Brevet FR3064569A1 — publié le 20181005

Dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité comprenant une charge secondaire pulvérulente permettant de réduire les risques d'explosion DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [1] L'invention concerne un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un élément de sécurité du type coussin gonflable de sécurité du type airbag, pour la protection d'un occupant de véhicule automobile. [2] L'invention concerne plus particulièrement un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre contenant une deuxième composition dite charge secondaire, les première et deuxième chambres communiquant directement ou indirectement entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d'une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l'extérieur par au moins un orifice d'échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure. ETAT DE LA TECHNIQUE [3] On connaît de la demande de brevet EP2271601 un générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile comprenant une chambre de réaction contenant une charge énergétique constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, une chambre de diffusion apte à recevoir des gaz générés par la réaction de la charge énergétique via au moins une ouverture de décharge communiquant avec l'extérieur, et une chambre de combustion contenant une charge pyrotechnique apte à générer de la chaleur pour déclencher et entretenir la combustion de charge énergétique. La demande susvisée prévoit d'utiliser comme charge énergétique une composition constituée d'un mélange de nitrate 3064569 2 d'ammonium et de nitrate de guanidine. Or de telles compositions sont utilisées classiquement sous forme de pastilles ce qui les rend potentiellement explosives dans les générateurs de gaz à airbag du fait que, par effets mécaniques, thermiques ou physico-chimiques tel que l'humidité, celles-ci se délitent. 5 [004] L'invention vise à remédier à ce problème en proposant un système générateur de gaz s'affranchissant des inconvénients des systèmes générateur de gaz de l'art antérieur, notamment en limitant voire supprimant les risques d'explosion, tout en assurant des performances reproductibles et constantes dans le temps. [5] L'invention a également pour but de proposer un système générateur de gaz évitant la 10 formation de poussières nocives au cours de la production des gaz de combustion. [6] L'invention a également pour but de proposer un système générateur de gaz recyclable. OBJET DE L'INVENTION [7] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif générateur de 15 gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité du type airbag constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre contenant une deuxième composition dite charge secondaire, les première et deuxième chambres communiquant directement ou indirectement entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition 20 constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique supérieure à 5 MPa, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite deuxième composition supérieure à 3 MPa, les premier et deuxième étuis étant reliés situés dans une 25 enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d'une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l'extérieur par au moins un orifice d'échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure, le dispositif générateur de gaz étant remarquable en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d'au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d'ammonium, du nitrate 30 d'ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant 3064569 3 un dérivé carbone-hydrogène-oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de 1 'oxamide, de l'urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100 pm et une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,1. 5 [008] On entend par densité apparente le volume occupé par une masse de mélange sans opération de compression. [009] Avantageusement, le mélange pulvérulent est formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 60 pm, et de préférence de 30 pm. [0010] Avantageusement, le mélange est un eutectique. 10 [0011] Avantageusement, le mélange pulvérulent est formé de constituants co-broyés. Le mélange pulvérulent se caractérise alors par un aspect homogène. Un autre mode de réalisation consiste à vaporiser sous forme de prills une solution aqueuse des constituants. Ces prills peuvent être mis en oeuvre broyés ou non. [0012] Avantageusement, la deuxième composition est ajustée pour que les gaz issus de la 15 réaction de la première et de la deuxième composition présente en sortie du dispositif générateur une balance oxygène supérieure à -5%, avantageusement comprise entre -5% et +1%, et de préférence comprise entre -3% et +1%. [0013] Avantageusement, la deuxième chambre, qui est avantageusement la principale génératrice de gaz du générateur, présente une pression de fonctionnement inférieure à 5 MPa 20 (50 bars). [0014] Avantageusement, le volume de gaz généré par la seconde chambre couvre une gamme de 0,25 à plus de 4 moles. [0015] Selon un premier mode de réalisation, la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate d'ammonium. 25 [0016] Selon un autre mode de réalisation, la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate basique de cuivre. 1100171 Avantageusement, le premier étui comporte au moins un initiateur activable par une 3064569 4 commande externe muni d'une charge renforçatrice et d'une charge relais. [0018] Avantageusement, la charge primaire est un propergol dont la pression de fonctionnement est inférieure à 25 MPa et dont la durée de combustion est comprise dans une plage allant de 0,015 à 2,5 secondes. 