气体发生器

本发明涉及一个气体发生装置，被称之为气体发生器。该项发明 专门应用于汽车领域，一个气体发生器通常与一个安全装置相联，为 乘车人在遇到撞击等意外情况时提供保护措施。该发明也拓展到了其 他领域，如航天业、航空业、运动领域等。

总的来说，气体发生器分为两大类：

-烟火式发生器，包含了通常为固态的爆燃剂，在燃烧时产生高 温气体，一般情况下还有一些颗粒，

-混合式发生器，既包含了爆燃剂(通常为固体)，同时也储存 了中性或氧化性的压缩气体。当储存的压缩气体为氧化性气体时(此 时称为混合反应式气体发生器)，爆燃剂的燃烧产物不仅加热储存的压 缩气体，而且还与气体中的氧气发生反应。被储存气体为所产生气体 的主要来源，但后者还包括爆燃剂燃烧所产生的气体(可能为氧化产 物)。

在产生相同气体的情况下(储存压缩气体需要相对较大的容 积)，混合式发生器的体积大于烟火式发生器，成为其主要缺陷。此 外，为了能够不但储存压缩气体，而且承受运行时(当爆燃剂的燃烧 产物和储存的气体进行物理或化学反应时)突然而来的增压，混合式 发生器的机器架构一般得到加固，从而更重。

该项发明主要涉及烟火式发生器。

需要注意的是：当爆燃剂在燃烧时，一个气体发生器处于“运行 状态”。运行期间以点火系统(可引起爆燃剂燃烧)启动的瞬间为开 始，以产生气体最多的瞬间为结束(不管爆燃剂是否完全燃烧)。  气 体发生器在点火系统启动之前的所有时间内均处于停机状态。最后， 发生器的“运行持续时间”是指其运行期间的长度。

一个烟火式气体发生器的机器构架形成至少一间爆燃剂的燃烧 室。此构架的技术特点(特别是机械和热学特征)取决于发生器的功 能和用途，尤其取决于与气体发生器相接的安全装置(或其他装置) 的特质和结构。

有些气体发生器的架构无法控制气体的释放。因此，此构架无需 在运行时保持完整。通常，此构架在运行时会折断，以便很大程度地 释放产生的气体。或者，此构架有一宽口，容许产生的气体瞬间自动 逸出。此开口在停机状态时被一盖帽塞住，此盖帽会在爆燃剂点燃后 运行时被冲破。这些气体发生器被置于与之相连的装置(如安全装 置)中的一个金属气缸盖中，后者主要是为了确保运行时上述发生器 凝聚在一起，并特别保证爆燃剂在燃烧时和发生器的各组成部分均封 闭在内。这种发生器的架构可由聚合材料制成，此材料不能承受发生 器运行时的压力和温度。以下几种气体发生器均属于此类：用来移动 像汽车安全带卷收器那种安全件的活塞的气体发神奇；或是用来打开 一压缩气体储气库(通过折断一盖在储气库上的圆盘)或点燃一储气 库中的压缩气体的气体发生器，又或者是用来充当另一个更大的气体 发生器的点火系统或点火具的气体发生器。在所有的这些例子中，气 体发生器都被放在一个坚固的金属气缸盖(成为容纳发生器的安全装 置或其他装置的组成部分，或可能镶嵌在此装置内部)中。此气缸盖 确保了发生器正常安全的运行。需要注意的是，这些发生器通常是一 些为了产生少量气体而调整尺寸的微型发生器；它们含有少量的爆燃 剂(一般少于2克，常常少于1克)，尺寸较小，且运行时间通常小于 10分钟，常常小于5分钟。

与之相反，有些被称为有坚固架构的气体发生器被用于放置在开 放的环境中。这些发生器的架构不会在运行时被毁坏，反而能在正常 的运行情况下保持完整并控制产生气体的释放。这种构架尤其可盛放 燃烧着的烟火炸药，同时承受燃烧室中的压强、瞬时增压所可能产生 的冲击、燃烧产生的热量和通过接触燃烧着的烟火炸药的炽热颗粒而 产生的灼伤。用来吹胀安全件(如一些软垫，特别是汽车(乘客和驾 驶员)前面的安全气囊或侧面的帘式安全气囊。)的气体发生器就是这 种情况。此外，在大量例子中，架构能够承受相对较长的运行时间 (尤其是大于15分钟的情况下，比如说30分钟)和相对较大量的爆 燃剂(如大于10克)。

现今，所有试图用聚合材料制造至少一部分坚固架构型气体发生 器的努力都失败了。在这种发生器中，仅有一些在运行时需折断的功 能部件(盖帽、隔板和保护罩等)由聚合材料制成。对于专业人员来 说，这种发生器的架构必须全部由坚固的材料(如某些种类的钢)制 成。这些材料的抗拉强度大(特别是在大于500千帕的情况下)，熔化 温度高(必须高于450℃，若高于1000℃更好。)。

这些坚固材料的重量，对于一些将减轻设备质量作为不断追求目 标的应用(如汽车、航天和航空领域)来说，是不利的。使用这些坚 固且沉重的材料极大增加了气体发生器的生产成本、整合成本(如一 辆车内)和汽车的开发成本。

本发明旨在提供一种更轻，成本较低，且拥有坚固架构的烟火式 气体发生器。

因此，本发明的一个目的在于开启气体发生器新的应用可能。

本发明同样旨在，一方面，为整体发生器外形设计提供更大的自 由度，另一方面，一旦发生器制造出来，容许，在某种程度上，修改 或塑造这一外形。因此，发明的一个目标是使得发生器更容易地整合 进一个可膨胀的安全气囊或其他所有其所属装置中。

本发明的另一个目标为生产一种更安全的烟火式气体发生器。

更确切地说，本发明涉及一种与某些在WO 01/89885，WO 2004/091981和FR 05 12745中代表发明者描述的装置相同的气体发生 器。此发生器包含一个在正常运行条件下可保持完整，且可控制气体 释放的架构。此架构至少包含：

-一个一级发生室，用于存放和燃烧烟火混合物(即一级气体发 生剂)。此室中至少有一个喷嘴。

-一个二级发生室，用于存放和分解二级气体发生剂(一级和二 级气体发生剂形成气体发生器的爆燃剂)。通过配置一级气体发生剂和 二级气体发生剂，可使一级气体发生剂的燃烧产物分解二级气体发生 剂。在运行中，二级发生室至少有一入口，容许一级气体发生剂的燃 烧产物进入。

