Brevet FR2905647A1 — publié le 20080314

L'invention concerne un générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile. Le rôle de ces dispositifs est de protéger un occupant du véhicule lors d'une collision, en générant du gaz pour gonfler le coussin ou sac, afin 5 d'amortir le choc. Un domaine d'application de l'invention est les générateurs de gaz hybrides, composés essentiellement d'un système d'initiation, d'une partie pyrotechnique, d'un réservoir de gaz sous pression et d'un dispositif d'ouverture du réservoir, et les générateurs dits de gaz froids (en anglais 10 cold gaz ), composés essentiellement d'un système d'initiation, d'un réservoir de gaz sous pression et d'un dispositif d'ouverture du réservoir. Ces générateurs de gaz sont équipés d'un orifice pour libérer les gaz sous pression stockés dans le réservoir. Cet orifice est muni d'un dispositif de fermeture hermétique du réservoir, généralement appelé opercule. 15 La libération du gaz contenu dans le réservoir est effectuée en ouvrant l'opercule. Cette ouverture peut être effectuée par différentes techniques, dont, parmi les plus fréquemment utilisées : - l'utilisation d'un projectile, - un soutien mécanique s'escamotant, 20 - une agression thermo - mécanique de l'opercule par le système d'initiation ou par la partie pyrotechnique, la propagation d'une onde de choc. On assiste à une généralisation des applications nécessitant un grand volume de gaz du fait du grand volume du sac à gonfler, par exemple 25 de 25 à 80 litres pour des véhicules monospaces à trois rangées de sièges et un temps de fonctionnement court du générateur, de par exemple 15 à 25 millisecondes. Dans certains cas s'ajoute l'obligation de maintenir une pression dans le sac sur plusieurs secondes, par exemple entre 1,5 et 6 2905647 2 secondes pour protéger l'occupant en cas de tonneaux du véhicule (en anglais : Roll-Over). Par ailleurs, les constructeurs automobiles sont en permanence à la recherche de gains de poids et d'encombrement sur le véhicule, ce qui nécessite des générateurs de gaz de plus en plus compacts en utilisant des matériaux à haute résistance mécanique et des pressions de stockage de gaz élevées dans le réservoir. Plusieurs solutions existent pour satisfaire à ces exigences. En conservant les mélanges de gaz classiquement utilisés, par 10 exemple à base d'azote, il est possible : - de concevoir des générateurs contenant plus de gaz en augmentant leur taille pour avoir la capacité de gonflage souhaitée et en augmentant la taille de l'orifice pour réduire le temps de fonctionnement. Les inconvénients de cette solution sont d'une part qu'elle nécessite de 15 renforcer l'opercule en augmentant ses propriétés mécaniques et/ou en augmentant son épaisseur, ce qui le rend plus difficile à ouvrir et, d'autre part, que l'augmentation de taille va à l'encontre de l'exigence d'allègement et de miniaturisation imposée par les constructeurs. - d'augmenter la température des gaz sortant du générateur, dans le 20 but d'augmenter la capacité de gonflage et de réduire le temps de fonctionnement. Les inconvénients de cette solution sont d'une part l'augmentation des risques de brûlure de l'occupant et, d'autre part, le refroidissement plus rapide du gaz dans le sac, ce qui ne permet pas d'assurer le maintien de la pression dans le cas de tonneaux. 25 - d'augmenter la pression de stockage du gaz dans le réservoir, ce qui permet d'avoir plus de moles pour augmenter la capacité de gonflage et d'avoir également une vidange plus rapide afin de réduire le temps de fonctionnement. L'inconvénient principal de cette solution est qu'elle nécessite de renforcer l'opercule en augmentant ses propriétés mécaniques 30 et/ou en augmentant son épaisseur, ce qui le rend plus difficile à ouvrir. Une autre solution est d'utiliser un gaz léger, comme par exemple l'hélium, permettant d'une part de stocker plus de moles de gaz pour une 2905647 3 masse donnée, et d'autre part une libération plus rapide du gaz du fait de la plus petite taille de ses molécules. L'inconvénient principal de cette solution est que le gaz est plus difficile à retenir dans un sac classique, ce qui pénalise donc le maintien de la pression dans le cas de tonneaux ou 5 contraint à utiliser un sac plus coûteux. L'invention vise à obtenir un générateur de gaz répondant aux exigences de grand volume de gaz généré, de temps de fonctionnement court, de maintien de la pression dans le sac sur plusieurs secondes, de poids optimisé, en ayant une forte pression de stockage de gaz dans le