双级式气体发生器 【技术领域】
本发明涉及一种向汽车被动安全保护系统提供充气气流的气体发生器，能够根据需要有选择地产生不同压力的充气气流。
背景技术
汽车的安全保护缓冲系统一般包括撞击传感器、控制器、气体发生器、气囊等，如图1所示，当汽车发生碰撞时，传感器测出汽车发生碰撞产生的惯性加速度，并将信号传导至控制器，控制器判断碰撞加速度的大小和持续时间，如果加速度的大小和持续时间超过或达到预定极限值，控制器发出点火信号启动气体发生器，气体发生器启动后产生大量气体充入气袋，气袋迅速膨胀展开在乘员前面，避免了乘员由于惯性冲击力与汽车其它硬物碰撞而产生伤亡。
在车辆碰撞事故中对乘员约束保护所需要的能量在整个碰撞范围中会发生显著变化。乘员的动能是与乘员的体重(质量)与速度平方之积成正比，这样由于碰撞发生速度变化，则约束乘员的所需要的能量以速度平方增加，例如，速度以32.18km/h(20英里/小时)增加到48.27km/h(30英里/小时)时，则能量控制值大于2倍。与此相似的是，体重重的乘员与体重轻的乘员相比情况大不一样，而对乘员保护的能量控制值也随着乘员体重不同而变化。
交通事故统计分析指出，几乎所有碰撞事故的75％属于低碰撞严重程度，如果气体发生器能够根据乘员特定的碰撞情况，释放不同压力的气体，就可以更有效地保护乘员，在低碰撞程度时，只需触发第一级气体发生器，就能起到保护乘员的作用；在较严重碰撞时则触发第二级气体发生器，以减轻对乘员的伤害程度。
美国专利US6722694B1提供了双级式气囊气体发生器，是将气体发生器主体分为外环腔体和内环腔体来实现双级式功能。但该美国专利主要存在的问题是：(1)由于其两点火室距离较近，内腔承受的内压较高，对内腔的壳体强度有较高的要求；(2)中间点火室要靠O形圈密封，对零件尺寸要求很高，增加了制造成本；(3)主点火室中的点火药需要进行铝盒密封包装，制造工艺复杂，增加了制造成本；(4)由于燃烧室内的过滤网在焊接时承受较大压力，容易产生变形，影响出口压力的稳定性。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够根据乘员特定的碰撞情况，释放不同压力的气体、对壳体强度无苛刻要求、制造工艺简单，制造成本低、性能稳定的双级式气体发生器。
本发明的技术解决方案是：一种双级式气体发生器，其主体由一上下压装在一起的上壳体和下壳体构成，主体内设有主副点火室、主副燃烧室和主副过滤室；主副点火室内有主副固定座、主副电爆管、点火药片；主副燃烧室内装有产气剂，其特征在于：所述的主体之间有一隔离板，将主体分开成主副两个腔体，形成两独立的燃烧室单元。
本发明的隔离板上端的主腔体为主燃烧室，主点火室顶部的主点火孔对向主燃烧室，主燃烧室主要由上过滤网的内壁、主副点火室的上端面壁、燃烧室盖及隔离板构成，环抱围绕在主体中心轴线的周围。
本发明的隔离板下端的副腔体为副燃烧室，主点火室的主固定座、副点火室的副固定座装于下壳体和隔离板之间并置于副燃烧室内，副点火室的副点火孔对向副燃烧室，副燃烧室主要由下过滤网的内壁、主固定座的外壁、副点火室罩外壁、下壳体及隔离板构成，围绕在主体中心轴线的周围。
所述隔离板中间有两个用于安装固定主固定座和副固定座的通孔。
本发明的副点火室的副电爆管端部外套一环形点火药片。
本发明主要是通过隔离板将主体分隔成上下两个腔体，且通过下壳体底部的用于安装电爆管固定管的两个翻边孔、以及通过在内部合理布局，对各组件合理的固定限位来实现上述特点。
本发明当发生碰撞事故，产生的加速度达到或超过控制器的预设极限值时，结合传感器采集的乘员的体形和重量信息，通过中央处理器分析计算，根据不同情况选择不同点火方案，分别为单级点火、双级同时点火、双级延时点火。
