газогенератор к надувной подушке безопасности

Формула изобретения

1. Газогенератор к надувной подушке безопасности, содержащий корпус, размещенный в нем элемент зажигания и также размещенное в корпусе пространство для приема газообразующего материала, отличающийся тем, что пространство образовано закрытым реактором для приема сжигаемого сжиженного газа, причем газогенератор далее содержит отводную камеру для отвода образуемых при сгорании сжиженного газа газов из корпуса, размещенную в отводной камере продавливаемую мембрану, полость, размещенную между реактором и продавливаемой мембраной, и размещенный в полости, снабженный проходным каналом, пробивной элемент для пробоя стенки реактора при инициировании элемента зажигания, причем элемент зажигания размещен на отвернутом от реактора конце полости.

2. Газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что обращенный к реактору конец пробивного элемента выполнен в виде острой режущей кромки.

3. Газогенератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пробивной элемент выполнен в виде гильзы, обращенный к элементу зажигания конец которой имеет больший диаметр и большую толщину стенки, чем противоположный конец, причем пробивной элемент установлен в полости с возможностью перемещения.

4. Газогенератор по пп.1 3, отличающийся тем, что пробивной элемент в прилегающем к стенке реактора положении перекрывает вход отводящей камеры в полость.

5. Газогенератор по пп.1 4, отличающийся тем, что корпус снабжен средствами для его плотного соединения с геометрическим замыканием с содержащей подушку безопасности емкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к газогенератору к надувной подушке безопасности.

Известен газогенератор к надувной подушке безопасности, содержащий корпус, размещенный в нем элемент зажигания и также размещенное в корпусе пространство для приема газообразующего материала. Известный газогенератор выполнен для приема твердого материала в качестве газообразующего материала, он дополнительно содержит фильтрующие элементы для улавливания шлаковых частиц, образуемых при сгорании газообразующего материала.

Недостаток известного газогенератора заключается в том, что из-за потребности в фильтрующих элементах его изготовление является сравнительно дорогим. Кроме того, фильтрующие элементы занимают дополнительное место, что также представляет собой недостаток ввиду требования малогабаритного выполнения газогенераторов к надувным подушкам безопасности.

В основу изобретения положена задача создать сравнительно дешевый газогенератор с уменьшенным размером.

Задача решается в предлагаемом газогенераторе к надувной подушке безопасности, содержащем корпус, размещенный в нем элемент зажигания и также размещенное в корпусе пространство для приема газообразующего материала, за счет того, что пространство образовано закрытым реактором для приема сжигаемого сжиженного газа, причем газогенератор далее содержит отводную камеру для отвода образуемых при сгорании сжиженного газа газов из корпуса, размещенную в отводной камере продавливаемую мембрану, полость, размещенную между реактором и продавливаемой мембраной, и размещенный в полости, снабженный проходным каналом пробивной элемент для пробоя стенки реактора при инициировании элемента зажигания, причем элемент зажигания размещен на отвернутом от реактора конце полости.

Для инициирования предлагаемого газогенератора на сжиженном газе инициируется его элемент зажигания. Газообразные продукты сгорания, образуемые при инициировании элемента зажигания, поступают в полость и прожимают пробивной элемент через стенку реактора. Через проходной канал пробивного элемента горячие газообразные продукты сгорания элемента зажигания поступают в реактор, где инициируется сгорание сжиженного газа. Вследствие пробивки стенки реактора газообразные продукты сгорания вытекают из реактора через проходной канал пробивного элемента, застрявшего в стенке реактора, поступают в полость. При достижении определенного давления газов в полости мембрана разрушается и открывает путь к отводной камере, откуда газ через отверстия, выполненные в корпусе, выходит из газогенератора и надувает подушку безопасности.