-至少有一个定常区，

在运行时至少与二级发生室(通过至少一个出气口)

和气体发生器外部(通过一些排气孔)相连。

气体发生器内还有一个点火系统，可在接收预定信号时引发一级 气体发生剂的燃烧。若此点火系统至少部分嵌入一级发生室中，则更 好。此点火系统可为一个电点火具，其中包括一个接收电荷(信号) 的电联接器，一根桥丝；一个点火药剂，和一个扩燃药剂。其他各种 能因为一个电信号或一个气动、液压、机械、光学、电磁等信号而启 动发生器的点火系统都符合发明，特别是激光点火系统。

根据本发明设计的气体发生器的特点在于：

-形成二级发生室的构架中至少包含一块壁板(即二级发生室的 薄壁)，此壁板形成二级发生室内部和气体发生器外部的分界面；换言 之，这样的薄壁既为上述二级发生室的内壁，又为气体发生器的外 壁。

-二级发生室的每一薄壁都至少由一种坚固且气密的聚合材料制 成。上述聚合材料可使薄壁的丧失机械性能温度高于120℃，并具有 一些机械性能，如：二级发生室在停机时的内容积是其运行时的4 倍。注意：“坚固”一词是指在停机时，材料在正常的温度和压强(周 围温度和压强)下的状态。一般来说，物体可分来三种状态：固体、 液体和气体。同样地，这里“气密”一词为其常用意思，并不一定指材 料的逃逸率(表现为气体渗透率)极其低。

此外，“丧失机械性能温度”可参照以下温度：

-塑料维卡(Vicat)软化温度(当材料为热塑性材料)，此温度可 根据ISO 306：2004标准所提供的方法测量，

-熔化温度(当材料为一些热固性或弹性材料)，此温度可使用 Kofler加热台测量，

-化学分解(碳化)温度(当材料为一些没有熔化温度的热固性 或弹性材料)。

需注意的是，在一个最可取的方案中，一级和二级气体发生剂都 得到配置，使得一级气体发生剂的燃烧产物可引导二级气体发生剂的 分解。为达到此目的：

-二级气体发生剂所需的自发且彻底的分解时间至少是，在气体 发生器的正常运行条件下，整个气体发生器完成既定任务的最长持续 时间的三倍以上，最好是十倍以上。在个别情况下，二级气体发生剂 可能是一种在正常气体发生器运行条件下不能自动持续分解的燃料 (所需的完全自发分解时间被视为无限期)；

-一级气体发生剂是一种烟火性燃料，它的燃烧是自动持续的， 且生成能量燃烧产物(最好以超音速喷射离开一级发生室)，产物蕴含 的能量足够容许并维持二级气体发生剂在气体发生器既定任务的最长 持续时间内的分解。换句话说，一级气体发生剂是一种烟火性混合 物，一旦点燃能够独立快速燃烧，产生高能喷射。二级气体发生剂的 分解速度和完全分解时间主要取决于一级气体发生剂，尤其是其属 性、初始量、燃烧定律和燃烧产物的喷射流量。

一级气体发生剂的种类和选取量由所期望的气体释放流量和持续 时间决定。一级气体发生剂可以是一种双基推进剂(以硝酸纤维和硝 化甘油作为基)和/或一种混合推进剂(包含有机粘合剂和氧化剂)和/ 或Lova弹道点火药。

二级气体发生剂的选取量由所需产生的气体量决定。二级气体发 生剂主要包含硝酸铵和/或硝酸胍和/或碱式硝酸铜，在分解过程中可制 造大量气体，同时可氧化一级气体发生剂的燃烧产物(主要成分为一 氧化碳)，以便控制可能会溢出气体发生器的有毒气体和/或尘埃量。

在发明的第一种方案中，定常区位于一级发生室和二级发生室之 间。此定常区通过喷嘴与一级发生室相通，通过入气口(正如前面定 义的出气口)与二级发生室相通。

在发明的第二种方案中，二级发生室位于一级发生室和定常区之 间。一级发生室和二级发生室通过至少一个喷嘴和一个入气口直接相 通，且出气口和入气口可合在一起使用，也就是说它们由设置在一级 和二级发生室间隔板上的同一个开口构成。

按照本发明涉及的气体发生器运行如下：点火系统接收到一个预 定信号，启动一级发生室内一级气体发生剂的燃烧。燃烧产物(气 态)在每个喷嘴形成一个初级喷射，被喷出一级发生室。每个初级喷 射通过一个入气口进入二级发生室，刺激了二级气体发生剂，引发其 分解。产生的气体逸出二级发生室，通过出气口进入定常区，再通过 排气孔排出发生器外部。在当一级气体发生剂为一种混合推进剂和/或 Lova弹道点火药，且二级气体发生剂含有硝酸铵和/或硝酸胍时的有利 情况下，每一个进入二级发生室的初级喷射的温度都高于2000℃，且 上述二级发生室内的压强为50-200巴。

完全出乎意料的是，发明者观察到根据本发明设计的气体发生器 的薄壁在运行时保持完整，且允许气体发生器安全有效的运行：发生 器在运行时，薄壁无论承受何种极端条件(如之前所述)，既不会断 裂，也不会软化、熔化或分解。这些极端条件让人完全无法想象，这 些由聚合材料，也就是不坚固且在400℃以下(通常300℃以下)就 可能会熔化、软化或分解的材料，制成的薄壁可承受初级喷射和二级 气体发生剂的分解(也是一次燃烧)，且几乎不受损坏。而且，这令人 惊喜的结果是在板壁非常薄(尤其在小于10毫米的情况下)，使用丧 失机械性能温度较低，则无耐热性的聚合材料，运行时间相对较长 (大于15分钟)，爆燃剂总量相对较大(大于10克)的情况下取得 的。

发明者同样惊喜地发现热塑性聚合材料和热固性聚合材料都可保 证根据本发明设计的发生器的安全有效运行。

发明者事后猜想这些完全令人惊喜的结果归功于以下现象：

首先，考虑到根据本发明设计的发生器的结构和运行方式，二级 发生室内的压强为50-200巴，而不是以往传统发生器(包含一个或几 个燃烧室和一些推进剂)中的300-800巴(尤其在一些如85℃的极端 温度条件下)。