lo réservoir avec un orifice large fermé par un opercule facile à ouvrir. A cet effet, l'invention a pour objet un générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile, comportant un réservoir de gaz sous pression ayant un orifice fermé par au moins un opercule, l'opercule ayant un côté intérieur tourné vers le réservoir de gaz 15 et un côté extérieur tourné vers un dispositif électro û pyrotechnique d'ouverture, provoquant la rupture de l'opercule lors de son déclenchement, afin de libérer le gaz du réservoir et l'évacuer par au moins une sortie de diffusion du gaz vers l'extérieur, caractérisé en ce que 20 l'orifice est réparti en une pluralité de trous de passage de gaz. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, - le dispositif d'ouverture est apte à produire lors de son déclenchement un flux de gaz et comprend devant l'orifice un dispositif de focalisation du flux de gaz vers chacun des trous de l'orifice ; 25 - le dispositif de focalisation comporte un seul passage en vis-à-vis d'au moins une partie de chaque trou de l'orifice pour focaliser le flux de gaz sur chacun des trous de l'orifice ; - ledit opercule est commun à la pluralité de trous pour les fermer ; - ledit opercule est réparti en une pluralité d'opercules individuels, qui 30 ferment respectivement la pluralité de trous ; - les opercules ont des résistances mécaniques identiques ; 2905647 4 - pour les trous ayant des sections identiques de support d'opercule, les opercules ont des épaisseurs identiques ; - le côté extérieur de l'opercule et l'ouverture de diffusion sont en communication pour permettre le passage direct du gaz des trous vers 5 cette ouverture de diffusion ; - le générateur de gaz est du type hybride, le dispositif d'ouverture comportant du côté extérieur de l'opercule une chambre de combustion contenant un initiateur électro û pyrotechnique et une charge pyrotechnique distincte, destinée à être allumée par l'initiateur électro û pyrotechnique pour rompre l'opercule ; - le générateur de gaz est du type dit à gaz froids, le dispositif d'ouverture comportant une chambre d'allumage communiquant avec le côté extérieur de l'opercule et contenant un initiateur électro û pyrotechnique renfermant sa propre matière pyrotechnique pour rompre l'opercule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un 20 mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un générateur de gaz du type cold gaz , - la figure 2 représente schématiquement en coupe longitudinale une variante du générateur selon la figure 1, et - la figure 3 représente schématiquement en vue de face deux 25 exemples de configuration de l'orifice multi - trous utilisé dans le générateur des figures 1 et 2. Aux figures 1 et 2, le générateur 1 de gaz comporte une pièce 2 tubulaire, par exemple cylindrique et circulaire, dont la paroi délimite un réservoir 3 de gaz inerte. Le corps 2 tubulaire comporte une première 30 extrémité 4 longitudinale et une deuxième extrémité 5, longitudinale qui sont éloignées l'une de l'autre suivant la plus grande dimension du corps 2, le long de son axe longitudinal 11. 2905647 5 Du côté de l'extrémité 4 est fixé un autre corps 6 délimitant une chambre de diffusion 7 ayant un orifice 8 de communication avec le réservoir 3. La paroi extérieure 9 du corps 6 comporte une ou plusieurs ouvertures 10 de diffusion, pour l'expulsion des gaz vers l'extérieur, par 5 exemple dans un sac pour le gonfler. Ces ouvertures 10 sont par exemple réparties circulairement autour de l'axe longitudinal 11. Les ouvertures 10 sont béantes et communiquent directement par l'intérieur du corps 6 avec l'orifice 8. Suivant l'invention, l'orifice 8 est divisé en plusieurs trous 81 en 10 parallèle, ayant chacun une section de passage de gaz du réservoir 3 vers la ou les ouvertures 10 de diffusion. Dans les modes de réalisation représentés aux figures 1 et 2, les trous 81 sont fermés par un même opercule 82 pour le stockage du gaz dans le réservoir 3. Dans un autre mode de réalisation non représenté, 15 chaque trou 81 est fermé par son propre opercule 82 prévu à proximité de son bord. Ci-dessous, ce ou ces opercules 82 sont désignés d'une manière générale par opercule 82. L'opercule 82 est prévu par exemple sur une section 83 de support située du côté du réservoir 3. La pièce 84 portant les trous 81 soit fait partie d'une paroi du boîtier 6 ainsi que représenté aux figures 1 et 2, soit est une pièce supplémentaire rapportée de support de l'orifice 8. Dans le corps 6 est fixé par des moyens appropriés un dispositif