Brevet FR2922006A1 — publié le 20090410

La présente invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile. Une des applications d'un tel générateur est celle des systèmes de retenue de sécurité du type coussins de protection gonflables, encore appelés 5 "airbags". De tels générateurs se composent généralement et au minimum d'une chambre de combustion étanche, qui comporte une charge pyrotechnique de masse proportionnelle au volume du sac à gonfler. Un initiateur, généralement de type électrique, après échauffement de 10 son circuit électrique par effet Joule lors du passage d'un courant, dégage dans la chambre de combustion des particules et des gaz chauds, qui permettent l'allumage des matériaux pyrotechniques. Pour optimiser les performances du système de retenue, il est possible de répartir le chargement pyrotechnique du générateur de gaz dans 15 plusieurs chambres autonomes de structure semblable à celle décrite plus haut. Le document FR-A-2 760 710 décrit un tel générateur. Plus précisément, il comprend une enveloppe tubulaire fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir deux chambres de combustion contenant chacune une 20 charge pyrotechnique, disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de diffusion communiquant avec au moins une ouverture de décharge ménagée dans la paroi de l'enveloppe, ces cloisons étant traversées par au moins un orifice longitudinal formant tuyère qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique des chambres de combustion vers 25 la chambre de diffusion, ces gaz pouvant ensuite s'en échapper, via ladite ouverture de décharge, notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable. On parle de générateur adaptatif, car il autorise un fonctionnement indépendant des chambres de combustion et offre par conséquent plus de souplesse en termes de gonflage du coussin. 30 L'inconvénient majeur des générateurs adaptatifs traditionnels est leur coût élevé. En effet, chaque chambre de combustion équipée d'un système d'allumage traditionnel possède des composants coûteux, tels que l'initiateur et son support. Par ailleurs, un tel générateur nécessite un double câblage pour la mise à feu des deux initiateurs. On a déjà proposé des générateurs à chambres de combustion et charges pyrotechniques multiples et à initiateur unique. Le document FR-A-2 877 428 décrit une telle structure. Les chambres de combustion sont disposées à chaque extrémité du générateur et sont séparées par une chambre de diffusion. L'une des chambres, en l'occurrence la plus grande, contient l'initiateur. L'allumage de la deuxième chambre est réalisé grâce aux gaz de combustion qui s'échappent de la première chambre. Plus précisément, les gaz viennent agresser l'opercule qui obture l'orifice formant tuyère qui débouche dans la deuxième chambre de combustion. Cette tuyère ayant une forme conique, les gaz sont focalisés dans la deuxième chambre et initient la charge qui y est contenue. Un tel dispositif demande à être perfectionné, car on constate en 15 fonctionnement un comportement agressif pour le générateur et une libération d'énergie importante, suivie d'une baisse de régime. Le document FR-A-2 890 022 se rapporte à un générateur comprenant une chambre de combustion et une réserve dite "tampon". Cette réserve communique avec la chambre de combustion et comprend un orifice operculé qui 20 communique avec une chambre de diffusion. Cette réserve permet, après l'allumage, de stocker momentanément une partie des gaz de combustion. Lorsque la pression dans cette réserve atteint un seuil prédéterminé, l'opercule se rompt et les gaz stockés sont libérés. Dans la variante de réalisation de la figure 7, le générateur comprend 25 une deuxième chambre de combustion. Ces chambres de combustion partagent la même chambre de diffusion. Dans ce cas, la réserve tampon comprend un autre orifice operculé qui communique avec la deuxième chambre de combustion. L'allumage de la deuxième chambre n'est réalisé qu'après rupture de l'opercule. Dans le document US-A-2005/0098988 est décrit un générateur 30 tubulaire comprenant deux chambres de combustion. Chaque chambre de combustion comporte un initiateur. Elles partagent toutes les deux la même chambre de diffusion. Cette dernière comporte au moins un orifice de décharge vers l'extérieur. Chaque chambre de combustion comprend au moins un orifice formant tuyère. En fonction de la séquence d'allumage des deux chambres, la combustion est 35 pilotée soit par les tuyères, soit par les orifices de décharge. Un tel générateur souffre des mêmes inconvénients que le générateur décrit en premier lieu, en raison de la présence de deux initiateurs. La présente vise donc à résoudre ces problèmes en proposant un générateur de structure simple, dont la combustion des charges des deux chambres 5 de combustion est pilotée de manière efficace et progressive. L'invention concerne donc un générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile, comprenant une enveloppe tubulaire fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir une première et une deuxième chambres de 10 combustion contenant chacune au moins une charge pyrotechnique, disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de diffusion communiquant avec au moins une ouverture de décharge ménagée dans la paroi de l'enveloppe, un matériau de filtration