再者，每一个发生器的初级喷射都形成了一个定向的能量气体 束，且初级喷射传递的能量被限定位置，以至于每一瞬间，只有被初 级喷射击中的或紧靠喷射的二级气体发生剂颗粒才进行分解。因为初 级喷射蕴含的能量极其大(因为一级气体发生剂在一级发生室内燃 烧，产生很大的压强，所以初级喷射的温度高于2000℃，且拥有超音 波的速度)，所以颗粒在瞬间完全分解。

此外，在本发明的第一个方案中，此分解产生的气体沿着二级反 应室板壁逸出，方向和初级喷射相反。此反方向气流使得一级和二级 气体发生剂的分解产物更好地混合和反应，并形成上述反应室板壁的 气体保护层。

因此，在这两种方案中，二级气体发生剂的分解几乎不会产生任 何火炭，并无论怎样都不会在足以损坏上述板壁，以至于影响气体发 生器安全运行的时间内产生可能与二级发生室接触的火炭。通过二级 气体发生剂和二级发生室板壁之间的传导所产生的热交换可忽略不 计。此外，可能由产生气体形成的反方向气流，可通过对流更好地释 放二级气体发生剂分解所产生的热量。

这些条件未出现在以往传统的发生器中，后者所有的燃烧室都只 包含一种推进剂。混合燃烧并没有被定位；推进剂颗粒在整个腔室内 燃烧，并且和腔室的板壁相接触。这种只会在高压(300-800巴)下才 能发生的燃烧产生了一些炽热的火炭，导致由聚合材料制成的板壁在 火炭完全分解之前就熔化或分解。

当所有已知发生器的架构完全由坚固(金属)材料制成时，发明 者却证实：只要产生的气体可以从发生器中释放，且薄壁的变形只会 吸收产生气体体积和压强的一个可忽略不计的部分；由不坚固的聚合 材料(如天然橡胶和合成橡胶等弹性材料)制成的薄壁不会影响根据 本发明设计的发生器的良好运行。发明者已确定：如果聚合材料的“动 力弹性”低到足以保证二级发生室在运行时体积不会增至四倍，那么发 生器的运行状况绝对令人满意。

发明者同样确定与发明相符的薄壁可以由塑料泡沫制成(只要上 述塑料泡沫为气密的即可)

最后，所有的聚合材料(正如发明中规定的)都可用于制作根据 本发明设计的薄壁。

一种根据本发明设计的气体发生器，其中至少有一部分二级发生 室的架构由聚合材料制成，与以往发生器相比更轻，价格较低。

这种发生器更安全，尤其在面对火的情况下。事实上，以往全金 属架构的发生器在面对火时会出现问题：首先，火使发生器燃烧室中 爆燃剂的温度升高，却并没有点燃燃烧室；同时，发生器的架构在温 度的作用下软化；其次，爆燃剂的温度达到一定高度而着火；丧失封 闭和承受能力的架构崩裂成碎片，这些碎片被爆燃剂燃烧所产生的气 体猛烈地喷射出去。与之相反的是，与发明相符的发生器自动中和火 带来的危险。二级发生室的板壁熔化很快，早在一级气体发生剂着火 前就熔化了；当达到一级气体发生剂着火的条件时，燃烧所形成的初 级喷射被排出至一个完全开放的二级发生室；不会产生任何碎片(二 级发生室的架构完全熔化了)，且压强不足以使初级喷射引起二级气体 发生剂的分解；一级气体发生剂的燃烧所产生的少量气体自然地分散 在发生器的周围。

本发明的优点是，组成定常区的那部分架构中至少包括一个板壁 (即定常区的薄壁)，此板壁形成了定常区内部和气体发生器外部的分 界面。每块定常区薄壁都是由至少一种坚固且气密的聚合材料制成， 上述聚合材料可使薄壁的丧失机械性能温度高于120℃，并具有一些 机械性能，如：定常区在停机时的内容积是其运行时的4倍，至少有 一部分排气孔被设置在定常区内至少一块板壁上。

值得注意的是，使用柔软、可变形或有弹性的聚合材料来制作至 少一部分形成二级反应室的架构和/或形成定常区的构架，体现了种种 优点：

-总的来说，使用这些聚合材料使修改发生器的外形成为一种可 能，但是必须在和运行方式相兼容的限度内修改。从而，允许根据 (如汽车中的)预留空间来制造发生器；换言之，使用柔软、可变形 或有弹性的聚合材料可以更方便得将气体发生器整合入所属系统，且 使气体发生器的新应用得到发展；

-当形成定常区的那部分架构包含一块柔软、可变形或有弹性的 (正如之前所确定的，也就是有排气孔的)薄壁时，发生器的安全性 得到改善。事实上，发生器超速运行的所有风险都被排除了：如果发 生器内的压强，在非运行时，突然不正常地大幅升高，定常区的薄壁 会变形且排气口变大，允许更多的气体流出；从而自动调整了发生器 内的压强。在发生器运行时，同样如此。可能在发生器内部突然出现 的瞬间增压因此得到自动修正；发生器的运行得到调整，燃烧得到控 制，最终结果得到改进。此外，在停机时和运行时的自动调整特性增 大了制造公差，且减少了与制造，系统整合和在该系统中存在另一气 体发生器相关的全部风险(对于人工来说)。

与发明相符且有利的是，此气体发生器体现了以下一个或几个特 点：

-与发明相符且有利的是，此气体发生器体现了以下一个或几个 特点：-每种聚合材料的丧失机械性能温度低于300℃；换言之，薄壁 使用的聚合材料为一些基础且便宜的材料；