d'ouverture de l'opercule 82. Aux figures 1 et 2, ce dispositif d'ouverture comprend un initiateur électro û pyrotechnique 12 ayant des électrodes de commande 13, 14 situées en une extrémité extérieure 15 du générateur 1 pour pouvoir être reliées à un circuit électrique extérieur. L'extrémité 4 est située entre l'extrémité extérieure 15 et l'autre extrémité extérieure 5 du générateur. Dans le cas d'un générateur hybride, le boîtier 6 contient en outre une charge pyrotechnique située entre l'orifice 8 et l'initiateur 12 pour pouvoir être allumée par cet initiateur 19. La charge pyrotechnique est alors placée dans un boîtier fermé par un autre opercule (non représenté) dans 2905647 6 la chambre 7. Il peut également être ajouté un filtre dans la chambre 7 afin d'empêcher les résidus de combustion et les débris de cet autre opercule de pénétrer dans le sac. L'opercule 82 comporte ainsi un côté intérieur 82a tourné vers le 5 réservoir 3 de gaz et un côté extérieur 82b tourné dans les trous 81 vers le dispositif 7, 12 d'ouverture. L'allumage de l'initiateur 12 est commandé par l'envoi d'un signal électrique de commande aux électrodes 13, 14. L'initiateur 12 allumé provoque alors l'émission dans la chambre 7 d'un flux de gaz chauds et de 10 particules. L'initiateur 12, ou la charge pyrotechnique dans le cas d'un générateur hybride, est disposé pour que ce flux soit orienté vers l'orifice 8 et vers le côté extérieur 82b de l'opercule 82, c'est-à-dire longitudinalement aux figures. L'initiateur 12, ou la charge pyrotechnique allumée par cet initiateur, est apte à provoquer une réaction dans la chambre 7 du boîtier 6, 15 suffisante pour rompre l'opercule 82. La rupture de l'opercule 82 est provoquée par le flux qui vient le heurter. Cette agression de l'opercule 82 sur son côté extérieur 82b tourné vers la chambre 7 entraîne une chute des propriétés mécaniques de l'opercule 82, qui rompt sous l'effet de la pression de stockage de gaz dans le réservoir 3. Le gaz contenu sous 20 pression dans le réservoir 3 traverse alors les trous 81 pour passer dans le corps 6 et s'échapper vers l'extérieur par les ouvertures 10 de diffusion. Par rapport à un orifice qui aurait un unique trou de passage de gaz selon l'état de la technique, l'invention permet d'ouvrir directement les trous de communication du réservoir de gaz avec les ouvertures de diffusion pour 25 gagner en temps de réponse du générateur û ce temps de réponse s'écoulant entre l'instant d'envoi de la commande d'initiation à l'initiateur et l'instant de passage effectif du gaz selon un débit prescrit dans les ouvertures de diffusion -, tout en permettant d'augmenter la section de passage globale de l'orifice par la multiplication des trous, qui peuvent avoir 30 une section individuelle de passage plus petite, ce qui permet de diminuer l'épaisseur de l'opercule et d'augmenter la pression de stockage de gaz dans le réservoir. L'invention permet d'obtenir un temps de réponse plus 2905647 7 court avec une structure plus simple que les générateurs de l'état de la technique. En effet, selon l'état de la technique, les opercules sont placés en cascade sur des parois différentes du réservoir et doivent être rompus successivement pour faire communiquer le réservoir avec les ouvertures 5 extérieures de diffusion placées en aval. Dans le cas où plusieurs opercules 82 individuels sont prévus, ils sont par exemple agencés en ce qui concerne leur épaisseur et leur section de support pour avoir des résistances mécaniques identiques, de manière à être ouverts simultanément. Pour ce faire, les trous 81 et opercules 82 sont io par exemple identiques. L'utilisation d'opercules 82 ou d'un unique opercule 82, fin(s) et peu résistant(s), permet l'utilisation d'un dispositif d'ouverture du réservoir simple et peu onéreux, avec un temps de réponse très court. Il peut être prévu deux, trois, quatre trous 81 ou plus et 15 éventuellement les opercules 82 associés. Ces trous sont par exemple disposés comme à la figure 3 représentant le cas de trois trous 81a de section individuelle de passage plus grande que le cas de quatre trous 81b, pour ménager la même section de passage totale de l'orifice 8 ainsi formé. Ces trous 81a, 81b sont disposés circulairement autour de l'axe longitudinal 20 11 du générateur. La figure 2 représente une variante du générateur de la figure 1, dans laquelle un dispositif 60 de focalisation du flux généré à partir de l'initiateur 12 est inséré dans le corps 6 devant l'orifice 8. A la figure 2, ce dispositif 60 de focalisation se