parfaitement maîtrisés. 5 Il s'agit donc d'un générateur pyrotechnique de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile, qui comporte : - deux tubes cylindriques, borgnes et coaxiaux, à savoir un tube interne et un tube externe, le tube interne délimitant au moins deux chambres de combustion séparées longitudinalement par une cloison formant tuyère et 10 renfermant chacune une charge pyrotechnique ; - un initiateur pyrotechnique placé dans le prolongement du tube interne, à proximité de son ouverture ; - les charges pyrotechniques présentes dans chaque chambre ayant des durées et des débits de gaz de combustion différentes ; 15 - le tube interne présentant, seulement en regard de l'une desdites chambres, des orifices de sortie ou "tuyères" pour l'évacuation des gaz et particules générés vers une chambre dite de tranquillisation et de filtration délimitée par l'espace séparant les deux tubes, tandis que le tube externe présente également sur sa paroi cylindrique des orifices de sortie des gaz vers l'extérieur, pour gonfler le 20 coussin, caractérisé par le fait que : au moins la charge pyrotechnique de la chambre de combustion attenante à l'initiateur est formée d'une juxtaposition de pastilles présentant un trou central, constituant ainsi un canal longitudinal ; 25 - les orifices de sortie du tube interne sont situés en regard de la chambre de combustion qui renferme la charge présentant la durée de combustion la plus courte ; - la chambre de tranquillisation et de filtration renferme un filtre qui s'étend en regard des deux chambres de combustion ; 30 - le tube externe présente des orifices de sortie des gaz vers l'extérieur, sensiblement à chaque extrémité de la paroi cylindrique Grâce à cette combinaison de caractéristiques, on obtient une combustion maîtrisée des deux charges, sans casse des pastilles, l'émission des gaz résultant de la combustion de la charge "à durée de combustion longue" prenant en quelque sorte le relais de l'émission des gaz résultant de la combustion de la charge 2905918 3 "à durée de combustion courte". Ainsi, les fuites de gaz et pertes thermiques dans le coussin de sécurité sont correctement compensées. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : - le tube interne présente un même diamètre sur toute sa longueur ; 5 - la charge pyrotechnique présente dans la chambre de combustion attenante à l'initiateur a une durée de combustion supérieure à celle de la charge présente dans l'autre chambre ; - la charge pyrotechnique présente dans la chambre de combustion attenante à l'initiateur a une durée de combustion inférieure à celle de la charge 10 présente dans l'autre chambre ; - les charges pyrotechniques des chambres de combustion sont formées d'une juxtaposition de pastilles présentant un trou central, constituant ainsi un canal longitudinal ; - le générateur présente un rapport longueur/largeur supérieur à 4. 15 - le nombre et/ou les dimensions des orifices présents à chaque extrémité de la paroi cylindrique sont choisis de manière à répartir le débit de gaz entre ces deux groupes d'orifices selon un ratio comprise entre 20/80 et 80/20 ; il comporte trois chambres de combustion, la chambre la plus éloignée de l'initiateur étant celle dont la charge présente la durée de combustion la 20 plus longue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier. Cette description, donnée à titre non limitatif, sera faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : 25 - la figure 1 est une vue en coupe, selon un plan médian longitudinal, d'un générateur conforrne à la présente invention ; - la figure 2 est un graphique montrant, pour un générateur tel que celui de la figure 1, les débits massiques de gaz générés par chacune de ses chambres de combustion, ainsi que le débit massique total ; 30 - la figure 3 est une courbe représentative du pouvoir de gonflage de la figure 1, qui est exprimée sous la forme d'un débit de gaz cumulé, tenant compte de la température ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, montrant une variante de générateur à trois chambres de combustion. 35 Comme mentionné plus haut, le générateur 1 selon l'invention, tel que représenté à la figure 1 annexée, comporte deux tubes cylindriques coaxiaux, à 2905918 4 savoir un tube interne 3 dont le volume intérieur délimite longitudinalement deux chambres de combustion C1 et C2 , et un tube externe 2. Ces deux tubes sont par exemple réalisés en métal de faible épaisseur. 