气体发生器和用于影响气体发生器中气流的方法

摘要

本发明涉及一种用于乘员保护系统、尤其是用于机动车辆中气囊模块的气体发生器，该气体发生器具有外部壳体(1)、形成在外部壳体(1)中的用于容纳形成气体物质(12)的内部腔室(2)、用于从气体发生器排出形成在内部腔室(2)中的气体的排出开口(16)、和内部腔室(2)与排出开口(16)之间的流动连接。根据本发明，内部腔室(2)与排出开口(16)之间的流动连接的横截面被设计成能够作为温度的函数变化。本发明还描述了一种用于影响气体发生器中的气流的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的气体发生器和根据权利要求10的前序部分的影响气体发生器中气流的方法。

背景技术

这样的气体发生器例如适于机动车辆中如气囊系统的乘员保护系统中的应用，以提供用于使气囊膨胀的气体。这样的气体发生器必须满足在还通过所谓的火烧试验(燃烧试验)的事情之中所属的安全规定。因此，气体发生器必须被设计并制造成使得其不会被火的热量碎裂，即不会分裂。这些安全规定通过材料研究和试验的联邦协会由机动车辆生产者以及由准入机动车辆中气体发生器的立法机关规定。

相对于火烧试验的火焰，提供了气体发生器的三个或四个可能位置。例如，在管状气体发生器的情况下，待试验的四个位置如下：

1.气体发生器的引火器面向火焰时的位置，

2.气体发生器的引火器远离火焰时的位置，

3.发生器轴线水平放置且气体发生器的火焰冲击出现在气体发生器中间时的位置，

4.将发生器轴线反过来水平布置时的位置，然而火焰冲击出现在气体发生器的远离引火器的部位。

从现有技术情况已知采用呈药丸或颗粒形式的提前点火装置(所谓的自燃材料)，以解决(即气体发生器的避免其同时碎裂的火焰冲击)所谓的火烧问题。提前点火装置包括比在用于实际气体生成的气体发生器中所使用的气体套件低的自点火温度(自动点火温度)。例如，已知具有160℃的自点火温度的自点火装置。然而，所采用的烟火气体套件通常耐热得多，并包括较高的点火温度或者比提前点火装置高的放热反应温度。例如，已知具有260℃的放热反应温度的气体套件。

提前点火装置的一个功能在于借助提前点火使得导致实际气体套件的可控转变。因此，概念“可控转变”指的是气体套件可控的且合理的燃烧速度。气体套件的燃烧速度随转变之前的气体套件的温度而增长。气体套件的燃烧速度越高，则气体发生器内的内部压力越高。在气体发生器中或燃烧腔室中的内部压力超过正常范围的情况下，气体发生器碎裂的危险增大。这尤其是气体发生器的结构材料由于不论以何种方式的强烈加热而弱化的实际情形。因此，由现有技术情况已知，借助火烧试验中气体发生器的结构材料的强烈加热，降低了结构材料的结构性能。借助提前点火装置的提前点火和由此以相对低的起始温度引起提早的实际气体套件的转变，由于气体发生器中较低的内部气压，所以作用在气体发生器的结构材料上的载荷保持得较低，使得碎裂的危险减小。

在气体发生器的火焰冲击时作用于气体发生器的热量在火烧试验期间能借助热传递而迅速地达到提前点火装置的情况下，尤其能通过提前点火装置来很好地实现上述功能。这尤其是在存在有利的试验位置时的情形，例如在点火器面向火焰的情况下。由于提前点火装置到火焰或火的距离在这一位置上相应较小，所以能通过有利的热传递快速地达到自点火装置的自点火温度。

分别在火烧试验期间例如像气体发生器的水平定向的不利位置和位于远离提前点火装置或点火器的气体发生器的位置处的火焰冲击的情况下，由于火焰与提前点火装置之间相对长的距离导致热量到提前点火装置的长时间段的传递，所以可导致提前点火装置的延迟启动。这意味着在该情况下，空气套件在点火时已相对较热，使得达到气体发生器的燃烧腔室中较高的燃烧速度以及因此较高的内部压力。另外，发生器壳体由于上升的温度而具有明显损失的刚性。在最坏的情况下，在火烧试验的这一部分期间可出现气体发生器的碎裂。