本发明可根据汽车碰撞情况，在不同时间段有选择地产生不同量的气体，在两个引燃器之间展开时间能够按照不同的组合关系加以改变，从而获得可调节的一系列地气体发生量。
本发明与现有技术相比的优点在于：主副燃烧室产生的气体根据需要进行组合，可产生不同压力性能的气流，来满足气袋膨胀展开后对乘员的安全防护。具有对内腔的壳体强度无苛刻要求、制造工艺简单，制造成本低，有效增强了发生器壳体的强度、保证发生器能够承受较高内压等优点，该发生器初始压力建立快、燃烧室内压低，出口压力稳定、过滤良好，粉尘少，且体积小。
【附图说明】
下面将结合附图提供的实施例对本发明进一步详述。
图1为安全气囊系统工作流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的工作状态示意图；
图4为本发明的自动点火工作状态示意图；
图5为本发明在60L密闭容器内点火后的压力重复曲线图(+23℃)。
【具体实施方式】
图2、图3、图4中，1下壳体，2上壳体，3金属箔片，4上过滤网，5燃烧室盖，6缓冲垫，7自动点火药片，8产气剂，9点火端盖，10主固定座，11出气孔，12隔离板，13下过滤网，14点火药，15主电爆管，16密封垫I，17短路插座I，18副电爆管，19副点火室罩，20密封垫II，21短路插座II，22副固定座，23环形点火药片，24产气剂，25V型焊接坡口，26副燃烧室，27主燃烧室，28主过滤室，29副过滤室，30隔离板副孔，31隔离板主孔，32副点火孔，33卡槽，34副点火室罩凹槽，35翻边孔II，36翻边孔I，37主点火孔，38圆凹坑，39法兰，40主点火室，41副点火室。
如图2、图3所示，本发明由一上下压装在一起的上壳体2和下壳体1构成，上壳体2的类似倒置的杯状，其顶部为平圆面，平面中间有一凹坑，该凹坑下部与自动点火药片对应，便于上壳体2上壁与自动点火药片7紧密接触；上壳体2的周面为圆环形，一定数量的出气孔11按环形排列均匀地分布在上壳体2的周面上。在上壳体2周面上的出气孔11内侧，粘贴着一层金属箔片3，该金属箔片3为环形带状，正好能将气孔的外部与发生器的内部隔绝开来，保证发生器内部的密封。
下壳体1的底部为平面圆周形，底面对称中心轴有两翻边孔：翻边孔II35、翻边孔I 36，两翻边孔向内翻边至一定距离，副固定座22底部台阶套入翻边孔II 35内为过盈配合；主固定座10底部台阶套入翻边孔I 36，为过盈配合；下壳体底部平面向上轴向弯曲形成周面后，再在径向弯曲翻边形成一方形法兰39，其作用是便于与气囊总成固定装配；下壳体1的侧圆周面的外径与上壳体2的内径大致相等，下壳体1上部压入上壳体2的下部形成一环带状重合周面，下壳体1径向弯曲的圆弧面和上壳体2向下侧圆周面构成适于焊接的V型焊接坡口25。
主体内从中心轴线环形设有主燃烧室27、主过滤室28，对称中心轴线有两偏心位置设有主点火室40、副点火室41。主点火室40内有主固定座10、主电爆管15、点火药14、点火端盖9，主电爆管15底部有密封垫I 16，通过主固定座10中部翻边将主电爆管15固定住，并保证密封垫I 16受压变形保证密封性能；主点火室40顶部的点火端盖9将点火药14密封在主固定座10内，且通过主固定座10上端圆周面翻边将点火端盖9限位卡紧。点火药14为片剂或颗粒状，若为颗粒状时点火端盖贴覆粘贴金属箔片进行密封。副点火室41有副固定座22、副点火室罩19、环形点火药片23、副电爆管18、密封垫II 20组成；副点火室罩19通过副点火室罩凹槽34卡入副固定座周面的卡槽33内，来起到固定限位的作用；环形点火药片23的环形内圆直径大于副电爆管18端部直径，并套在上方对其进行固定限位；副电爆管18及密封垫II 20的固定方式同主点火室40。
点火端盖9上有均匀分布的主点火孔37作为出气通道，连通主点火室40和主燃烧室27，主点火室内点火后火焰通过主点火孔37喷射到主燃烧室27；副点火室罩19周面有一副点火孔32，副点火室41点火后火焰通过该孔喷射到副燃烧室26内。