-气体发生器中的爆燃剂质量大于2.5克，特别是大于5克，甚至 大于10克；这样的发生器可以用来吹胀汽车的前面或侧面安全气囊；

-气体发生器可运行超过15分钟；当然，本发明适用于一些运行 时间小于15分钟的气体发生器；

-每个喷嘴的直径都小于6毫米，若小于4毫米则更好；

-二级发生室的每个薄壁的最大厚度都小于10毫米，若在0.5至 5毫米(特别是在1至3毫米)之间则更好；若上述薄壁厚度恒定则 更好；

-定常区的每个薄壁的最大厚度小于10毫米，若在0.5至5毫米 (特别是在1至3毫米)之间则更好；若上述薄壁厚度恒定则较好；

-点火系统包括一个点火具和一个扩燃药剂，后者被散装储存在 一级发生室中(此时与一级气体发生剂混合)或装入位于一级反应室 中与点火具相接触的一个容器中。

在最好的方案中，气体发生器为一个长圆柱体。一级发生室、定 常区和二级发生室沿气体发生器的轴向相接。在发明的第一个方案 中，它们沿轴向以此顺序相接：一级发生室、定常区和二级发生室。

在发明的第二个方案中，它们以此顺序相接：一级发生室、二级 发生室和定常区。与发明相符且有利的是，一个根据此方案设计的气 体发生器呈现以下一个或几个特点：

-构成二级发生室的那部分架构包括一个圆柱形薄壁(即二级发 生室的轻薄外壁)，截面最好为圆形；若此轻薄外壁沿气体发生器轴向 与二级发生室总长度相等，则更好；或者，轻薄外壁的长度仅为上述 发生室全长的一部分。

-构成定常区的那部分架构包括一个圆柱形薄壁(即定常区的轻 薄外壁)，截面最好为圆形；若此轻薄外壁沿气体发生器轴向与定常区 总长度相等，则更好；或者，轻薄外壁的长度仅为上述定常区全长的 一部分。

-二级发生室和定常区的轻薄外壁由同一个筒体构成。每个薄壁 对应于筒体的一段柱身。在第一个方案里，筒体在二级发生室和定常 区的总长(发生器的轴向尺寸)上的截面相同；换言之，筒体的外直 径和内直径(也就是厚度)在总长上恒定。筒体最好在全长上截面相 同，此状态可通过工业上的挤压作业而达到。在第二个方案中，形成 二级发生室轻薄外壁的柱身内直径恒定，且不等于形成定常区轻薄外 壁的柱身内直径(同样恒定)，以至于在二级发生室和定常区之间形成 一个内轴肩；这样的筒体可通过喷射或其他铸造方法或其他任何适合 的工艺(加热成型、冲压或挤压等)；如此形成的内轴肩可定位和准确 装配分隔二级发生室和定常区的筛网；

-在发明的第一个方案中，形成二级发生室的那部分构架包含一 层薄壁(即二级发生室的轻薄端壁)，封住发生室的一个轴端。在形成 二级发生室的那部分构架还包含一层轻薄外壁这样较好的情况下，轻 薄外壁和轻薄端壁可通过喷射或其他适合的工艺由连成一体的同一机 件构成。或者，这两种薄壁先由独立的两个机件构成，再通过密封焊 接(摩擦、激光、超声波、高频和热剪切刀片等)、胶粘、加热成型或 将轻薄端壁大力嵌入轻薄外壁等方法将两个机件连接起来。

-此气体发生器和其二级发生室的最大外直径小于或等于35毫 米，若小于或等于25毫米则更好(如在15-20毫米之间)。完全出乎 意料的是，发明者观察到当形成二级发生室的那部分架构包含一层轻 薄外壁是，我们可以制造直径很小的发生器，特别是小于以往已知发 生器的直径。尽管初级喷射在此情况下离轻薄外壁很近，后者并不会 因为初级喷射或二级气体发生剂的分解(或燃烧)而损坏。此事实可 证实：仅有那些直接被初级喷射击中的颗粒才会燃烧，而且它们的分 解是完全且即时的。

发明相符且较好的是，二级发生室，在必要时，和一级发生室的 每个薄壁都是由以下的一种或几种聚合材料制成：

-热固性聚合材料，热塑性聚合材料，弹性材料，

-刚性聚合材料，柔性聚合材料，弹性聚合材料，

-塑料泡沫(柔性、刚性、半刚性，当塑料泡沫是气密的或与另 一种可使薄壁变得气密的聚合材料相接，)

--合成聚合材料，天然聚合材料(尤其以纤维素为基的)，人造 聚合材料，

-同系聚合材料，含聚合物的层压材料，碳纤维或玻璃纤维或聚 合纤维增强聚合物(尽管这些增强对发生器的良好运行并不必须)，

-均聚物，共聚物，聚合物合金，互穿聚合物网络，

-聚酰胺，聚烯烃(特别是聚乙烯和聚丙烯)，乙烯聚合物(特别 是聚氯乙烯)，苯乙烯聚合物(特别是聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸)，聚 酯，丙烯聚合物，聚氨酯，酚醛塑料，环氧化物，三元乙丙橡胶，聚 碳酸酯，聚苯烯腈，聚硅酮，胶乳(合成或天然的)，

-从以下选择一种或几种添加剂来改进聚合材料：

·矿物添加剂(如高岭土、云母、硅石、白垩和石墨)和植物添 加物(纤维素、棉花、锯屑)，主要为了降低气体发生器的成本，

·软化剂(己二酸盐、癸二酸和硬脂酸盐等)，主要是为了增加薄 壁的柔度，

·稳定剂，为了防止薄壁在周围热量和一些紫外线等的影响下老 化或被氧化，

·着色剂

需要注意的是，二级气体发生剂可直接储存在二级发生室中，或 者，发生剂可被存放在一个密封的软囊或一个硬管内。这一封装不属 于二级发生室的架构，除了当气体发生器为符合发明的第一个方案 (请看下文)，呈长圆柱体时，管底有可能属于二级发生室的架构。为 了不加重气体发生器，软囊或硬管的厚度应尽量最小，且最好由聚合 材料制成。这种封装简化了发生器的生产方法。

本发明同样涉及一种气体发生器，它体现了部分或全部以上和以 下所提到的特点。

本发明其他的目标、特点和优势都将在接下来得到说明。在阅读 说明的同时，请参照所附上的一些根据本发明优先制作的各种模式的 示意图，但这些图并未包括所有模式。其中：

图1是本发明第一种方案的第一种模式的纵向切片示意图，

图2是本发明第一种方案的第二种模式的纵向切片示意图，

图3是本发明第一种方案的第三种模式的纵向切片示意图，

图4是本发明第一种方案的第四种模式的纵向切片示意图，

图5是本发明第一种方案的第五种模式的纵向切片示意图，

图6是本发明第一种方案的第六种模式的纵向切片示意图。

接下来，为了更加简便，构成二级发生室的那部分架构将被称为 “二级发生室架构”；构成定常区的那部分架构将被称为“定常区架 构”；且构成一级发生室的那部分架构将被称为“一级发生室架构”。