从US-A 5,738,372已知一种气体发生器，该气体发生器包括供应连接，通过该供应连接，气体发生器的内部空间能在该内部空间中的压力作用下用气体填充。在填充内部空间之后，能由在高温或熔融的情况下变形的密封件封闭供应连接。因此，能将供应连接再次打开，使得其作为在高温的情况下打开的气体发生器的安全阀。然而，储存在气体发生器中的气体不是在气体出口处而是在气体发生器的供应连接处离开气体发生器。

发明内容

本发明的问题在于提供一种以尤其有利的方式通过火烧试验的气体发生器。

该问题借助一种具有权利要求1的特征的气体发生器来解决。这样的气体发生器适于乘员保护系统，尤其适于机动车辆中的气囊模块。气体发生器包括外部壳体和形成在该外部壳体内的内部壳体，该内部壳体用于容纳气体发生物质。通常的烟火气体套件可用作气体发生物质，该气体发生物质可由燃烧时产生大量气体的固体易燃材料构成。气体发生器的内部空间经由一流动连接而连接至气体发生器的流出开口，在气体发生物质燃烧之后，气体发生器中产生的气体通过该流动连接而从气体发生器流出进入相关联的气囊。

根据本发明，内部空间与流出开口之间的流动连接的横截面被设计成可根据温度而变化。

在一变型中，当达到或超过变形温度时，内部空间与流出开口之间的流动连接的横截面被增大。例如通过提供用于使内部空间连接至流出开口的附加开口，可出现流动连接的横截面的增大。

在本发明的变型中，变形温度大约等于250℃、240℃、230℃、220℃、210℃、200℃、190℃、180℃、170℃、160℃或150℃或者为甚至低于150℃的值。因此，不需要将变形温度认为是正好定位于某个精确值的确切温度，而是出现在某一范围内的温度。因此，变形温度为材料经历变形时的温度。

为了尤其以简单的方式为内部空间与流出开口之间的流动连接提供附加的开口，在变型中，在内部空间与流出开口之间形成由密封元件封闭的开口。尤其地，开口由密封元件完全封闭。代替单个的开口，可提供由单个密封元件封闭的多个开口。此外，在多个开口的情况下，这些开口中的每个开口由单个的密封元件封闭。还可能的是，一个密封元件封闭两个或多个开口，然而其中存在超过一个的密封元件，以便封闭必需封闭的所有开口。

在替代性实施例中，密封元件包括具有不超过大约250℃，尤其不超过大约240℃、230℃、220℃、210℃、200℃、190℃、180℃、170℃、160℃或150℃熔融温度的材料。熔融温度还可甚至低于大约150℃。材料的熔融温度被认为是变形温度的特定情形。在熔融温度下，材料不仅可变形，而且在该温度下熔融。密封元件可能全部由具有前述熔融温度中的一个熔融温度的材料构成。材料不需要是纯物质，实际上不同物质的混合物也能用来形成材料。

在变型中，密封元件包括合成材料、尤其是聚丙烯或聚酰胺。聚丙烯包括大约160℃的熔融温度，而聚酰胺包括大约220℃的熔融温度。

在另一变型中，合成材料包括玻璃纤维。通过添加玻璃纤维，增强合成材料的刚性，其中基本不影响合成材料的熔融温度。

在变型中，通过改变内部空间与流出开口之间的流动连接的横截面来提供附加的流动路径。于是，除初始存在的流动路径以外，由布置在内部空间中的气体套件在燃烧时产生的气体在从气体发生器的内部空间到气体发生器的流出开口途中能流动通过该附加的流动路径。

为了允许在内部空间中上升的温度时尤其有利的减压和从内部空间的气体排出，在替代性实施例中，附加的流动路径设计成使得流动通过该附加的流动路径的气体比流过初始存在的流动路径的气体更少地偏转。这意味着与没有附加的流动路径的情况一样，在内部空间与流出开口之间提供更直接的连接。