主固定座10、副固定座22底部圆周面与下壳体1底面的两偏心翻边孔35、36套接，为过盈配合，固定座底部圆周面与孔翻边形成的圆弧构成了一V型焊接坡口，然后用激光焊接将主固定座10、副固定座22和下壳体1联为一体，同时起到了对燃烧室的密封作用。
主燃烧室27和副燃烧室26通过隔离板12分隔成上下两个独立的燃烧室单元。主燃烧室27由上过滤网4的内壁、主副点火室40、41的上端面壁、缓冲垫6下端面、燃烧室盖5下端面及隔离板12上端面构成，环抱围绕在中心轴线的周围，同时上过滤网4的下端内圆壁套在隔离板12的两翻边孔外侧，主燃烧室27内装有产气剂8。燃烧室盖5位于主燃烧室27顶部顶面为平圆周形，中间有一圆凹坑38，圆凹坑38内可放置自动点火药片7，圆凹坑底部中间有一喷射孔，正对着产气剂8，周面外径与上过滤网4内周面内径基本相等，燃烧室盖5能够套入到上过滤网4内，缓冲垫6放置在燃烧室盖内。副燃烧室26由下过滤网13内壁、主固定座10外壁、副点火室罩19外壁、下壳体1底部构成，围绕在中心轴周围；下过滤网13内壁正好套在下壳体1的两翻边孔的外侧，被限位固定。所述的上过滤网4的外壁上端套有一保护套，保护套上均布燃烧室出气孔，孔径可根据的产气剂性能要求调节；
所述的主过滤室28由上过滤网4的外壁和上壳体的内圆环构成，所述的副过滤室29由下过滤网13的外壁和隔离板12构成。
隔离板12的两翻边孔(隔离板主孔31、隔离板副孔30)直径与主固定座10上端周面、副固定座22上端周面的直径基本相同，为间歇配合；两翻边孔正好套在正、副固定座上，正、副固定座上周面分别有台阶对两翻边孔进行轴向限位，可保证上过滤网在装配时不会挤压下过滤网，而造成下过滤网变形。
隔离板12圆锥周面上有若干凹槽，副燃烧室26点燃燃烧产生内压后便于使隔离板圆锥面处变形，使隔离板12底部与下壳体1上底部脱离开形成出气通道，使副燃烧室26内的气体通过副过滤室后沿上述出气通道向上从出气孔排出。
图3所示，以双级同时点火为例。本发明被控制系统发出的点火信号启动后，参见图3的气流箭头方向。点火药14、环形点火药片23被点燃后，高温气流分别通过主点火孔37、副点火孔32，分别进入到主燃烧室27、副燃烧室26。高温气流引燃主副燃烧室内的产气剂8、24，产气剂8燃烧产生大量气体，在封闭的主燃烧室27内形成高压，在主燃烧室27的压强约在5MPa～20MPa之间，在此高压下气流通过上过滤网4，再冲破上壳体2内周面上的金属箔片3，然后进入到安全气囊系统的气袋内；另外产气剂24也被点燃燃烧产生大量气体，在封闭的副燃烧室26内形成高压，使隔离板12受压变形，底部与下壳体脱离形成出气通道，气流沿此通道从出气孔排出，主副燃烧室产生的气体根据需要进行组合，可产生不同压力性能的气流，来满足气袋膨胀展开后对乘员的安全防护。
如图4所示，当发生火灾或发生器需要销毁时，当环境温度达到约近180度时，自动点火药片7就要会被点燃，参见图4的气流箭头方向，自动点火药片7产生的高温气流通过燃烧室盖喷射孔喷射到产气剂8上，产气剂8被点燃后产生大量气体，在封闭的主燃烧室27内形成高压，在主燃烧室27的压强约在40MPa～50MPa之间，在此高压下气流通过上过滤网4，再冲破上壳体2内周面上的金属箔片3，气体喷射出发生器外，同时也点燃了副燃烧室内的产气剂24和主副点火室内的自动点火药片7、环形点火药片23及主副电爆管15、18，本发明中壳体的高强度和自动点火药保证了发生器的安全销毁。
发生器在23℃温度下保温4小时后在60L密闭容器中用电流点火，其数据如图5所示。
滞后10ms，容器内压力为P2max＝0.170MPa，达到P2max的95％时间t95％max＝50ms，容器压力起始时间1.1ms。