图1表现了根据本发明设计的第一种模式的气体发生器，呈长圆 柱体。气体发生器包含一个截面为圆形的圆柱体筒体1，为发生器架 构的主要组成部分。筒体长度等于发生器的全长(发生器的轴向尺 寸)。筒体可通过挤压作业而由一种聚合材料制成，如尼龙聚酰胺 (PA6)。筒体尺寸：

-外直径在10至50毫米之间，最好在20至35毫米之间，

-内直径在8至49.5毫米之间，最好在15至34毫米之间，

-厚度在0.5至10毫米之间，最好在1至5毫米之间，

-长度在40至250毫米之间。

举个例子，筒体1的外直径是25毫米，内直径是21毫米，厚度 是2毫米，长度是110毫米，且由此形成的发生器可在25分钟内吹胀 一个容积为65升的正面可膨胀安全气囊。

根据第一种模式设计的气体发生器(图1)还包含一个常见的， 可在市场上买到的叶轮2。叶轮是一个有坚固架构的微型气体发生器 (负载小)。叶轮2包含一个由厚金属壳体4围成的发生室3。此壳体 包含一个圆柱部分5和一个平坦部分6，后者封住前者的一个轴端， 且穿有一喷嘴7。发生室3在圆柱部分5的另一个轴端处被点火系统9 封住。上述发生室3形成了一个与发明相符的一级发生室；它存放一 级气体发生剂8，发生剂的燃烧产物由喷嘴7排出。需注意的是，这 个排气口在初始时被一盖帽塞住，盖帽几乎在一级气体发生剂点燃瞬 间熔化或冲破。一级气体发生剂最好是一种混合推进剂或Lova弹道点 火药。

点火系统9包含：一块支撑板13；放在支撑板上的烟火引爆炸 药11和烟火扩燃药剂10；与点火药剂11相连的电连接器12。支撑板 13的外直径明显等于(或稍微大于)筒体1的内直径；支撑板被嵌在 (或许需用大力)筒体的一轴端，并由一切可将支撑板和筒体气密相 接的方法(焊接、胶粘等)被固定在轴端处。点火系统中扩燃药剂10 位于一级发生室3内部，且和一级气体发生剂接触。连接器12接收到 一个电荷，点燃点火系统中的烟火引燃炸药11和扩燃药剂10，随后 二级气体发生剂8开始燃烧。点火药剂11的点燃确定了气体发生器运 行时间的开始。此外，根据第一种模式设计的气体发生器(图1)包 含一个圆柱形二级发生室14，

-0由一块平板16、金属筛网18和筒体1的第一截柱身15围 成。平板16封住二级发生室一个轴端，和筒体1的一轴端重合。上述 平板16也是由一种气密且丧失机械性能温度大于120℃的聚合材料 (如尼龙6)制成，且与发明一致，形成了二级发生室的一轻薄端 壁。端壁16的厚度在0.5至10毫米之间，比如说在1至3毫米之间。 此板通过焊接(摩擦、激光、超声波、高频和热剪切刀片等)、胶粘、 加热成型或加固放置等方法(几种方法同时使用更好)被固定在筒体 1上，从而使得端壁16的整个周缘为气密；

-截面为圆形的平面金属筛网18确定了二级发生室的另一个轴 端。此筛网被大力嵌入筒体1，并维持在此位置上。筛网18有一截面 为圆形的中心孔19，即为入气口，初级喷射通过喷嘴7从一级发生室 3喷出，通过此入气口流入二级发生室14。筛网18上还有许多孔 20，即为出气口。二级气体发生剂分解产生的气体从这些出气口流出 二级发生室。如图例所示，出气口截面为圆形，且分散在入气口周围 的两个同心圆上；

-筒体1的第一截柱身15位于筛网18和端壁16之间，形成了与 发明一致的二级发生室轻薄外壁。

二级发生室储存二级气体发生剂17，后者以粉状或颗粒状或晶 粒状存放在由一片薄膜或薄膜络合物(比如塑质)制成的密封软囊 内。

二级气体发生剂最好包含硝酸铵和一种以胍的衍生物(如硝酸 胍、硝基胍等)为基的添加剂。根据本发明的第一种模式设计的气体 发生器(图1)还包含一个位于一级发生室3和二级发生室14之间的 定常区22。

-此定常区由筒体1的第二截柱身23，叶轮中一级发生室的壳 体，叶轮的支撑板13和筛网18围成。其中，筒体1的第二截柱身23 位于筛网18和点火系统9中的支撑板13之间。此柱身23形成了定常 区的轻薄外壁，上穿有很多孔24，即为排气孔。这些排气孔分散在筒 体1同一截面上的气体发生器周围，位于筛网18和一级发生室壳体 的平面部分6之间。

-叶轮中三级发生室的壳体4

-叶轮支撑板13

-筛网18

在运行中，一级气体发生剂8燃烧产生初级喷射，冲破在初始时 塞住喷嘴7的盖帽，穿过入气口19，从而流入气体发生室14，瞬间冲 破软囊21。因为一级气体发生剂的燃烧速度很快，所以初级喷射的形 成极其迅速。初级喷射所蕴含的能量使二级气体发生剂17燃烧，分解 发生气体。气体从出气口20流出二级发生室，相对于初级喷射形成反 方向气流。一级气体发生剂的燃烧产物被二级气体发生剂分解所产生 的气体氧化，此氧化还原反应，又称为再燃烧，在定常区和二级发生 室中进行。所有产生的气体(一级气体发生剂的燃烧，二级气体发生 剂的分解和再燃烧所产生的气体)从排气孔24中流出气体发生器，用 来(比如说)吹胀汽车安全气囊。

需注意的是，存放二级气体发生剂的软囊可由一种普通的镀铝络 合物(市场价格较低)构成。此镀铝络合物包含一层厚度大约为10微 米的铝制中心薄膜。这种铝制薄膜因为其密封性能(而不是其热学性 能)而受到青睐。软囊在任何情况下都不会对气体发生器的运行产生 热学上或机械上的影响。在运行时，软囊几乎是在初级喷射击打软 囊，进入二级发生室的瞬间被完全损坏。软囊不属于二级发生室的架 构，后者只包括筒体1的那截15柱身和端壁16。因此，如图所示， 二级发生室的架构完全由与发明一致的薄壁构成。