本发明的问题还可通过一种具有权利要求10的特征的用于影响气体发生器中气流的方法来解决。根据该方法，提供一种气体发生器，该气体发生器具有外部壳体、形成在外部壳体中的用于容纳气体发生物质的内部空间、用于从气体发生器向外排出内部空间中产生的气体的流出开口、和内部空间与流出开口之间的流动连接。流动连接的至少一部分由密封元件封闭。通过提高气体发生器的与密封元件相关联的这样区域的温度，直到达到或超过变形温度为止，于是通过将热传递至密封元件实现密封元件的变形。因此，改变流动连接的横截面。

尤其地，横截面的之前由密封元件封闭的那部分被打开。因此，提供流动连接的附加的横截面。

温度提高至或超过变形温度的气体发生器的区域优选为内部空间的一部分，密封元件被布置于该部分，以封闭流动连接的横截面的一部分。还可在气体发生器的另一区域或内部空间的一部分出现从外部对内部空间的直接温度冲击，于是其中实现了热传递，该热传递用于使布置密封元件的气体发生器的区域或内部空间的部分处对应的温度升高。

用于改变横截面的方法尤其有利地应用于上述种类的气体发生器。关于气体发生器的从属权利要求中限定的特征在这点上也可应用于本方法的变型和替代性实施例，其可参考以上相应的说明。此外，关于方法的说明也可应用于要求保护的气体发生器。

附图说明

将参考下文中描述的附图更详细地说明本发明的其他实施例和细节。其中示出：

图1是气体发生器的第一实施例的横截面；

图2是气体发生器的第二实施例的横截面；

图3是火烧试验中的试验位置的示意图；

图4a是在封闭的过热阀的情况下离开图1的气体发生器的气体的可能的流动路径；并且

图4b是在打开的过热阀的情况下离开图1的气体发生器的气体的可能的流动路径。

具体实施方式

图1示出气体发生器的横截面，该气体发生器具有外部壳体1、作为内部空间布置在外部壳体中的燃烧腔室2、和布置在外部壳体1与燃烧腔室2之间的增压室3，燃烧腔室2中产生的气体能流动通过该增压室3。

此外，在外部壳体1内，在图1所示的气体发生器的左侧设置有电引火器4、提前点火装置5和放大充电器(amplification charge)6。放大充电器6还表示为升压充电器(booster charge)。引火器4、提前点火装置5和放大充电器6一起被布置在加强杯7中，该加强杯7以可与增压室3相比无间隙的方式至少部分地布置在外部壳体1中。引火器4从而突出到加强杯7中，然而该引火器4的部分由引火器座8保持。引火器4能够以通常的方式经由电连接电缆而连接至电气电压源并且以与启动情况相同的方式触发。

存在放大充电器6和提前点火装置5的加强杯7的内部通过薄膜或隔膜状封闭元件9与流动通道10分开，在封闭元件9的破坏之后借助流动通道10建立了燃烧腔室2与加强杯7的内部之间的连接。

在燃烧腔室2的面对加强杯7的那侧处另外布置有呈弹性金属纤维绒形式的体积补偿装置11。体积补偿装置11确保呈药丸或颗粒形式的烟火气体套件12被保持在燃烧腔室2中，使得在气体发生器运动时没有由气体套件12引起的喀啦噪声。气体套件12构成气体发生装置。为了清楚起见，不是构成气体套件12的所有药丸或颗粒都提供有对应的附图标记。

设计成圆柱形的燃烧腔室2在其周向表面上包括第一开口13，该第一开口13被设计成中断部或孔，并且其建立了燃烧腔室2的内部与增压室3之间的连接。为了清楚起见，图1中仅图示地示出了一些开口13。增压室3经由第二开口14连接至中空偏转元件15的内部，使得存在于增压室3中的气体能通过第二开口15进入偏转元件15。最后，气体能经由出口16从偏转元件15离开气体发生器，并填充与气体发生器相关联的气囊。