В предлагаемом генераторе на сжиженном газе продавливаемая мембрана в не инициированном состоянии не подвержена нагрузке, ведь при закрытом реакторе в полости не имеется повышенного давления. Продавливаемая мембрана выдерживает нагрузку от давления газа, образуемого при инициировании элемента зажигания, и разрушается лишь при поступлении газообразных продуктов сгорания находящегося в реакторе сжиженного газа в полость, т.е. при превышении минимального давления, предопределенного конфигурацией мембраны.

Продавливаемая мембрана предлагаемого генератора на сжиженном газе за весь срок службы газогенератора в основном подвержена неизменяющимся условиям. В частности на мембрану не воздействует статическое давление сжиженного газа, которое над критической температурой, при которой весь сжиженный газ переходит в газовое состояние, может составлять более чем 100 бар.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения обращенный к реактору конец пробивного элемента выполнен в качестве острой режущей кромки для пробоя стенки реактора. Чем острее кромка на обращенном к стенке реактора конце пробивного элемента, тем меньше могут быть пиротехнически обеспечиваемые силы, прогоняющие пробивной элемент через стенку реактора. Это позволяет использовать элементы зажигания меньших размеров и веса. Или же наоборот, стенка реактора может быть выполнена с большей толщиной с тем, чтобы надежно предотвратить диффузию и обеспечить сохранение требуемого давления.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме выполнения изобретения пробивной элемент выполнен в виде гильзы, установленной в полости с возможностью скользящего перемещения. При этом обращенный к реактору конец гильзы может быть снабжен острой режущей кромкой, при этом на этом аксиальном конце гильза может иметь уменьшенный наружный диаметр с небольшой толщиной стенки. По сравнению с этим другой аксиальный конец, обращенный к полости, имеет больший наружный диаметр и стенку большей толщиной. Кольцевая торцевая поверхность гильзы рассчитана так, что создаваемое при инициировании элемента зажигания динамическое давление с достаточным для пробоя стенки реактора усилием воздействует на гильзу.

Предпочтительно пробивной элемент в положении, в котором он находится до инициирования элемента зажигания, перекрывает вход отводной камеры в полость и, таким образом, продавливаемую мембрану.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения газонепроницаемый реактор выполнен устойчивым к собственному давлению и устойчивым к продавливанию. Таким образом, устойчив к внутреннему давлению, возникающему при сгорании сжиженного газа в реакторе и составляющему до 1000 бар. Реактор выдерживает статическое давление (при температуре от -35 до +110^oC это давление составляет от 10 до 150 бар) и динамическое давление. При такой устойчивости реактора вклад корпуса в устойчивость против продавливания имеет сравнительно небольшое значение. Корпус имеет лишь несущую функцию и служит для фиксации реактора в определенном положении. Таким образом, корпус можно выполнять в зависимости от имеющегося места. В этой связи, в частности, выгодно выполнение корпуса в виде части емкости модуля, в которой в сложенном состоянии размещена подушка безопасности и которая снабжена крышкой, обращенной к пассажирам автомобиля. Крышка открывается при надувании подушки безопасности. Благодаря интегрированному выполнению корпуса газогенератора с емкостью модуля толщина последней сокращается. В том случае, если корпус газогенератора представляет собой часть модуля, то он должен быть плотно связанным с емкостью модуля с геометрической связью, или же корпус газогенератора может быть выполнен заодно целое с емкостью модуля. Однако последняя форма выполнения изобретения связана с проблемами при производстве, если, как принято, емкость модуля выполнена из пластмассы. Поэтому выгоднее раздельное изготовление емкости и корпуса газогенератора и их плотный монтаж с геометрическим замыканием с помощью соответствующих соединительных средств. Под понятием "плотно" в этой связи следует понимать то, что газообразные продукты сгорания, выходящие из корпуса и поступающие в емкость, не проникают наружу в место соединения корпуса газогенератора с емкостью, т. е. они в полном объеме подаются на надувание подушки безопасности. При надутой подушке безопасности внутреннее давление в модуле составляет лишь несколько бар.