需注意的是，除了前面提到的柱身15和端壁16以外，气体发生 器的架构是由筒体1的那截柱身23，支撑板13和叶轮的壳体4组 成。

图2显示了根据本发明设计的气体发生器的第二种模式，与之前 所描述的较为相像。特别是，第二种模式的气体发生器中有一筒体 101(与上述筒体1相同或相似)和一个叶轮102(和叶轮2相同或相 似)。所以，以下仅详细描述两种模式之间的不同点。

第二种模式的气体发生器(图2)与第一种模式的气体发生器 (图1)的不同点在于：二级气体发生剂被存放在一个硬管121内。 此管由一个圆柱体管身130，管底134和管塞131组成。管身130和 管底134形成了存放二级气体发生剂的容器，此容器由管塞131封 住。较好的是管身130的最大外直径稍微大于筒体101的内直径，从 而可将硬管大力插入至筒体内，并固定于此。管塞131由一个环132 和一层形成盖帽的薄膜133(单独于环)组成。环132可通过一个与 管底134相对且由管身围成的出口，被大力插入在管身130之中。管 身130上有一窄处或卡口135，形成一个管塞131的定位挡块。

和第一种模式(图1)相同，第二种模式的气体发生器(图2) 包含一个穿有入气口和出气口的筛网118。但是，图2显示的发生器 和图1显示的发生器的不同之处在于前者的筛网在硬管之中(而不是 在筒体之中)。事实上，筛网118被放置在硬管121之中，位于管塞上 的环132和管身上的卡口135之间，靠着盖帽133。因此，为了简化 发生器的制造，特别是筛网的放置和固定，硬管可作为筛网的支撑 物。此外，硬管形成了一个便于移动的组件，并容易被整合入筒体 101中。此类发生器的制作方法极其简单：只需将一个市场上可买到 的叶轮102和一个硬管121整合入一个被压制成形的筒体，然后用端 壁116封住与硬管相接的筒体一端。如果使用的硬管管底(特别是在 管底足够厚的情况下)可作为端壁时，最后一道工序也可以省略。只 有在这种情况下，管底才成为二级发生室架构的一部分。

第二种模式的气体发生器(图2)和第一种模式的气体发生器 (图1)的不同之处还在于前者的二级发生室114在其与筛网118相 对的轴端(此轴端和筒体101的轴端重合)处被一个金属端壁116限 定了范围。当然，此金属壁可被一层与发明一致的轻薄端壁(完全由 聚合材料制成)所代替，或被由一个圆盘(由聚合材料制成)和一个 位于初级喷射命中点处的热能护罩(如金属制的)形成的壁板所代 替，又或是被一个如同之前描述的硬管管底所取代。

图3显示了发明的第三种模式，它与第二种模式(图2)的主要 不同之处在于：其气体发生器的外围筒体是由一个外直径横定但厚度 可变的筒体201形成。此筒体201可通过喷射或其他各种合适的方式 (其他模塑方法、加热成型、反复加工等)制成。筒体(在图3上从 右至左)依次由：

-第一截柱身240较薄，从其一轴端245开始伸展，长度大约为 筒体总长的一半。柱身240划定了气体发生器二级发生室214的界 限；且形成了上述发生室的一个轻薄外壁，薄壁长度和发生室的总长 相等。柱身240的内直径明显等于或略微大于存放二级气体发生剂的 硬管221的外直径，

-第二截柱身241比第一截柱身240厚，占有另一半筒体的大部 分空间。穿有一些排气孔的柱身241划定了发生器定常区的界限；且 形成了上述定常区的一个轻薄外壁，薄壁长度和定常区总长相等，

-第三截柱身242较短，且厚度小于第二截柱身241的厚度。柱 身242的内直径明显等于叶轮202中支撑板213的外直径。

因此，筒体中形成两个内轴肩：第一个内轴肩243处于第一截柱 身240和第二截柱身241之间，第二个内轴肩244处于第二截柱身 241和第三截柱身242之间。内轴肩243在轴向上，构成了硬管221的 一个定位挡块。在选取内轴肩243和筒体轴端245边缘之间的距离 时，需使其明显与硬管221的长度和端壁216(密闭住轴端245)的厚 度总和相同。因此，上述硬管在筒体中一边被内轴肩243，另一边被 端壁216固定住。需注意的是，端壁216，如图例所示，由聚合材料 制成，并形成了二级发生室的一轻薄端壁。

内轴肩244在轴向上，构成了一个叶轮202的定位挡块。叶轮从 筒体轴端246处被插入筒体201，直至叶轮的点火系统中的支撑板213 对轴肩244形成阻挡。上述支撑板通过各种可实现密封连接的方法被 固定在筒体201上此处。

需要注意的是：和第二种模式(图2)相比，第三种模式的气体 发生器(图3)中的叶轮202和硬管221之间的距离被缩短了，旨在 减少气体发生器的全长，从而使气体发生器更加小巧。发生器的排气 孔224和叶轮202的壳体204相对，特别是和此壳体的平面部分206 相对。

图4表现了根据本发明设计的气体发生器的第四种模式，其架构 主要包含一个由聚合材料制成的筒体301，筒体的一个轴端被一个平 坦的底座350封住。筒体301的内直径恒定，但外直径和厚度可变。 这样的筒体可通过喷射或其他各种合适的方法制成。除了底座350以 外，此筒体301还包括：

-截面为圆形的第一截圆柱形柱身351，柱身较薄，如2毫米且总 是小于10毫米(若在0.5至5毫米之间，则更好)。从底座350开始算 起，此圆柱形柱身351的长度大约为筒体总长度的一半。柱身351依 次围出一个二级发生室314和一个定常区322。底部350形成了二级 发生室314的一个轻薄端壁。柱身351依次构成一块二级发生室的轻 薄外壁(长度与发生室总长相等)和一块定常区的轻薄外壁(长度同 样与定常区总长相等)。