在偏转元件15的面对燃烧腔室2的那侧处，形成有由板18封闭的另外的开口17。板18构成密封元件，并且在该实施例中，板被胶合到偏转元件15的面对燃烧腔室2的外侧上。偏转元件15的面对燃烧腔室2的那侧构成燃烧腔室2的一部分。板18由合成材料制成，其包括明显低于钢的熔融温度(1540℃)的熔融温度，并且例如可在大约130至260℃附近展开。

另外的开口17和板18一起形成能由热量启动的阀或过热阀。在火烧试验期间，气体发生器的外部壳体1借助火焰受热的情况下，例如作用在气体发生器上的火焰的热量从外部壳体1经由偏转元件15传递至燃烧腔室2的外壁20。因此，气体套件12存在于燃烧腔室2中，以及使在偏转元件15处形成的板18变暖。最后，随着温度升高，达到板18的变形温度。在变形温度下，构成板18的材料开始变软并变形。在板18这样的弱化状态下，燃烧腔室中小的过压足以使板18破裂。因此，打开位于下方的另外的开口17，使得在燃烧腔室2中形成的气体能通过该另外的开口17流入偏转元件15。仍然维持从燃烧腔室2通过第一开口13、增压室3和第二开口14进入偏转元件15的初始存在的流动路径。

在出现气体发生器和偏转元件15以及板18随该气体发生器变暖的情况下，也能达到板18的熔融温度。在该情况下，板18熔融，并且在无燃烧腔室2中的低压的必要性的情况下，打开另外的开口17。在这样的情形下，燃烧腔室2中产生的气体除了通过第一开口13、增压室3和第二开口14的流动路径之外，还能从开始向右流过另外的开口17进入偏转元件15，并从那里通过流出开口16流入相关联的气囊。

在不将气体发生器加热至板18的变形或熔融温度的情况下，板18保持完好并且另外的开口17保持封闭。在该情况下，不容易得到从燃烧腔室2通过另外的开口17进入偏转元件15并从那里通过流出开口16离开气体发生器的附加流动路径。

这意味着通过选择板18的材料，可能有由板18形成的过热阀的与温度相关的开口和另外的开口17。这样，在气体发生器仅短期的加热时，能够不打开另外的开口17，并且燃烧腔室2中产生的气体只能通过第一开口13、增压室3和第二开口14流入偏转元件15。

在气囊及还可能借助图1所示的气体发生器(在这方面还参照图4A)的正常操作期间，期望这样的离开燃烧腔室2进入偏转元件15的气流。例如，在由事故所引起的气囊启动的情况下，首先通过应用电压启动引火器4。引火器4点火提前点火装置5和放大充电器6。因此，在加强杯7中形成热的燃烧气体，其产生加强杯7中的提高的压力。由于该提高的压力，所以破坏了封闭元件9，使得热的燃烧气体能通过流动通道10进入燃烧腔室2。因此，燃烧气体的高温在燃烧腔室2中产生气体套件12的转变，由此产生大量的气体。然后气体通过第一开口13流入增压室3，并从那里通过第二开口14流入偏转元件15。因此通过第二开口14将流入增压室时以及从增压室3流出时的气体引入偏转元件15，气体经历至少两次方向变化。在偏转元件15中，另外还使气体朝流出开口16偏转，以便通过流出开口16离开气体发生器流入相关联的气囊。

例如在火烧试验期间，在通过气体发生器的变暖使偏转元件15或燃烧腔室2的内部强烈变暖至足以让板18熔融的情况下，打开开口17。在现在由于高温而自点火或与以上说明对应的来自加强杯7的热气体的流入而使气体套件12点火的情况下，形成的气体还能直接通过另外的开口17流入偏转元件15。因此，这些气体在它们通过流出开口16离开偏转元件15被引导进入相关联的气囊之前不经历方向变化。

因此，与通过第一开口13、增压室3和另外的开口14进入偏转元件15的流动相比较，通过开口17可能有明显较高的气体流出速度。因此，能更容易地消散由于上升的温度和附之伴随提高的燃烧速度而在燃烧腔室2中快速形成的提高的内部压力。不会产生能造成气体发生器的碎裂的临界压力。