Предлагаемый генератор на сжиженном газе может также быть выполнен таким, что реактор служит лишь для предотвращения диффузии, т.е. для обеспечения газонепроницаемости при длительном хранении, а устойчивость к воздействию давления обеспечивается корпусом. В этом случае реактор может быть выполнен с тонкой стенкой, что имеет то преимущество, что пробивной элемент может легко пробить стенку реактора.

Дальнейшее преимущество обеспечивается за счет выполнения корпуса (обеспечивающего устойчивость) и реактора (обеспечивающего газонепроницаемость) из разных материалов, в зависимости от используемого сжиженного газа и рабочих давлений.

На фиг. 1 показан модуль пассивной системы безопасности с надувной подушкой безопасности, вид сбоку;

на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 через предлагаемый газогенератор модуля согласно фиг. 1;

на фиг. 3 узел I на фиг. 2;

на фиг. 4 предлагаемый генератор, другой вариант выполнения, продольный разрез.

Фиг. 1 показывает боковой вид встроенного модуля 1 пассивной системы безопасности для защиты пассажиров автомобиля от повреждения. Модуль 1 содержит пластмассовую емкость 2, открытую с одной стороны, причем на открытой стороне размещена подушка безопасности 3, выполненная из тканевого материала. На емкости 2 закреплена пластмассовая крышка 4, открывающаяся при надувании подушки безопасности 3. В емкости 2 интегрирован газогенератор 5 с корпусом 6. Сверху (см. стрелку А) емкость 12 имеет прямоугольную форму, причем газогенератор 5 простирается на всю длину емкости 2. Корпус 6 генератора 5, который может быть выполнен из металла или подкрепленной волокнами пластмассы, снабжен двумя утолщениями 7, расположенными на двух отвернутых друг от друга продольных сторонах корпуса 6. Утолщения 7 имеют свободную поверхность более чем на 270^o их окружности, а на остальной части окружности они соединены с корпусом 6. Концы емкости 2, обращенные друг к другу и примыкающие к корпусу 6, снабжены канавкой 8, имеющей соответствующее конфигурации утолщений 7 поперечное сечение. Для монтажа модуля утолщения 7 корпуса 6 вводят в канавки 8 емкости 2, и таким образом корпус 6 сбоку вставляется в емкость 2. Корпус 6 с обеспечением геометрического замыкания плотно соединен с емкостью 2.

Далее подробно описаны конструкция и работа генератора 5 на сжиженном газе. Согласно фиг. 2 корпус 6, который может быть изготовлен путем профильного прессования, имеет удлиненную форму. Он представляет собой полый профиль с первым, сравнительно крупным, проходным отверстием 9 и вторым, сравнительно небольшим, проходным отверстием 10. И отверстие 9, и отверстие 10 выполнены в аксиальном направлении. В проходном отверстии 9 размещен подобный картушу реактор 11, имеющий стенку сравнительно небольшой толщины. Реактор 11 представляет собой резервуар, конец 12 которого плотно закрыт. В реакторе 11 находится сжиженный газ 13. Реактор 11 выполнен с меньшей длиной, чем корпус 6. На конце 14, обращенном к концу 12 реактора 11, корпус 8 закрыт пробкой 15. Форма последней приспособлена к подобной горлышку бутылки форме реактора 11 на его закрытом конце 12, и пробка 15 с помощью выступов неподвижно закреплена на внутренней поверхности проходного отверстия 9. С помощью уплотнительного кольца 16 пробка уплотнена относительно корпуса 6. На пробке 15 размещен детектор 17 утечки газа, в случае необходимости обнаруживающий возможно выступающий из конца 12 реактора 11 газ.

На фиг. 2 также видно, что кроме проходного отверстия 9 пробка 15 закрывает и проходное отверстие 10 на конце 14 корпуса 6.