5 [0019] Avantageusement, la grille comporte un ou plusieurs orifices définissant une surface de transparence supérieure à celle des orifices d'échappement des gaz. [0020] Avantageusement, la première chambre communique avec la deuxième chambre via une tuyère définie pour assurer un écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire. 10 [0021] Avantageusement, la tuyère et la grille sont disposées à une distance l'une de l'autre inférieure à 40 millimètres. [0022] Avantageusement, ledit premier étui comporte du côté de son extrémité frontale externe l'initiateur activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et du côté de son extrémité frontale interne une tuyère centrale, le second étui, fermé du côté de son 15 extrémité frontale externe, présentant du côté de son extrémité frontale interne la grille, ladite enveloppe extérieure reliant les deux étuis avec un positionnement où leurs extrémités frontales internes respectives sont en regard l'une de l'autre et séparés par un volume intercalaire caractérisant le volume communiquant avec l'extérieur par au moins un orifice. [0023] Selon une variante de réalisation, la première chambre communique directement 20 avec la deuxième chambre, la grille étant positionnée à l'extrémité opposée de la première chambre, le volume communiquant avec l'extérieur étant situé en aval de la deuxième chambre. [0024] L'avantage d'un tel dispositif générateur est de présenter des performances reproductibles et stables, la charge secondaire restant stable en terme de constitution : elle reste en effet sous la forme pulvérulente et sa densité n'évolue pas. Par ailleurs il n'apparaît pas de 25 ségrégation des composants. Comme il sera dit plus loin, la charge primaire est un propergol, constitué d'un liant et d'une charge qui, contrairement aux pastilles, en cas de séparation des composants, ne peut former un mélange explosif 3064569 5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0025] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif générateur de gaz selon un premier exemple de réalisation 5 de l'invention ; - la figure 2 représente une vue schématique de la forme d'un bloc de charge primaire utilisé avec le dispositif générateur de gaz ; - la figure 3 représente un dispositif générateur de gaz selon un autre exemple de réalisation de l'invention 1 0 - la figure 4 représente un dispositif générateur de gaz selon un autre exemple de réalisation de l'invention. [0026] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES 15 [0027] En relation avec la figure 1, il est décrit un dispositif générateur de gaz selon un premier exemple de réalisation de l'invention. [0028] Le dispositif générateur de gaz représenté est un dispositif générateur pour gonfler un sac passager de 110 litres. Il est constitué par une première chambre 1 contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre 2 contenant une 20 deuxième composition dite charge secondaire, éventuellement conditionnée dans une cartouche. Cette charge secondaire est apte à être pilotée par la première composition. [0029] La première chambre 1 est formée dans un premier étui lA résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique. De même, la deuxième chambre 2 est formée dans un deuxième étui 2A résistant à la pression de fonctionnement de ladite 25 deuxième composition. Les premiers et deuxièmes étuis 1A, 2A sont reliés entre eux par une enveloppe extérieure 10A. 3064569 6 [0030] Le premier étui lA comporte, du côté de son extrémité frontale externe 11, un initiateur 15 activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et, du côté de son extrémité frontale interne 12, une tuyère centrale. La tuyère permet de piloter la combustion de la charge primaire dans le dispositif générateur de gaz. Elle est définie pour assurer un 5 écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire. par l'ajustement du rapport de la surface du col de tuyère à la surface du propergol (serrage). Il est spécifique à chaque charge primaire. Avantageusement, la tuyère est munie d'un divergent pour diriger le jet au centre de la chambre secondaire. [0031] Le deuxième étui 2A est fermé du côté de son extrémité frontale externe 13 tandis 10 qu'il présente, du côté de son extrémité frontale interne 14, une grille métallique 16. [0032] Les première et deuxième chambres communiquant entre elles via un volume intercalaire lequel définit une troisième chambre, communiquant avec l'extérieur par des orifices formés dans l'enveloppe extérieure. [0033] Avantageusement, la charge primaire placée dans la première chambre est un 15 propergol solide, la deuxième composition placée dans la deuxième chambre étant constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice. De manière générale, selon les besoins opérationnels d'un système airbag de protection des personnes, le générateur de gaz de gaz pour le gonflage du coussin de sécurité doit pouvoir présenter une durée de fonctionnement de quelques millisecondes à plusieurs secondes. De ce fait, et 20 préférentiellement, la charge primaire est un propergol double base ou composite ou bien une poudre balistique de type Lova. [0034] Le propergol doit se présenter sous la forme de blocs non inhibés (impératif pour le vieillissement). Afin de limiter les effets de parois de la chambre primaire, d'augmenter la densité de chargement et d'augmenter la surface de réaction, le bloc de propergol comporte des 25 branches radiales. Selon une configurée préférée, le bloc de propergol présente une forme annulaire pourvue d'ailettes comme illustré sur la figure 2. [0035] Il peut être prévu également d'utiliser des propergols à double base tel que le propergol SD 1152 (nitrocellulose / nitroglycérine) de préférence sans sels alcalins anti lueur, Energie1000 cal/g ; Vc 30mm/s, effet plateau à 20MPA, Rendement gazeux 1,0/g, 0 résidus ou 30 le propergol 5D1133 (Energie 800cal/g, Vc lOmm/s sous 5,5 MPa, Rendement gazeux 1,0/g, 0 3064569 7 résidus). [0036] Dans les deux cas, il sera nécessaire de prévoir la partie du dispositif générateur contenant la charge primaire non étanche afin de laisser échapper les gaz formés lors du vieillissement du générateur. 