5 Selon le mode de réalisation représenté, les tubes ont une section circulaire et présentent la particularité d'être tous les deux borgnes, leurs extrémités fermées étant disposées du même côté. Cependant, il est possible d'utiliser d'autres formes de section de tube, par exemple une section de forme carrée. On a référencé 20 et 30 leur paroi cylindrique, tandis que leur 10 extrémité borgne est référencée 22, respectivement 32. Leur ouverture respective, opposée à l'extrémité borgne, est référencée 21, respectivement 31. A titre purement indicatif, le tube externe 2 présente une longueur comprise entre 150 et 280 millimètres, tandis que celle du tube interne est comprise 15 entre 130 et 260 millimètres. Toujours à titre indicatif, les valeurs de leurs diamètres intérieurs respectifs sont compris entre 10 et 18 millimètres. De préférence, le générateur selon l'invention présente un rapport longueur/largeur strictement supérieur à quatre. 20 Le fait d'utiliser des tubes borgnes présente l'avantage, comparativement aux générateurs de l'état de la technique, de ne pas avoir à obturer, par un moyen quelconque, l'extrémité correspondante du tube, ce qui avait pour inconvénients de nécessiter des opérations de montage additionnels, de générer un temps supplémentaire d'assemblage et de devoir gérer un stock additionnel de 25 pièces. L'extrémité borgne 32 du tube interne 3 est en contact avec celle du tube externe, référencée 22. Du fait de la différence de longueur entre les tubes, il existe une zone à l'intérieur du tube 2, qui communique directement avec son ouverture 21, dans 30 laquelle le tube interne 3 n'est pas présent. C'est dans cette zone qu'est monté un initiateur pyrotechnique 6, placé dans le prolongement immédiat du tube interne 3, apte à initier la combustion d'une charge pyrotechnique 5 placée dans une première chambre de combustion CI. L'initiateur est lui-même positionné, au niveau de ses électrodes, sur 35 un socle 60, l'ensemble ainsi formé étant enserré dans un support qui est formé de deux demi coquilles identiques 61 et 62. 2905918 5 Et le tube externe 2 est serti sur ce support 61/62, au niveau d'une zone annulaire 26. L'ensemble initiateur peut comprendre des moyens de focalisation de gaz en direction du canal interne que présente la charge pyrotechnique attenante, 5 ainsi qu'on le verra plus loin. Ces moyens sont par exemple des déflecteurs. L'initiateur est engagé partiellement à l'intérieur du tube 3, à une distance déterminée de la charge pyrotechnique placée à proximité. Cette distance est choisie par l'homme du métier en fonction du meilleur compromis allumage suffisant de la charge pyrotechnique/non agression de cette charge. 10 Comme indiqué plus haut, le volume intérieur du tube interne 3 délimite longitudinalement deux chambres de combustion C1 et C2. Celles-ci sont séparées par une cloison 7, le tube 3 étant à ce niveau serti ou soudé sur cette dernière. Elle est percée d'une ouverture axiale cylindrique 70 formant tuyère. La zone de la paroi 30 du tube 3 qui se situe en regard de la chambre 15 de combustion C1, c'est à dire sur La gauche de la cloison 7 quand on considère la figure 1, est continue, ce qui signifie qu'elle est dépourvue d'ouverture. En revanche, la seconde zone de la paroi 30 qui se situe en regard de la chambre de combustion C2, c'est à dire sur la droite de la cloison 7 quand on considère la figure 1, comporte une série de petites ouvertures 33 formant tuyères, 20 qui permettent de mettre en communication cette chambre avec l'espace annulaire situé entre les deux tubes 2 et 3 qui constitue une chambre de tranquillisation et de filtration T, ainsi qu'on le verra plus loin dans la description. On expliquera également plus loin l'intérêt de la présence des ouvertures 33 en regard de la chambre C2, et de leur absence en regard de la 25 chambre CI. La charge 5 contenue dans cette chambre C1 est constituée de pastilles jointives identiques, préférentiellement de propergol, qui présentent un canal interne CL qui leur confère une forme annulaire. De la sorte, il existe dans le sens longitudinal de la chambre C1, dans 30 l'axe de la charge 5, un passage dépourvu de matériau. Ce passage permet la circulation des gaz d'allumage et de combustion. Le canal CL est aligné avec la tuyère 70 de la cloison 7. Le diamètre extérieur des pastilles est égal, au jeu près, au diamètre interne du tube 3. 35 La charge 5' qui est présente dans la seconde chambre de combustion C2 présente sensiblement les mêmes caractéristiques de forme que la charge 5. 2905918 6 Toutefois, dans une variante de réalisation non représentée, les pastilles qui la constituent pourraient être dépourvues de passage exempt de matériau, de sorte que le canal CL précité n'y serait pas présent. Le tube externe 2 présente sur sa paroi cylindrique 20 des orifices de 5 sortie 23 des gaz vers le sac d'un airbag (qui n'a pas été représenté ici, dans un souci de clarté de la figure). Ils sont répartis en deux groupes distincts, l'un en regard de la chambre de combustion C1, et le second en regard de la chambre de combustion C2. Des goujons de fixatiion à un support portent la référence 4. Dans la chambre de tranquillisation T sont des prévus de moyens F 10 de filtrage des gaz chauds et particules provenant des chambres de combustion. Il peut s'agir d'un filtre en fibres métalliques, d'un bobinage de fils, ou encore de fils métalliques compactés. Telle est la structure générale d'un générateur conforme à la présente invention. 