-截面为圆形的第二截圆柱形柱身352，柱身较厚，因此其外直 径大于第一截柱身351的外直径。柱身352围成了储存烟火一级气体 发生剂308的一级发生室303。此外，一级发生室303在轴向上由一 厚隔板353(以后再进行描述)和一个点火系统309围成，其中点火 系统中支撑板313塞住了由筒体轴端346(与底座350相对)界定的 开口。上述支撑板313被密封固定在筒体301上，如之前所述。此 外，点火系统包括烟火加强炸药310和一个电连接器312。第二截圆 柱形柱身352的厚度可容许其承受一级气体发生剂在一级发生室303 中燃烧产生的压强。柱身厚度在1至10毫米之间，若在3至6毫米之 间，则更好。如图所示，第二截柱身352的厚度为5毫米。

第四种模式的气体发生器(图4)同样包括一个钢制的厚隔板 353(上面提到的)。此隔板位于筒体301内部，和气体发生器的轴向 正交。此隔板353将一级发生室303和定常区322分开，且在其中心 区域上穿有一个喷管354(依次包括一个会聚导管，一个圆柱形导管 和一个渐阔导管)，后者形成了一级发生室的喷嘴。

第四种模式(图4)的气体发生器还包括一个硬管321，其中装 有二级气体发生剂317，且支撑着一个如之前解释过的筛网318(此筛 网有一中心入口319和一些边缘出气口320)。需注意的是，筛网318 限定了二级发生室和定常区之间的界限。硬管321的外直径明显等于 或稍微小于(为更优情况)筒体的内直径。硬管321被放置在筒体中 301，使得硬管的底部335贴在筒体的底座350.一根夹在硬管321和 隔板353之间的横梁355，可将硬管维持在此位置上。隔板353最好 固定在筒体上。第二种情况或两种情况同时存在，第二根横梁356被 夹在隔板353和点火系统309中支撑板313之间，旨在轴向固定住隔 板353。

需要注意的是，第一根横梁355上穿有一些与筒体301上的排气 孔324相对的孔，以便释放产生的气体。

横梁355和356可由一种金属或聚合材料制成。事实上，横梁 355(在定常区内)所承受的(相对适度的)温度和压强条件允许横梁 由一种聚合材料制成(考虑到一级气体发生剂的燃烧和二级气体发生 剂的分解都不会产生任何火炭)。此外，一级气体发生剂的燃烧速度使 得燃烧着的发生剂和横梁356的短暂接触不会导致后者的熔化；而 且，横梁356径向置于柱身352中，后者可承受一级气体发生剂燃烧 所产生的高压。

图5显示了根据本发明设计的气体发生器的第五种模式，包含一 个由一种(或几种)聚合材料制成，外直径恒定的筒体401。筒体依 次包含：

-一个底座450，形成二级发生室414的一块轻薄端壁；

-第一截圆柱形柱身461，形成了一块与二级发生室414全长相等 的轻薄外壁。注意：与第一种模式(图1)相同，储存在二级发生室 414中的二级气体发生剂被放置在一个软囊421中；

-第二截圆柱形柱身462，延伸至筒体的轴端446(和筒底相对) 处，且依次包含定常区422和一级发生室403。第二截圆柱形柱身462 的内直径略微大于第一截柱身461的内直径，从而在两柱身之间形成 了一个内轴肩463。

在轴向上，内轴肩463对分隔二级发生室414和定常区422的筛 网418(与筛网18相似)起到挡块的作用。筛网在另一面由一根横梁 455固定。与第四方案(图4)相同，一穿有一喷嘴454的金属厚隔板 453将一级发生室403和定常区422分开。相反的是，和上述第四种 模式不同，第五种模式的发生器中一级发生室403的架构，并不仅仅 由筒体401的一部分构成，还包含一个金属内加固垫片464。这个内 加固垫片464加强了一级发生室承受压力的能力，同时附带成为一根 位于隔板453和点火系统409中支撑板413之间的横梁。

需要注意的是：在这里，点火系统中支撑板413和筒体401的连 接是通过对筒体的轴端446进行折边镶接而实现或加固的。

图6表现了根据本发明设计的气体发生器的第六种模式，包含一 个由一种(或几种)聚合材料制成的筒体501。其厚度最好恒定在0.5 至5毫米之间(比如说2毫米)，且筒体形成了二级发生室514和定常 区522的架构。为了达到这个目的，筒体501包含一个平坦的底座 570(形成二级发生室514的一个轻薄端壁)，和一块圆柱形部分571 (依次形成二级发生室和定常区的轻薄外壁)。二级发生室514中有一 个存放二级气体发生剂的硬管521。一个类似于筛网18的筛网518靠 在硬管的管塞531上。一根横梁555被夹在筛网518和一个金属厚隔 板553(和之间描述的隔板353相似)之间，为了能，一方面，使筛 网518一直贴在管塞531上，另一方面，使硬管521一直贴在筒体的 底座570上。需注意的是，筛网518也可如上述一样放置在硬管中。

此外，第六种模式(图6)的气体发生器还包含第二个金属筒体 502，厚度恒定在1至5毫米之间，最好在2至3毫米之间，比如说 2.5毫米。筒体502形成了一级发生室503的架构。它由一个直接支撑 点火系统509(点火系统中的电连接器穿过底座572)的平坦底座572 和一个圆柱部分573构成。

筒体501和502由各自的轴端574和575(与底座570和572相 对)处连接起来；两个筒体均沿轴向成为对方的延伸部分。两个筒体 之间的连接可通过一切能使连接坚固且气密的方法(焊接、胶粘、机 械固定或同时使用这些方法)实现。因为两个筒体的外直径明显相 等，所以一旦连接起来，两者就形成了一个表面为圆柱形的发生器主 体。但是，更厚的金属筒体502的内直径小于由聚合材料制成的筒体 501的内直径，因此在两筒体相接处形成了一个内轴肩。后者在轴向 上可以成为隔板553的挡块，从而将隔板553，横梁555，筛网518和 硬管521构成的一个整体固定在筒体501内。