通过利用由板18形成的过热阀和另外的开口17，变得不需要燃烧腔室2的面对流出开口16的区域中的另一提前点火装置的应用。还能在气体套件12的点火之前在该区域中这样提供另一提前点火装置，防止燃烧腔室2中的温度升高至气体套件因转变而导致非常高的燃烧速度的温度。此外，关于图1的实施例，不需要由非常刚性并且耐热的钢制作气体发生器的外部壳体1或气体发生器的其他元件。关于当前描述的实施例，还通过由彼此压入的插头连接的帮助足以使偏转元件15连接至燃烧腔室2的外壁；不需要用于增强气体发生器的这些元件之间的刚性的附加焊接。

为了确保板18在气体发生器的正常运行期间的完整性，板18由对应的刚性或加强的合成材料制作，或者包括足够尺寸的板厚。这具有的效果是，在燃烧腔室2中的气体套件12通常花费大约少于50毫秒转变时，不使板18变暖成使得达到板18的变形温度。同样地，板18的选择尺寸具有板18能经受住燃烧腔室2中形成的压力的结果。这意味着另外的开口17通常保持封闭，使得燃烧腔室2中产生的气体只能通过第一开口13从燃烧腔室2溢出。

在火烧试验中，通常借助对应的火焰加热气体发生器几分钟，使得因此能达到板18的超过变形或熔融温度的变暖。在火烧试验期间，从火焰到气体发生器的热传递从火焰对准气体发生器的位置通过如外部壳体1、偏转元件15和燃烧腔室2的外壁20的由钢构成的气体发生器的部件，在气体发生器中传播。因此，偏转元件15达到200℃、300℃、和甚至超过400℃的温度。固定在偏转元件15上的板18相应地受热，并在达到变形温度时开始变软和变形，并且在达到熔融温度时开始转型成液体聚集态。由于熔融，打开另外的开口17。

当在加强杯7中达到提前点火装置5的点火温度(例如160℃)时，提前点火装置5点火并在其部分上点燃改性充电器(modificationcharge)6。由此形成的热气体在其本身的部分上点燃气体套件12。燃烧腔室2中产生的气体最大程度地通过开口17流入偏转元件15，并从那里通过流出开口16流入相关联的气囊。所产生气体的较少部分从燃烧腔室2通过第一开口13、增压室3和第二开口14流入偏转元件15，并从那里通过流出开口16流入相关联的气囊。

在确定的火烧试验的情况下，提供由板18和另外的开口17形成的能由热启动的阀(过热阀)对于具有大的长度与直径之间比率的管状气体发生器尤其有利。过热阀能通过简单的设计实现，并且另外在正常运行期间对气体发生器的性能没有影响。由于过热阀仅需要小的空间的事实，所以尽管提供了过热阀，但仍确保了气体发生器的紧凑设计。与火烧问题的借助提供附加的提前点火装置充电器的替代性解决方案形成对比，实现便宜得多的产品。

图2示出穿过气体发生器的另一实施例的横截面。该气体发生器包括与图1所示的气体发生器相同的元件，这些相同的元件参考以上的说明。相同的附图标记用于相同的元件。

然而，与图1的气体发生器形成对比，图2的气体发生器包括相对于燃烧腔室2由共用的板18封闭的两个另外的开口17。在板18熔融的情况下，同时打开燃烧腔室2与偏转元件15的内部之间的两个开口，使得在燃烧腔室2中产生的气体能更快地从燃烧腔室2通过偏转元件15和流出开口16流至气体发生器。

另外的开口17的数量原则上不受限制。据此，也可设置超过两个的另外的开口17。可想到的是，为不同的开口17设置不同的板18，其中不同的板18可由包括不同熔点的不同材料制作。这样，能根据气体发生器的温度改变燃烧腔室2与偏转元件15之间的流动连接的横截面。因此，温度升得越高，则越多的板18熔融并打开越多的开口17。这意味着在燃烧腔室2中存在引起燃烧腔室2中高燃烧速度和高内部压力的特别高的内部温度的情况下，原则上在燃烧腔室2与偏转元件15或流出开口16之间可得到较大的横截面。