15 On en décrira ci-après le fonctionnement. Les composition, masse, volume et forme des charges pyrotechniques sont choisis de manière à ce que la charge 5 de la chambre C1 présente une durée de combustion longue et génère un débit instantané de gaz faible, et que la charge 5' de la chambre C2 présente une durée de combustion plus 20 courte et génère un débit instantané de gaz plus important. En se reportant à la figure 1, on constate que le volume occupé par la charge 5 de la chambre C 1 est inférieur à celui occupé par la charge 5' de la chambre C2. Lorsque l'initiateur 6 est activé, les gaz et particules qui s'en 25 échappent provoquent dans un premier temps, la combustion de la charge 5 de la chambre attenante CI. La présence du canal CL facilite la propagation des gaz sur toute la longueur de la charge et, par là même, sa combustion. De plus, quand des moyens de focalisation sont présents, ils 30 contribuent à diriger les gaz et particules résultant de l'activation de l'initiateur vers le canal CL. Le fait que la paroi 30 du tube 3 soit exempte d'ouvertures en regard de la chambre C1 permet d'assurer un niveau élevé de pression dans celle-ci, puisque les gaz de combustion ne peuvent s'évacuer que par la tuyère 70 de la 35 cloison 7. On obtient ainsi un bon compromis de fonctionnement, tout en maintenant un niveau de pression raisonnable, évitant tout risque d'éclatement. 2905918 7 Une partie des gaz et particules émis par l'initiateur 6 et ceux émis par la charge 5 s'engouffrent dans la chambre C2, ce qui provoque la combustion de la charge 5' qui y est présente. La présence du canal CL facilite la propagation de la combustion de la charge 5'. Toutefois, celle-ci n'est pas rigoureusement 5 indispensable. Elle ne l'est qu'au sein de la charge 5 attenante à l'initiateur. Les gaz s'échappent alors du tube 3 par les ouvertures 33 qui sont présentes uniquement en regard de la chambre C2. Ils s'engouffrent dans la chambre T dans laquelle ils sont refroidis et filtrés par les moyens F. 10 Enfin, ils quittent le tube 2 pour s'engouffrer dans le coussin à gonfler (non représenté), par les orifices 23. A la figure 2, on a représenté sous la forme de courbes, les débits massiques de gaz émis par la combustion de chacune des charges, en fonction du temps. 15 La courbe D1, est celle correspondant à la charge C1, D2, la courbe correspondant à C2 et DT la courbe résultante donnant le débit massique total de gaz en fonction du temps. On constate que les combustions s'initient sensiblement en même temps et que les valeurs maximales de débit sont atteintes sensiblement au même moment. 20 Toutefois, le débit selon la courbe D2 est nul à partir de t = 20ms, alors qu'il garde encore une valeur non négligeable selon la courbe D1, même bien au-delà de cette durée. Cela montre que les gaz émis par la combustion des charges des deux chambres contribuent au gonflage initial du sac. Toutefois, la charge de la chambre 25 C1, ayant une durée de combustion plus longue, les gaz qui sont générés "en fin de fonctionnement" contribuent à maintenir le gonflage dans le temps, en compensant les pertes dues aux éventations. Ces informations sont confirmées par celles données à la figure 3. On constate en effet une hausse régulière et importante du débit de gaz jusqu'à t = 12- 30 13 ms environ. Passé cette durée, Le débit de gaz augmente encore, mais selon une progression lente. On note donc ici la fonction supplémentaire de "relais" des gaz générés par la chambre de combustion qui a la durée de fonctionnement la plus longue. Dans un mode de réalisation non représenté, on pourrait faire usage 35 de charges pyrotechniques présentant des vitesses de combustion différentes. Ainsi, 2905918 8 dans la configuration de la figure 1, la charge 5 aurait une vitesse de combustion plus lente que celle de la charge 5'. Encore dans un mode de réalisation non représenté, la zone du tube interne pourvue des orifices 23 est celle qui est en regard de la chambre de 5 combustion C1. Dans cette configuration, c'est la charge qui a la durée de combustion la plus courte (et/ou la vitesse de combustion la plus élevée), qui occupe cette chambre. Le générateur représenté à la figure 4 présente sensiblement la même structure que celle qui a été décrite en référence à la figure 1. Ainsi, les mêmes 10 références numériques ont été utilisées pour désigner des éléments identiques ou similaires. Des moyens de focalisation non représentés équipent l'initiateur 6. On note toutefois ici que le tube 3 renferme trois chambres C1, C2, C3 séparées deux à deux par des cloisons 7 et 7' percées respectivement d'une ouverture 70, respectivement 70' formant tuyère. 