trouve donc dans la chambre 7 entre 25 l'initiateur 12 et l'orifice 8. Dans le cas d'un générateur hybride, ce dispositif de focalisation se trouve entre la charge pyrotechnique et l'orifice de communication avec le réservoir. Le dispositif 60 de focalisation comporte par exemple un seul passage 61 en vis-à-vis longitudinalement d'au moins une partie de chaque 30 trou 81 de l'orifice 8 pour focaliser le flux sur chacun des trous 81. A la figure 3, le passage 61 du dispositif 60 de focalisation est par exemple central sur l'axe longitudinal 11 et circulaire pour faire face à la majeure 2905647 8 partie intérieure des trous 81, 81a ou 81b, qui est celle proche de l'axe 11. Bien entendu, plusieurs passages 61 de focalisation pourraient être prévus sur le dispositif 60, par exemple un passage 61 de focalisation en face de chaque trou 81. 5 La figure 1 représente le cas où les trois trous 81a de la figure 3 sont utilisés comme orifice 8. La figure 2 représente le cas où les quatre trous 81b de la figure 3 sont utilisés comme orifice 8. Dans des modes de réalisation non représentés, le ou les opercule(s) peuvent être soutenus par un dispositif de soutien, altéré par le 10 dispositif d'ouverture lorsqu'il est déclenché, pour que le ou les opercule(s) soient alors rompus. Bien entendu, l'ouverture du ou des opercules 82 peut également être effectuée par un mécanisme, un projectile mis en mouvement par le flux de gaz créé à partir de l'initiateur et venant heurter cet ou ces 15 opercule(s), ou par onde de choc. REVENDICATIONS 1. Générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin de sécurité pour véhicule automobile, comportant un réservoir (3) de gaz sous pression ayant un orifice (8) fermé par au moins un opercule (82), l'opercule (82) ayant un côté intérieur (82a) tourné vers le réservoir (3) de gaz et un côté extérieur (82b) tourné vers un dispositif (7, 12) électro û pyrotechnique d'ouverture, provoquant la rupture de l'opercule (82) lors de son déclenchement, afin de libérer le gaz du réservoir (3) et l'évacuer par au moins une sortie (10) de diffusion du gaz vers l'extérieur, caractérisé en ce que l'orifice (8) est réparti en une pluralité de trous (81) de passage de gaz. 2. Générateur de gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (7, 12) d'ouverture est apte à produire lors de son déclenchement un flux de gaz et comprend devant l'orifice (8) un dispositif (60) de focalisation du flux de gaz vers chacun des trous (81) de l'orifice (8). 3. Générateur de gaz suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (60) de focalisation comporte un seul passage (61) en vis-à-vis d'au moins une partie de chaque trou (81) de l'orifice (8) pour focaliser le flux de gaz sur chacun des trous (81) de l'orifice (8). 4. Générateur de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit opercule (82) est commun à la pluralité de trous (81) pour les fermer. 5. Générateur de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit opercule est réparti en une pluralité d'opercules (82) individuels, qui ferment respectivement la pluralité de trous (81). 6. Générateur de gaz suivant la revendication 5, caractérisé en ce 30 que les opercules (82) ont des résistances mécaniques identiques. 2905647 10 7. Générateur de gaz suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que pour les trous (81) ayant des sections identiques de support d'opercule, les opercules (82) ont des épaisseurs identiques. 8. Générateur de gaz suivant l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que le côté extérieur (82b) de l'opercule (82) et l'ouverture (10) de diffusion sont en communication pour permettre le passage direct du gaz des trous (81) vers cette ouverture (10) de diffusion. 9. Générateur de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est du type hybride, le dispositif (7, 12) 10 d'ouverture comportant du côté extérieur (82b) de l'opercule (82) une chambre (7) de combustion contenant un initiateur électro ù pyrotechnique (12) et une charge pyrotechnique distincte, destinée à être allumée par l'initiateur électro ù pyrotechnique (12) pour rompre l'opercule (82). 10. Générateur de gaz suivant l'une quelconque des revendications 15 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est du type dit à gaz froids, le dispositif (7, 12) d'ouverture comportant une chambre (7) d'allumage communiquant avec le côté extérieur (82b) de l'opercule (82) et contenant un initiateur électro ù pyrotechnique (12) renfermant sa propre matière pyrotechnique pour rompre l'opercule (82).