当然，与书面描述和图示的实现模式相比，这项发明能产生大量 的变体。

在个别的模式中，根据本发明设计的气体发生器可以呈饼状或片 状，也就是说一种长度小于直径的圆柱体柱身。在这种情况下，一级 发生室的形状一般为圆柱形，且较好地处在发生器的中心区域，且一 级发生室和发生器的对称轴相重合。在发明的第一个方案中，位于中 心的一级发生室被一个环形的定常区包围，而后者被一个环形的二级 发生室包围。在发明的第二个方案中，位于中心的一级发生室被一个 环形的二级发生室包围，而后者被一个环形的定常区包围。限定一级 发生室区域的壳体上有很多分散在发生室边缘的喷嘴(最好同发生室 在一界面)，轴向初级喷射通过这些喷嘴释放，流入二级发生室。比如 说，一级发生室有4个喷嘴，两两以直径为轴相对。架构为片状的气 体发生器主要包含一块圆柱板壁和两块封住圆柱板壁轴端的平面板 壁。与发明一致且较好的是，所有这些板壁都为薄壁，也就是说由一 种(或几种)聚合材料制成，且厚度最好在1至5毫米之间。如有必 要，限定一级发生室区域的壳体是金属材质和/或被加固过的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.气体发生系统装置，即气体发生器，包含：

-一个机器架构，可在正常的运行条件下保持完整，并控制产生 气体的释放，至少包含：

·一个一级发生室(3；303)，储存和燃烧烟火发生剂(8；303) (即一级气体发生剂)，上述一级发生室中至少有一个喷嘴(7； 354)，

·一个二级发生室(14；314)，储存和分解二级气体发生剂 (17；317)，一级和二级气体发生剂形成了气体发生器的爆燃剂，且 -级气体发生剂的燃烧产物可分解二级气体发生剂，在运行时，上述 二级发生室中至少有一入气口(19；319)，允许一级气体发生剂的燃 烧产物流入，

·至少一个定常区(22；322)，在运行时，

-定常区至少与二级发生室(通过一个或几个出气口(20； 320))，

-和气体发生器外部(通过一些排气孔(24；324))相通，

-一整套点火系统(9；309)在接受预定信号后触发一级气体发 生剂的燃烧，其特征在于，

-定常区(22；322)位于一级发生室(3；303)和二级发生室 (14；314)之间，上述定常区通过一个(或几个)喷嘴和一级发生室相 通，通过一个(或几个)入气口和二级发生室相通，

-形成二级发生室(14；314)的那部分架构至少包括一块二级发 生室薄壁(15，16；350，351)，此薄壁形成了二级发生室内部和气体 发生器外部的分界面，

-二级发生室的每一块薄壁都是由一种(或几种)坚固且气密的 聚合材料制成，上述聚合材料制成的薄壁的丧失机械性能温度大于 120℃，且具有一些机械性能，如：二级发生室在停机时的内容积是其 运行时的四倍。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，每种聚合材料的丧失 机械性能温度都小于300℃。

3.按照权利要求1或2的装置，其特征在于，其装有的爆燃剂 的质量大于2.5克。

4.按照权利要求3的装置，其特征在于，其装有的爆燃剂的质量 大于10克。

5.按照权利要求1-4中任一项的装置，其特征在于，其运行时 间可超过15分钟。

6.按照权利要求1-5中任一项的装置，其特征在于，二级发生室 的每一块薄壁(15，16；350，351)的最大厚度在1至3毫米之间。

7.按照权利要求1-6中任一项的装置，其特征在于，构成定常区 (22；322)的那部分架构至少包含：一块定常区的薄壁(23；251)， 此薄壁形成定常区内部和气体发生器外部的分界面；一部分排气孔 (24；324)，后者被设置在二级发生室的一块(或几块)薄壁上，定 常区的每一块薄壁都由一种(或几种)坚固且气密的聚合材料制成， 上述聚合材料可制成一块(或几块)丧失机械性能温度高于120℃， 且具有一些机械性能(如：二级发生室在停机时的内容积是其运行时 的4倍)的薄壁。

8.按照权利要求7的装置，其特征在于，定常区的每一块薄壁 (23；351)的最大厚度都在1至3毫米之间。

9.按照权利要求1-8中任一项的装置呈长圆柱体状，其中沿气体 发生器的轴向依次为一级发生室、定常区和二级发生室，其特征在 于，形成二级发生室的那部分架构包括一块圆柱形的二级发生室轻薄 外壁(15；351)，薄壁沿发生器轴向伸展在二级发生室的全长上。

10.按照权利要求1-9的中任一项，同时按照权利要求7的装 置，呈长圆柱体状，其中沿气体发生器的轴向依次为一级发生室、定 常区和二级发生室，其特征在于，构成定常区的那部分架构包含一块 圆柱形的定常区轻薄外壁(23；351)，薄壁沿发生器轴向伸展在定常 区的全长上。

11.按照权利要求9和10的装置，其特征在于，二级发生室和 定常区的轻薄外壁由同一个筒体(1；301)构成。

12.按照权利要求1-11中任一项的装置呈长圆柱体状，其中沿气 体发生器轴向依次为一级发生室、定常区和二级发生室，其特征在 于，构成二级发生室的那部分架构包含一块二级发生室的轻薄端壁 (16；350)，此薄壁封住了上述二级发生室的一个轴端。

13.按照权利要求1-12中任一项的装置呈长圆柱体状，其特征在 于，其最大外直径小于或等于25毫米。

14.按照权利要求1-13中任一项的装置，其特征在于，二级发生 室，若必要时，和一级发生室的每块薄壁都由以下一种或几种聚合材 料制成：

-热固性聚合材料，热塑性聚合材料，弹性材料，

-刚性聚合材料，柔性聚合材料，弹性聚合材料，

-塑料泡沫

-合成聚合材料，天然聚合材料，人造聚合材料，

-同系聚合材料，含聚合物的层压材料，碳纤维或玻璃纤维或聚 合纤维增强聚合物，

-均聚物，共聚物，聚合物合金，互穿聚合物网络，

-聚酰胺，聚烯烃，乙烯聚合物，苯乙烯聚合物，聚酯，丙烯聚 合物，聚氨酯，酚醛塑料，环氧化物，三元乙丙橡胶，聚碳酸酯，聚 苯烯腈，聚硅酮，胶乳，

-由矿物添加剂、植物添加物、软化剂、稳定剂、着色剂中一种 或几种添加剂改进过的聚合材料。

15.按照权利要求1-14中任一项的装置，其特征在于，储存在二 级发生室中的二级气体发生剂被存在一个密封软囊(12)或一个硬管 (321)中。