Другой аксиальный конец 18 корпуса 6 закрыт с помощью в основном цилиндрической пробки 19. С обращенной к реактору 11 стороны пробка 19 приспособлена к форме реактора 11. Пробка 19 уплотнена относительно реактора 11 посредством уплотнительного кольца 20. Она фиксирована в проходном отверстии 9 с помощью пружинящего кольца 21, снаружи обхватывающего пробку и взаимодействующего с канавкой, выполненной во внутренней поверхности проходного отверстия 9. В конце 18 корпуса 6 проходное отверстие 10 закрыто отдельной пробкой 22, надежно зафиксированной в проходном отверстии без опасности смещения посредством сужения 23 корпуса 6 или же посредством фиксирующего стержня.

На фиг. 3 подробно показана размещенная в конце 18 корпуса 6 пробка 19, конфигурация которой описывается ниже. Пробка 19 выполнена с аксиальным отверстием 24, образующим полость 25. В полости 25 размещен электрически инициируемый пиротехнический элемент зажигания 26, ввинченный в обращенный к концу 18 корпуса 6 конец отверстия 24, выполненного в пробке 19, или другим образом тесно связанный с пробкой 19. В отверстии 24, которое за исключением возможно имеющейся резьбы для ввинчивания элемента зажигания 26 выполнено с гладкой внутренней поверхностью, размещен гильзообразный пробивной элемент 27, направленный в отверстии 24 с возможностью аксиального перемещения. Конец 28 пробивного элемента 27 снабжен острой кромкой, примыкающей к торцевому концу реактора 11. У конца 28 толщина стенки пробивного элемента 27 сравнительно небольшая, так как конец 28 пробивного элемента 27 в результате наружной заточки 29 выполнен в виде кольцевой режущей кромки. Другой аксиальный конец 30 пробивного элемента 27, обращенный к элементу зажигания 26, по сравнению с концом 28 выполнен с большими наружным диаметром и толщиной стенки. Между концами 28,30 пробивной элемент 27 имеет коническую наружную окружную поверхность 31. Из-за своего гильзообразного выполнения пробивной элемент 27 снабжен центральным проходным каналом 32. На обращенном к реактору 11 конце отверстие 24, выполненное в пробке 19, сужено. На этом участке отверстие 24 прилегает к концу 28 гильзообразного пробивного элемента 27, другой конец 30 которого направлен в отверстии 24 на его участке большего диаметра.

Полость 25 и проходное отверстие 10 сообщены друг с другом через отводную камеру, выполненную в виде радиального отверстия 33, которое имеет первый участок, выполненный в пробке 19, и второй участок, выполненный в корпусе 6. Оба участка отверстия 33 при смонтированном положении пробки 19 расположены соосно. На том участке отверстия 33, который выполнен в пробке 19, размещена цилиндрическая вставка 34, в которой установлена продавливаемая мембрана 35. Продавливаемой мембраной 35, опирающейся о выступ пробки 19 и закрепленной между цилиндрической вставкой 34 и пробкой 19, полость 25 закрыта относительно проходного отверстия 10.

Монтаж гезогенератора 5 согласно фиг. 2 осуществляют следующим образом. Сперва один конец 14, 18 корпуса 6, который может быть изготовлен путем профильного прессования, закрывается соответствующей пробкой (или соответствующими пробками) 15, 19, 22. Затем через еще открытый конец в корпус 6 вводят реактор 11, после чего и этот конец корпуса 6 закрывают. При этом выгодна конструкция корпуса 6 газогенератора 5 в виде модулей. Реактор 11, механизм зажигания и продавливаемая мембрана 35 имеются в виде отдельных узлов, выполненных вышеописанным образом и соединяемых друг с другом с получением предлагаемого генератора 5 на сжиженном газе. При этом следует уделять внимание тому, чтобы перед монтажом пробки 19 вставка 34, имеющая форму полого цилиндра, вместе с продавливаемой мембраной 35 размещалась в проходном отверстии 33 на участке, выполненном в пробке 19.

