一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于汽車安全氣囊的混合式氣體燃燒發(fā)生器。本發(fā)明將微燃燒技術(shù)應(yīng)用于氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，與原有的固體燃料燃燒發(fā)生器共同作用，提高安全氣囊點(diǎn)火、充氣系統(tǒng)的可靠性。該裝置包括氣囊引爆裝置和微燃燒系統(tǒng)；汽車發(fā)生事故時(shí)，能根據(jù)惡劣程度，觸發(fā)相應(yīng)的點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生作用，控制氣囊內(nèi)部產(chǎn)生氣體的速率，從而更好地保護(hù)駕乘人員，最大程度地降低事故的傷害率。
【專利說明】一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，具體涉及一種引入了微燃燒技術(shù)的用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]微尺度燃燒是預(yù)混氣體在有限空間內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)發(fā)出光和熱的劇烈反應(yīng)，通常在立方厘米數(shù)量級的容積內(nèi)發(fā)生。上世紀(jì)90年代中期MIT的Epstein教授最早開始了相關(guān)的研究，成功實(shí)現(xiàn)了微尺度下氫氣和氧氣的預(yù)混合穩(wěn)定燃燒。近年來，隨著微系統(tǒng)的發(fā)展和微加工技術(shù)的進(jìn)步，微尺度燃燒技術(shù)獲得迅速發(fā)展?；谖⒊叨热紵夹g(shù)的微燃燒器具有占用空間小，反應(yīng)時(shí)間可控，能運(yùn)用于對反應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)苛要求的汽車安全氣囊氣體發(fā)生器。安全氣囊一般由傳感器(sensor)、電控單元(EUC)、氣體發(fā)生器(inf Iator)、氣囊(bag)、續(xù)流器(clockspring)等組成。當(dāng)汽車發(fā)生事故時(shí)，傳感器感受汽車碰撞強(qiáng)度，并將感受到的信號傳送到控制器，控制器接收傳感器的信號并進(jìn)行處理，當(dāng)它判斷有必要打開氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號以觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器接收到點(diǎn)火信號后，迅速點(diǎn)火井產(chǎn)生大量氣體給氣囊充氣。據(jù)計(jì)算，正規(guī)的安全氣囊必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01秒內(nèi)微處理器開始工作，0.03秒內(nèi)點(diǎn)火裝置啟動，0.05秒內(nèi)高壓氣體進(jìn)入氣囊，0.08秒內(nèi)氣囊向外膨脹，
0.11秒內(nèi)氣囊完全脹大，此刻之后，駕車者才會撞上氣囊。目前，多采用的是單級點(diǎn)火系統(tǒng)，氣體燃燒發(fā)生器中采取的是固體燃料氮化鈉(NaN3)tj這在應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn):
(I)NaN3接觸到水分會失去活性，這樣在事故發(fā)生時(shí)會阻礙其點(diǎn)火，達(dá)不到應(yīng)有的作用；并且燃料反應(yīng)后會產(chǎn)生一定的有害物質(zhì)。
[0003](2)固體燃料引爆后給氣囊充氣的劇烈程度要高于氣體燃料，這樣在較輕事故場合，氣囊膨脹的沖擊力會對駕乘人員造成一定的傷害。
[0004](3)在發(fā)生嚴(yán)重事故的場合，單級氣體發(fā)生器系統(tǒng)往往不能滿足氣囊應(yīng)有的安全可靠性的要求。
[0005]因此在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將微尺度燃燒技術(shù)應(yīng)用于氣體發(fā)生器系統(tǒng)，將有如下改進(jìn):
(I)氣體燃料保質(zhì)期較長，不易失效；且有些氣體燃料燃燒后不會產(chǎn)生有害物質(zhì)。
[0006](2)引入微燃燒技術(shù)，采用雙級氣體燃燒發(fā)生器系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)事故的惡劣程度選擇不同的氣體發(fā)生方式。這樣，在發(fā)生較輕的交通事故時(shí)，氣體燃料燃燒，氣體充滿氣囊會減小對駕乘人員的沖擊力，防止造成事故外的傷害。