5 [0037] Il peut être prévu également d'utiliser des propergols composites à liant Silicone. Avantageusement, le propergol composite à liant silicone mis en oeuvre est composé de 41% de perchlorate d'ammonium, 36% de nitrate de potassium, 22 % de liant silicone, 2% d'additifs (rendement gazeux 0,7 1/g, résidus : 0,3g/g). Vc 30mm/s sous 35 MPa. [0038] Il peut être prévu également d'utiliser des propergols composites à liant 10 polybutadiène. Avantageusement, le propergol composite à liant polybutadiène mis en oeuvre est composé de 88% Perchlorate d'Ammonium, de 14% de polybutadiène. (rendement gazeux 1 1/g, 0 résidus mais HCL à fixer). Vc 1,7mm/s sous 10 MPa. [0039] S'agissant des poudres balistiques de type Lova, il peut être prévu une composition de 84% d'hexogène, 14% de Nilpol, 2% d'additifs (vitesse de combustion : 20-25mm/ms ; 15 dimensions des brins de Lova ; hauteur 3,5-4,8 mm ; diamètre extérieur 3,5 mm ; diamètre intérieur 1,8 mm ; rendement gazeux 1 1/g, 0 résidus). [0040] Il est préféré d'utiliser des propergols monolithes. L'avantage du choix de propergols monolithe dont la combustion est pilotée par une tuyère est de réduire les risques de dysfonctionnement de la charge primaire. En cas de séparation des composants, la matrice 20 conserve son intégrité, il n'y a pas de risque de dysfonctionnement de la charge primaire. Par ailleurs, les performances s'en trouve également améliorées : le débit est en effet ajustable par la forme et peut donc s'approcher d'un débit constant ; il est également possible de choisir un propergol dont le coefficient de température est nul (effet plateau) ou inférieur à 0,3 ; il est également possible de choisir un propergol dont les pressions de fonctionnement sont comprises 25 entre 100 et 200 bars à toute température ; la durée de combustion de la chambre primaire est également ajustable de quelques ms à plusieurs secondes. De plus ils couvrent une large gamme de durée de combustion, fonctionnent sous des pressions modérée ( REVENDICATIONS1. Dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique et une deuxième chambre contenant une deuxième composition, les première et deuxième chambres communiquant entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 5 MPa de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 3 MPa de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d'une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l'extérieur par au moins une ouverture d'échappement des gaz formés dans ladite enveloppe extérieure, caractérisé en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d'au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d'ammonium, du nitrate d'ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant un dérivé carbone-hydrogène-oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de l'oxamide, de l'urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100 pm et une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,1. 2. Dispositif générateur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange pulvérulent est formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 60 'dm, et de préférence de 30 'dm. 3. Dispositif générateur de gaz selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange est un eutectique. 4. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange pulvérulent est formé de constituants co-broyés. 5. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est ajustée pour que les gaz issus de la 3064569 21 réaction de la première et de la deuxième compositions présente en sortie du dispositif générateur une balance oxygène supérieure à -5%, avantageusement comprise entre -5% et +1%, et de préférence comprise entre -3% et +1%. 6. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que la deuxième chambre présente une pression de fonctionnement inférieure à 5 MPa (50 bars). 7. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de gaz généré par la deuxième chambre couvre une gamme de 0,25 à plus de 4 moles. 10 8. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate d'ammonium. 9. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et 15 de nitrate basique de cuivre. 10. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier étui comporte au moins un initiateur activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et d'une charge relais. 11. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que la charge primaire est un propergol dont la pression de fonctionnement est inférieure à 25 MPa et dont la durée de combustion est comprise dans une plage allant de 0,015 à 2,5 secondes 12. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille comporte un ou plusieurs orifices définissant une surface 25 de transparence supérieure à celle des évents d'échappement des gaz. 13. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première chambre communique avec la deuxième chambre via une tuyère définie pour assurer un écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire. 3064569 22 14. Dispositif générateur de gaz selon la revendication précédente, caractérisé en ce la tuyère et la grille sont disposées à une distance l'une de l'autre inférieure à 40 millimètres. 5