Далее коротко описывается работа предлагаемого газогенератора согласно фиг. 2. Для активации генератора 5 на сжиженном газе инициируется его элемент зажигания 26, а именно электрическим импульсом в результате обнаружения столкновения соответствующим чувствительным элементом. Вследствие инициирования электрического элемента зажигания 26 в полости 25 образуются газообразные продукты сгорания, динамическое давление которых достаточно для придания пробивного элемента 27 через его кольцевую торцевую поверхность на конце 30 достаточно большого импульса для пробоя стенки реактора 11. При этом благодаря выполнению конца 28 пробивного элемента 27 с наружной заточкой 29 пробивной элемент 27 прорезается через стенку реактора 11. Пробивной элемент 27 вдавливается в стенку реактора 11 до того, как коническая наружная поверхность 31 прилегает к конической внутренней поверхности отверстия 24 пробки 19. Давление газообразных продуктов сгорания элемента зажигания 26 в полости 25 не достаточно высоко для продавливания мембраны 35. Когда пробивной элемент 27 находится в застрявшем в стенке реактора 11 положении зажигающий газ поступает в реактор 11 и инициирует сгорание сжиженного газа 13. При сгорании сжиженного газа 13 через проходный канал 32 пробивного элемента газообразные продукты сгорания поступают в полость 25. При достижении определенного давления газообразных продуктов сгорания в полости 25 разрушается мембрана 35. Это давление зависит от конструкции мембраны 35. После разрушения мембраны 35 полость 25 через отверстие 33 сообщена с проходным отверстием 10, вследствие чего газообразные продукты сгорания поступают в проходное отверстие 10. Газы выходят из корпуса через радиальные отверстия 36 и поступают в пространство 37 в емкости 2 (см. фиг. 1). На характеристику надувания подушки безопасности можно влиять путем выбора соответствующей мембраны 35 и выполнения отверстия 33 с соответствующим проходным сечением.

Кроме того, использование продавливаемой мембраны 35 в некоторой степени содействует равномерному образованию газа за весь диапазон температуры, при которой может работать предлагаемый генератор на сжиженном газе, а именно с -35 до +85^oC. Если исходить из того, что в силу свойств материала давление, при котором разрушается мембрана, обратно пропорционально температуре, а сгорание сжиженного газа осуществляется тем быстрее, чем выше температура, то ясно, что эти две зависимости компенсируются за весь диапазон температуры, а именно тем, что повышается равномерность образования газа для надувания подушки безопасности генератором 5.

Фиг. 4 показывает другую форму выполнения предлагаемого газогенератора 5 в продольном разрезе. В отличие от генератора 5 согласно фиг. 2 и 3 тот конец реактора 11, который выполнен подобным горлышку бутылки, обращен в сторону пробки 19, в полости 25 которой размещен пробивной элемент 27. Реактор 11, который и в данном случае выполнен устойчивым к собственному давлению и к продавливанию, на конце 12, выполненном в виде горлышка бутылки, герметично закрыт с помощью крышки 38, которая при работе пробивается пробивным элементом 27. Крышка 38 выполнена с центральным углублением 39, смежным с обращенным к реактору 11 концом полости 25. Толщина крышки 38 в области углубления 39, противоположного острому концу 28 пробивного элемента 27, выбрана достаточно большой с тем, чтобы крышка 38 выдерживала статическое внутреннее давление (которое в зависимости от температуры может составлять до примерно 150 бар), так что реактор 11 обладает необходимой устойчивостью и в области крышки 38. Меньшая толщина крышки 38 в области углубления 39 облегчает пробивание пробивным элементом 27. В общем толщина стенки реактора 11 выбрана достаточно большой для обеспечения выдерживания и динамического давления, возникающего при сгорании сжиженного газа 13, т.е. обеспечена устойчивость реактора 11 к продавливанию. Поэтому и нет необходимости в том, чтобы пробки 15, 19 с геометрическим замыканием прилегали к дну и к "горлышку" реактора 11, а в этих зонах имеются полости 40, 41.