[0007](3)當(dāng)事故較嚴(yán)重時(shí)，兩級系統(tǒng)同時(shí)作用，相輔相成，使得點(diǎn)火、氣體生成速率以及氣體充滿氣囊過程這一系列的時(shí)間再進(jìn)一步縮短更適用于嚴(yán)重的事故場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決固體燃料易失效，反應(yīng)程度劇烈等問題，有效提高汽車安全氣囊系統(tǒng)(SRS)的安全可靠性，本發(fā)明的目的是提供了一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，在氣體發(fā)生器中引入微燃燒技術(shù)，充分發(fā)揮微燃燒在小空間范圍內(nèi)的作用，實(shí)現(xiàn)了氣體燃料燃燒在SRS系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0009]所述裝置包括氣囊引爆裝置(a級系統(tǒng))和微燃燒系統(tǒng)(b級系統(tǒng))，活塞5，高壓氣瓶瓶體6，能密封高壓氣瓶的瓶蓋7，氣囊引爆裝置和微燃燒系統(tǒng)位于瓶體底部與活塞5之間，活塞5通過連桿與所述瓶蓋7連接，所述高壓氣瓶瓶體6中有惰性氣體N2。
[0010]所述氣囊引爆裝置包括:點(diǎn)火裝置，與點(diǎn)火裝置相連接的傳感器17，固體燃料產(chǎn)氣室3，金屬過濾網(wǎng)4。
[0011]其中，點(diǎn)火裝置位于固體燃料產(chǎn)氣室3的一側(cè)，且點(diǎn)火裝置的第一點(diǎn)火管2與固體燃料產(chǎn)氣室3相連，在固體燃料產(chǎn)氣室3的另一側(cè)設(shè)有金屬過濾網(wǎng)4。
[0012]所述微燃燒系統(tǒng)包括:預(yù)混有燃燒氣體和氧氣的預(yù)混瓶9、能夠點(diǎn)燃預(yù)混瓶9內(nèi)氣體的點(diǎn)火裝置、傳感器設(shè)備14、氣體預(yù)混瓶瓶蓋8，氣體預(yù)混瓶蓋8設(shè)置在預(yù)混瓶9的瓶口上，點(diǎn)火裝置與傳感器設(shè)備14相連。
[0013]燃燒氣體是甲烷，甲烷與氧氣的體積比控制為CH4/02=1.46。
[0014]微燃燒系統(tǒng)還包括:氧氣高壓氣瓶11，氧氣高壓氣瓶11上設(shè)有閥門12，氧氣高壓氣瓶11通過連通管10和預(yù)混瓶9相連通；閥門12和傳感器設(shè)備14相連。
[0015]點(diǎn)火裝置包括發(fā)火組件和點(diǎn)火管；其中發(fā)火組件與點(diǎn)火管固定連接。
[0016]微燃燒系統(tǒng)的點(diǎn)火裝置位于預(yù)混瓶9的一側(cè)，且點(diǎn)火裝置的第二點(diǎn)火管13與預(yù)混瓶9相連。
[0017]燃燒器中的氣體燃料選用甲烷，氧化劑選用氧氣。依據(jù)是甲烷在常溫下比較穩(wěn)定，其與氧氣的燃燒反應(yīng)較活躍，且完全燃燒的產(chǎn)物只有二氧化碳和水，不會對環(huán)境造成污染。為了縮短反應(yīng)時(shí)間，事先將一定比例的甲烷和氧氣預(yù)混好，汽車發(fā)生事故時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)引爆預(yù)混氣體，瞬時(shí)產(chǎn)生CO2氣體充入氣囊中，使預(yù)混合氣體混合比能夠點(diǎn)燃。預(yù)混瓶(燃燒室)采用密封的鋼瓶，當(dāng)燃燒室內(nèi)氣體的溫度和壓力突然升高時(shí)，鋼瓶瓶蓋就會爆開。純氧中，甲烷的爆炸極限是5%?60%，即甲烷和氧氣的體積比為CH4/02=0.0 5 7?1.451。因此，預(yù)混氣體的體積比控制為CH4/02=1.46，甲烷過量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，氣囊的容積為5(T90L不等。本設(shè)計(jì)中，氣囊容積取56L。單級氣體發(fā)生器系統(tǒng)中(只使用固體燃料)，囊中氣體壓力約2.2MPa，溫度300K，體積112L (標(biāo)況下)，需要NaN3140g。
[0018]本發(fā)明使用的是雙極氣體發(fā)生器系統(tǒng)，因此要同時(shí)考慮各級系統(tǒng)的產(chǎn)氣量。常溫下，鋼瓶中預(yù)混氣體的壓力應(yīng)該滿足穩(wěn)定性要求，通過查找資料，取20MPa。通過計(jì)算，預(yù)混氣體中，甲烷的質(zhì)量至少40g，氧氣48g。固體燃料NaN3取 70g。預(yù)混瓶的體積為202cm3，壁厚 0.4mm。
[0019]本發(fā)明與的有益效果是:
(I)氣體燃料克服了固體燃料遇水失效的弱點(diǎn)，保質(zhì)期長。
[0020](2)氣體燃料的使用能夠減少固體燃料的使用，降低成本(NaN3價(jià)格75元/100g，甲烷18元/kg)，并且可以減少固體燃料燃燒產(chǎn)生的污染物。
[0021](3)增加了 SRS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，會根據(jù)事故的惡劣情況選擇不同的氣體發(fā)生方式，減小氣囊突然爆開時(shí)產(chǎn)生的沖擊力對駕乘人員的傷害。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明所述氣體燃燒發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中A處放大圖；
附圖標(biāo)記說明如下:
1-第一發(fā)火組件；2_第一點(diǎn)火管；3_固體燃料產(chǎn)氣室；4_金屬過濾網(wǎng)；5_活塞；6_高壓氣瓶瓶體；7_高壓氣瓶瓶蓋；8_氣體預(yù)混瓶瓶蓋；9_預(yù)混瓶(燃燒室);10_連通管；11_氧氣高壓氣瓶；12_閥門；13-第二點(diǎn)火管；14-傳感器設(shè)備；15-第二發(fā)火組件；16-金屬導(dǎo)熱板；17-傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0024]當(dāng)車輛發(fā)生緊急情況時(shí)，控制系統(tǒng)會根據(jù)事故的惡劣情況判斷點(diǎn)火動作，通過傳感器17控制點(diǎn)火裝置?，F(xiàn)有的氣囊引爆裝置即為a級系統(tǒng)，當(dāng)汽車發(fā)生事故時(shí)，點(diǎn)火裝置第一發(fā)火組件1、第一點(diǎn)火管2會點(diǎn)燃固體燃料，在固體燃料產(chǎn)氣室3中迅速產(chǎn)生氣體充滿氣囊。
[0025]當(dāng)汽車發(fā)生輕微事故時(shí)，只有b級微燃燒系統(tǒng)啟動。傳感器設(shè)備14控制點(diǎn)火裝置，第二發(fā)火組件15收到發(fā)火信號后迅速點(diǎn)燃第二點(diǎn)火管13中的點(diǎn)火藥劑，沖開點(diǎn)火管殼間接引燃預(yù)混瓶9中甲烷和氧氣的預(yù)混氣體，與此同時(shí)，傳感設(shè)備14控制打開氧氣高壓氣瓶11的閥門12，氧氣通過連通管10注入預(yù)混氣體中進(jìn)行劇烈反應(yīng)。高溫高壓的氣體沖破氣體預(yù)混瓶瓶蓋8，推開活塞5，和瓶體6中少量惰性氣體N2進(jìn)入氣囊，氣囊膨脹，保護(hù)駕乘人員。
[0026]需要注意的是預(yù)混瓶9中充入的是一定體積比的甲烷和氧氣的預(yù)混氣體，CH4/O2=L 46。氧氣高壓氣瓶11中充入的是高壓氧氣，并通過連通管10與預(yù)混瓶9連通，，正常情況下，閥門12緊閉，氧氣高壓氣瓶11與預(yù)混瓶9中的氣體沒有流通。閥門12跟傳感設(shè)備14相連，受傳感器設(shè)備14控制。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，兩級系統(tǒng)將同時(shí)作用，即固體燃料被點(diǎn)燃爆炸產(chǎn)生N2 (這里不作詳細(xì)說明)，氣體燃料燃燒產(chǎn)生CO2氣體，充滿氣囊，第一時(shí)間保護(hù)駕乘人員。
[0027]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，其特征在于，包括氣囊引爆裝置和微燃燒系統(tǒng)，活塞(5)，高壓氣瓶瓶體(6)，能密封高壓氣瓶的瓶蓋(7)，氣囊引爆裝置和微燃燒系統(tǒng)位于瓶體底部與活塞(5)之間，活塞(5)通過連桿與所述瓶蓋(7)連接，所述高壓氣瓶瓶體(6)中有惰性氣體N2。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，其特征在于， 所述氣囊引爆裝置包括:點(diǎn)火裝置，與點(diǎn)火裝置相連接的傳感器(17)，固體燃料產(chǎn)氣室(3)，金屬過濾網(wǎng)(4); 其中，點(diǎn)火裝置位于固體燃料產(chǎn)氣室(3)的一側(cè)，且點(diǎn)火裝置的第一點(diǎn)火管(2)與固體燃料產(chǎn)氣室(3 )相連，在固體燃料產(chǎn)氣室(3 )的另一側(cè)設(shè)有金屬過濾網(wǎng)(4 )。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器，其特征在于， 所述微燃燒系統(tǒng)包括:點(diǎn)火裝置、預(yù)混有燃燒氣體和氧氣的預(yù)混瓶(9)、能夠點(diǎn)燃預(yù)混瓶(9)內(nèi)氣體的點(diǎn)火裝置、傳感器設(shè)備(14)、氣體預(yù)混瓶瓶蓋(8)，氣體預(yù)混瓶蓋(8)設(shè)置在預(yù)混瓶(9)的瓶口上，點(diǎn)火裝置與傳感器設(shè)備(14)相連。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器,其特征在于,微燃燒系統(tǒng)還包括:氧氣高壓氣瓶(11)，氧氣高壓氣瓶(11)上設(shè)有閥門(12)，氧氣高壓氣瓶(11)通過連通管(10)和預(yù)混瓶(9)相連通；閥門(12)和傳感器設(shè)備(14)相連。
5.如權(quán)利要求3所述的一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器,其特征在于， 所述燃燒氣體為甲烷，甲烷與氧氣的體積比為CH4/02=1.46。
6.如權(quán)利要求2或3所述的一種用于汽車安全氣囊的氣體燃燒發(fā)生器,其特征在于，所述點(diǎn)火裝置包括發(fā)火組件和點(diǎn)火管；其中發(fā)火組件與點(diǎn)火管固定連接。
【文檔編號】B60R21/264GK104228752SQ201410451008
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】潘劍鋒, 陳林林, 潘振華, 朱躍進(jìn) 申請人:江蘇大學(xué)