étant disposé dans cette chambre au moins en regard de ladite ouverture de décharge, lesdites cloisons étant traversées par au moins un orifice 15 longitudinal formant tuyère qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique des chambres de combustion vers la chambre de diffusion, ces gaz pouvant ensuite s'échapper de la chambre de diffusion, via ladite ouverture de décharge, notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable, seule la première desdites chambres de combustion étant 20 pourvue de moyens d'initiation de ladite charge pyrotechnique qui y est contenue. Selon l'invention, ce générateur se caractérise par le fait que : - ladite chambre de diffusion abrite un conduit tubulaire dont les extrémités opposées communiquent avec lesdits orifices longitudinaux formant tuyère, la paroi de ce conduit présentant elle-même au moins un orifice formant 25 tuyère, qui n'est jamais obturé, qui fait communiquer son espace interne avec l'espace interne de la chambre de diffusion, et qui est en regard dudit matériau de filtration ; - la tuyère qui sépare la première chambre de combustion de la chambre de diffusion est obturée, côté chambre de combustion, par un opercule qui 30 cède au-delà d'une première valeur prédéfinie de pression dans cette chambre de combustion ; - la tuyère qui sépare la chambre de diffusion de la deuxième chambre de combustion est obturée, côté chambre de diffusion, par un opercule qui cède au-delà d'une seconde valeur prédéfinie de pression dans ledit conduit 35 tubulaire, cette seconde valeur étant supérieure à la première valeur ; - les aires desdites tuyères étant dimensionnées de telle manière que la tuyère dudit conduit pilote la combustion de la charge contenue dans ladite deuxième chambre de combustion, quand lesdits opercules ont cédé. Grâce à cet ensemble de caractéristiques, le conduit va focaliser les gaz sortant de la première chambre de combustion vers l'opercule de la deuxième chambre de combustion, tout en permettant la sortie d'une partie de ces gaz pour gonfler immédiatement le coussin. Lorsque la combustion de la charge de la deuxième chambre de combustion aura débuté, les tuyères du conduit piloteront alors cette combustion. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : - les aires respectives des ouvertures formant tuyères répondent à la relation mathématique suivante : Sl Ce conduit tubulaire 8 est de préférence assemblé en compression entre les parois 12 et 13, afin d'assurer une étanchéité parfaite entre eux. Par ailleurs, un jeu est de préférence nécessaire entre la paroi externe du conduit 8 et le matériau de filtration 5 qui garnit l'intérieur de la chambre de diffusion. Selon l'invention et ainsi qu'on l'expliquera ci-après, les aires des tuyères 120, 130 et 80 sont dimensionnées de telle manière que la tuyère 80 du conduit 8 pilote la combustion de la charge 4 qui est contenue dans la deuxième chambre de combustion C2, quand les opercules 6 et 7 ont cédé. Avantageusement, les aires respectives de ces tuyères répondent à la 25 relation mathématique suivante : S1 Avant mise à feu de l'initiateur 2, le générateur se retrouve dans la configuration de la figure 1, ce qui signifie que les opercules 6 et 7 des cloisons 12 et 13 sont intacts et isolent les trois chambres deux-à-deux. Lorsque la combustion de l'initiateur est enclenchée, celle-ci se 5 propage à la charge pyrotechnique 3 présente dans la chambre de combustion C1, de sorte que la pression de gaz y augmente progressivement. L'opercule 6 qui obture jusque là cette chambre finit par céder au-delà d'une pression prédéterminée, de sorte que les gaz générés par la combustion de la charge 3 s'engouffrent dans le conduit 8 sous la forme d'un flux F1 (voir figure 10 2). Le conduit 8, du fait de son volume réduit, canalise le flux de gaz F1 vers l'opercule 7 qui obture la chambre C2, jusqu'à venir l'ouvrir par agression thermomécanique et initier le propergol que cette deuxième chambre contient. Parallèlement, une partie des gaz peut s'échapper par les tuyères 80 15 du conduit 8. Ils sont alors filtrés et ralentis par le matériau 5 et s'échappent à l'extérieur par les ouvertures de décharge 100. C'est la situation de la figure 3 dans lesquels ces deux flux sont référencés F2 et F3. Enfin, lorsque la charge 4 de la chambre C2 est rentrée en 20 combustion, les gaz ainsi générés s'échappent de ladite chambre sous la forme d'un flux F4 qui traverse la tuyère 130, rentre dans le conduit 8 et s'en échappe par les tuyères 80. Compte tenu de la relation mathématique exposée ci-dessus, la combustion de la charge présente dans la chambre C2 est pilotée par les tuyères 80 25 du conduit 8. A titre indicatif, les ratios suivants de sections de passage permettent une montée en pression suffisante pour entretenir la combustion de la charge présente dans la chambre de combustion C2 : 30 S1 = 54 mm2 ; S3 = 75 mm2 ; S1 + S2 = 84 mm2. Ainsi, le pilotage du générateur dans son ensemble est assuré par le conduit 8 et non pas par les tuyères 120 et 130 qui ne jouent leur rôle, en tout état de cause, pour la première chambre de combustion C1, qu'en début de fonctionnement. Un premier régime de fonctionnement est établi suite à la mise à feu de la chambre principale C1, contrôlé par la tuyère 120. Toutefois, le critère "S2 supérieur à s 1 " permet d'évacuer des