在不需要这样的较大的横截面的情况下，由于燃烧腔室2中的温度较低，所以这种情形通过如下的事实进行说明：在较低的温度处不是所有的板18熔融，从而没有打开燃烧腔室2与偏转元件15之间所有的另外的开口17。

还能够只提供单块板18，然而其包括不同的可变形或可熔融区域，使得同样根据气体发生器的温度打开位于板18下面的另外的中断部17。

图3示出穿过普通设计的气体发生器的横截面，该气体发生器在处于不利的火烧测试位置的同时当前正经受火烧试验。关于气体发生器的单个元件，参考以上的说明。因此该普通的气体发生器包括与图1和2类似的许多元件。然而，图3的气体发生器不包括过热阀。

在当前的火烧试验位置中，燃烧器的火焰30集中到气体发生器的存在有流出开口16的区域上。该区域远离提前点火装置5所布置的区域。这意味着在不提供过热阀的情况下，火焰30的热量不得不首先在外部壳体1或偏转元件15的金属部件和燃烧腔室2的外壁20朝加强杯7传播，以在加强杯7附近提供足以达到提前点火装置5的点火温度的温度升高。

由于该热传递可能花费很长的时间，所以可能对应地使燃烧腔室2的内部变暖。在达到提前点火装置5和放大充电器6的启动以及因此由于热空气的形成而点火燃烧套件12之前，燃烧腔室2中的温度偶然性地已高到使得气体套件12的燃烧速度非常高，使得形成使气体发生器分裂(碎裂)的压力。因此，必需考虑由于通过火焰30的变暖，所以可能已出现外部壳体1、偏转元件15和/或燃烧腔室2的外壁20的弱化。

图4a以横截面视图示出图1的气体发生器，其中如箭头绘制那样将通过气体套件12的转变在燃烧腔室2中产生的气体的流动路径或流动连接设置在上面的可能的流路。如果过热阀封闭，这意味着如果板18完好并且另外的开口17保持封闭，则气体只通过第一开口13流入增压室3并从该增压室3通过第二开口14流入偏转元件15，和从该偏转元件15通过流出开口16流入相关联的气囊。在该流动的情况下，在进入增压室3时出现气流的第一次偏转，在离开增压室3进入偏转元件15时出现第二次偏转，并且最后，在到达流出开口16的途中于偏转元件15中出现另外的偏转或方向变化，和在通过流出开口16离开偏转元件15时出现气流最后一次方向变化或偏转。

在如上所述过热阀打开的情况下，进入偏转元件15的附加的流路或流动路径可用于在燃烧腔室2中产生的通过自由进入的另外的开口17的气体。因此，燃烧腔室2与流出开口16之间流动连接的横截面增大。由于在该附加的流动路径的情况下，基本上需要较少的气流的方向变化，这意味着明显较少地使该气流偏转(即只在离开偏转元件15通过流出开口16到相关联的气囊时的一次偏转)，所以由过热阀的开口提供的附加的流动路径提供比初始存在的通过增压室3的流动路径低的阻力。

这使燃烧腔室2中产生的气体的比通过第一开口13、增压室3和第二开口14大的部分通过另外的开口17离开燃烧腔室2。在看图4a和4b时，对本领域的技术人员直接明显的是，在附图中绘制的两条流动路径仅被认为是示意性的，并且燃烧腔室2中产生的气体在图4a和4b中绘制的流动路径上仅以理想的方式朝偏转元件15离开燃烧腔室2和通过流出开口16离开偏转元件15。实际上，为了简化起见，在此未考虑的气流的漩涡。

附图标记

1外部壳体

2燃烧腔室

3增压室

4引火器

5提前点火装置

6放大充电器

7加强杯

8引火器座

9封闭元件

10流动通道

11体积补偿元件

12气体套件

13第一开口

14第二开口

15偏转元件

16流出开口

17另外的开口

18板

20燃烧腔室的外壁

30火焰