15 La chambre C2, disposée au plus près de l'initiateur est celle qui a le temps de fonctionnement le plus court. C'est donc en regard de cette chambre que le tube 3 présente des ouvertures 33 au niveau de sa paroi 30. La chambre C3, qui est la plus éloignée de l'initiateur est celle qui a le temps de fonctionnement le plus long. La chambre intermédiaire C1, disposée entre 20 les deux précédentes, à un temps de fonctionnement qui se situe entre ceux des chambres C1 et C2. Il est important qu'au moins les chambres C1 et C2 comportent un canal central CL, de manière à véhiculer les gaz de combustion jusqu'à la chambre C3. 25 Dans une variante de réalisation non représentée, la répartition des chambres est différente. Toutefois, à nouveau, les charges des deux chambres les plus proches de l'initiateur sont pourvues d'un canal CL. Les générateurs qui viennent d'être décrits sont particulièrement adaptés pour le gonflage "d'airbags latéraux", "d'airbags rideaux" ou "d'airbags 30 genoux". REVENDICATIONS 1. Générateur pyrotechnique de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile, qui comporte : - deux tubes cylindriques, borgnes et coaxiaux, à savoir un tube interne (3) et un tube externe (2), le tube interne (3) délimitant au moins deux chambres de combustion (C1, C2) séparées longitudinalement par une cloison (7) formant tuyère et renfermant chacune une charge pyrotechnique (5, 5') ; - un initiateur pyrotechnique (6) placé dans le prolongement du tube interne (3), à proximité de son ouverture (31) ; - les charges pyrotechniques (5, 5') présentes dans chaque chambre (C1, C2) ayant des durées et des débits de gaz de combustion différentes ; - le tube interne (3) présentant, seulement en regard de l'une desdites chambres (C1, C2), des orifices de sortie ou "tuyères" (33) pour l'évacuation des gaz et particules vers une chambre dite de tranquillisation et de filtration (T) délimitée par l'espace séparant les deux tubes (2 ; 3), tandis que le tube externe (2) présente également sur sa paroi cylindrique (20) des orifices (23) de sortie des gaz vers l'extérieur, pour gonfler le coussin, caractérisé par le fait que : - au moins la charge pyrotechnique (5) de la chambre de combustion (C1) attenante à l'initiateur (6) est formée d'une juxtaposition de pastilles présentant un trou central, constituant ainsi un canal longitudinal (CL) ; - les orifices de sortie (33) du tube interne (3) sont situés en regard de la chambre de combustion (C2) qui renferme la charge (5') présentant la durée de combustion la plus courte ; - la chambre de tranquillisation et de filtration (T) renferme un filtre 25 (F) qui s'étend en regard des deux chambres de combustion (C1, C2) ; - le tube externe (2) présente des orifices (23) de sortie des gaz vers l'extérieur, sensiblement à chaque extrémité de la paroi cylindrique (20) 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube interne (3) présente un même diamètre sur toute sa longueur. 30 3. Générateur selon la revendication 1 ou 2 qui comprend deux chambres de combustion (C1, C2), caractérisé par le fait que la charge pyrotechnique (5) présente dans la chambre de combustion (C1) attenante à l'initiateur a une durée 2905918 10 de combustion supérieure à celle de la charge (5') présente dans l'autre chambre (C2). 4. Générateur selon la revendication 1 ou 2 qui comprend deux chambres de combustion (C1, C2), caractérisé par le fait que la charge pyrotechnique 5 présente dans la chambre de combustion (C1) attenante à l'initiateur a une durée de combustion inférieure à celle de la charge (5') présente dans l'autre chambre (C2). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les charges pyrotechniques (5, 5') des chambres de combustion (C1, C2) sont formées d'une juxtaposition de pastilles présentant un trou 10 central, constituant ainsi un canal longitudinal (CL). 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il présente un rapport longueur/largeur supérieur à 4. 7. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le nombre et/ou les dimensions des orifices (23) présents à 15 chaque extrémité de la paroi cylindrique (20) sont choisis de manière à répartir le débit de gaz entre ces deux groupes d'orifices selon une ration comprise entre 20/80 et 80/20. 8. Générateur selon l'une des revendications 1, 2 et 5 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte trois chambres de combustion (C1, C2, C3), la chambre la 20 plus éloignée de l'initiateur (6) étant celle dont la charge présente la durée de combustion la plus longue.