gaz afin de remplir le sac sans délai. En parallèle, le volume réduit du conduit 8, ainsi que la valeur de l'aire S3 permettent de canaliser les gaz vers l'opercule de la seconde chambre C2 pour l'ouvrir par agression thermomécanique et initier le propergol qu'elle contient. La pression initiale dans le tube garantit un allumage reproductible de - 35° à + 85°C. La quantité de gaz supplémentaire produite provoque une surpression 10 dans le tube, contrôlée par la section S3 qui s'équilibre avec la pression de la seconde chambre C2, afin de soutenir la combustion. Le deuxième régime est alors atteint et le pilotage des chambres C1 et C2 est modifié par le niveau de pression atteint dans le conduit (mise en communication des chambres de combustion contrairement au générateur avec deux 15 mises à feu). Dans le mode de réalisation de la figure 5, le conduit 8 présente une forme telle que sa partie centrale 81 est en retrait par rapport à ses extrémités 82, de manière à ce qu'il existe un jeu entre les tuyères 80 et le matériau de filtration 5. Ceci garantit une diffusion plus homogène et le travail de filtration 20 du matériau 5 est amélioré, la section de passage des tuyères 80 n'étant pas influencée par la structure de ce matériau. A la figure 6 sont représentés, en fonction du temps, les débits de gaz émis par chacune des chambres. Le débit maximum est atténué par rapport au débit émis par un 25 générateur à chambre de combustion unique et se rapproche du débit maximum atteint avec un générateur à double chambre dont la seconde est déclenchée électriquement à 15ms. A la figure 7 sont représentés des ensembles de courbes Pci, Pc2 et P8 donnant l'évolution de la pression, respectivement dans les chambres C1 et C2, 30 ainsi que dans le conduit 8. On constate le décalage du pic de pression à l'intérieur de la chambre C2, ainsi que l'évolution, quasiment en parallèle, des pressions dans les chambres C, et C2, et dans le conduit 8. REVENDICATIONS 1. Générateur pyrotechnique de gaz destiné à la sécurité automobile, comprenant une enveloppe tubulaire (1) fermée à ses extrémités et subdivisée intérieurement par deux cloisons (12, 13) qui délimitent trois chambres contiguës, à savoir une première et une deuxième chambres de combustion (Cr, C2) contenant chacune au moins une charge pyrotechnique (3, 4), disposées longitudinalement de part et d'autre d'une chambre de diffusion (D) communiquant avec au moins une ouverture de décharge (100) rnénagée dans la paroi (10) de l'enveloppe (1), un matériau de filtration (5) étant disposé dans cette chambre (D) au moins en regard de ladite ouverture de décharge (100), lesdites cloisons (3, 4) étant traversées par au moins un orifice longitudinal formant tuyère (120, 130) qui autorise un passage contrôlé des gaz chauds générés par la combustion de ladite charge pyrotechnique (3, 4) des chambres de combustion (Cr, C2) vers la chambre de diffusion (D), ces gaz pouvant ensuite s'échapper de la chambre de diffusion (D), via ladite ouverture de décharge (100), notamment pour gonfler un coussin de protection gonflable, seule la première (Cr) desdites chambres de combustion (Cr, C2) étant pourvue de moyens d'initiation (2) de ladite charge pyrotechnique (3) qui y est contenue, caractérisé par le fait que : - ladite chambre de diffusion (D) abrite un conduit tubulaire (8) dont les extrémités opposées communiquent avec lesdits orifices longitudinaux (120, 130) formant tuyère, la paroi de ce conduit (8) présentant elle-même au moins un orifice formant tuyère (80), qui n'est jamais obturé, qui fait communiquer son espace interne avec l'espace interne de la chambre de diffusion, et qui est en regard dudit matériau de filtration (5) ; - la tuyère (120) qui sépare la première chambre de combustion (Cr) de la chambre de diffusion (D) est obturée, côté chambre de combustion (Cr), par un opercule (6) qui cède au-delà d'une première valeur prédéfinie de pression dans cette chambre de combustion (Cr) ; - la tuyère (130) qui sépare la chambre de diffusion (D) de la deuxième chambre de combustion (C2) est obturée, côté chambre de diffusion (D), par un opercule (7) qui cède au-delà d'une seconde valeur prédéfinie de pression dans ledit conduit tubulaire (8), cette seconde valeur étant supérieure à la première valeur ; 2922006 Il - les aires desdites tuyères (120, 130, 80) étant dimensionnées de telle manière que la tuyère (80) dudit conduit (8) pilote la combustion de la charge (4) contenue dans ladite deuxième chambre de combustion (C2), quand lesdits opercules (6, 7) ont cédé. 5 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les aires respectives desdites tuyères répondent à la relation mathématique suivante : Sl 3. Générateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdites cloisons (12, 13) sont traversées chacune par une seule tuyère (120, 130), caractérisé par le fait que ledit conduit tubulaire (8) présente une section légèrement plus grande que celle desdites tuyères (120, 130). 4. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il existe un jeu entre la tuyère (80) dudit conduit tubulaire (8) et ledit matériau de filtration (5). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau de filtration (5) a la forme d'un manchon tubulaire, caractérisé 25 par le fait que ledit conduit (8) est emmanché à force dans ledit manchon (5). 15 20