DE UTILIZACIÓN DEL MISMO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se engloba en el campo de los generadores de airbag, en concreto en los dispositi ^¬ vos y procedimientos que simulan su funcionamiento.

Dicha invención son un dispositivo simulador de un flujo de gas y su procedimiento de utilización, dicho dispositivo reproduce todas o algunas de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y/o temperatura, y comprende una cámara de combustión con una abertura, en dicha cámara se introducen unos reacti ^¬ vos y medios de ignición que actúan en la misma para iniciar el proceso de combustión, estando dicha cámara de combustión conectada, mediante una válvula, con unos medios de recepción de los gases de la combustión.

Además, en conexión con la cámara de combustión se disponen medios de introducción de los reactivos, y la válvula es de abertura reversible y ultrarrápida, la cual comprende un cuerpo para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma y una cabeza que hace el cierre sobre un asiento de la cámara de combus ^¬ tión .

El procedimiento de utilización del dispositivo simulador de generador airbag comprende las siguientes etapas :

a . -establecer la cantidad de cada uno de los componen ^¬ tes de los reactivos,

b . -introducir los reactivos en la cámara de combustión mediante los medios de introducción de los mismos en la cámara de combustión,

c. -accionar los medios de ignición para iniciar el proceso de combustión,

d. -accionar la válvula mediante los medios de acciona- miento de dicha válvula, para que los gases pasen a través de la abertura de la cámara de combustión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Actualmente, en los vehículos se disponen dispo ^¬ sitivos de seguridad conocidos como airbags o módulos airbag, que incluyen un generador, sujeto a una carcasa, que expulsa un gas a una bolsa, tapada con una cubierta, que al desplegarse proporcionan una amortiguación para protección de los ocupantes.

En el I+D+i de sistemas airbag se hace necesario recurrir a pruebas experimentales de despliegue de airbags con el objetivo de diseñar, desarrollar, validar y optimizar sus prestaciones. Así, estas pruebas permi ^¬ ten estudiar el funcionamiento del sistema completo integrado dentro del sistema de retención del vehículo y también analizar las operativas de los elementos inde ^¬ pendientes: el saco o bolsa (su geometría, tejido cons- titutivo, permeabilidad, sus "straps", sus costuras desgarrables , válvulas de venteo, etc.), la cubierta (su material constitutivo, su definición geométrica para su rotura programada, etc.), la carcasa (su material cons ^¬ titutivo, sus requerimientos mecánicos para soportar el despliegue del airbag, etc.) .

Además, estos sistemas también tienen que su ^¬ perar controles de calidad en su producción.

Para todas estas pruebas experimentales resulta necesario contar con un generador de gas real para cada prueba. Estos generadores no siempre están disponibles, tienen un coste elevado, ofrecen cierta dispersión en su funcionamiento y no pueden ser configurados de forma sencilla para modificar su comportamiento.

Asi, existe la necesidad de disponer de un dis ^¬ positivo que simule de forma completa el flujo de gas generado por un generador de airbag y que permita eva ^¬ luar los módulos airbag o sus componentes en condiciones reales, sin necesidad del generador real. Además, seria deseable que pueda ser configurado de forma sencilla para que pueda reproducir una amplia gama de generadores de airbag. Y también seria positivo, que el sistema tuviera una mayor repetibilidad en su funcionamiento que la que ofrecen los generadores reales.

Un generador de airbag particular se caracteriza por sus tres variables termodinámicas principales que son el flujo másico del gas expulsado, la temperatura y la presión del mismo. De esta forma, el dispositivo simulador debe reproducir estas tres variables en el tiempo .

La patente PCT/CA2008/001556 expone un disposi ^¬ tivo que simula un generador de airbag y consiste en un calderin presurizado con gas frío y una válvula de apertura ultrarrápida. La desventaja principal de este dispositivo es que ajusta únicamente la curva temporal de presión en el ensayo de tanque, y ni siquiera aproxi ^¬ ma la temperatura.

También se conocen prototipos de generadores de airbag que incluyen una cámara de combustión donde se quema una mezcla de gases que es expulsada a través de las válvulas usuales de membrana. La desventaja de estos generadores es que se destruyen en cada utiliza ^¬ ción y no son configurables para poder cambiar sus variables y asi adaptarse a distintas configuraciones.

Para solventar la necesidad expuesta y solventar las desventajas mencionadas se propone el siguiente dispositivo simulador de un flujo de gas y su procedi ^¬ miento de utilización.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención queda establecida y carac terizada en las reivindicaciones independientes, mien ^¬ tras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.

El objeto de la invención es un dispositivo que simula un flujo de gas. El problema técnico a solucio- nar es que dicho flujo de gas simulado reproduzca todas o algunas de las tres variables fluidodinámicas tempora ^¬ les principales de los generadores de airbag: flujo másico, temperatura y presión del gas que expulsa el generador y que infla la bolsa del airbag, en el tiempo.

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un dispositivo simulador de un flujo de gas que comprende una cámara de combus ^¬ tión en la que se introducen unos reactivos, y una abertura por la que se expulsan los gases de escape de la combustión.

En el dispositivo también se disponen medios de introducción de los reactivos en la cámara de combus ^¬ tión .

Asi mismo, en la cámara de combustión se dispo ^¬ nen medios de ignición que actúan en dicha cámara de combustión para iniciar el proceso de combustión de los reactivos, y una válvula para regular el paso de los gases de combustión a través de la abertura, por donde son expulsados hacia unos medios de recepción.

La válvula es de apertura reversible y ultrarr pida, menor a 100 ms, y comprende un cuerpo para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma y una cabeza que hace el cierre sobre un asiento de la cámara de combustión.

La apertura de la válvula se refiere al movi ^¬ miento de la misma, desde que comienza a moverse hasta que abre totalmente su área de paso del flujo de gas. En dicho movimiento, en su comienzo cuando la válvula empieza a abrir y crear el área de flujo de gas, éste es muy grande debido a la gran presión dentro de la cámara, decreciendo posteriormente dicho flujo hasta que la válvula abre totalmente.

Asimismo, la invención se refiere a un procedi ^¬ miento de utilización de un dispositivo simulador de un flujo de gas según se ha descrito que comprende las siguientes etapas:

a . -establecer la cantidad de cada uno de los componentes que forman los reactivos,

b . -introducir los reactivos en la cámara de com- bustión mediante los medios de introducción de los mismos en la cámara de combustión,

c. -accionar los medios de ignición para iniciar el proceso de combustión,

d. -accionar la válvula mediante los medios de accionamiento de dicha válvula, para que los gases pasen a través de la abertura de la cámara de combustión.

Se conocen las curvas de flujo másico, tempera ^¬ tura media y presión en el tiempo reales que se quieren reproducir con la invención. Con el dispositivo expuesto y mediante el procedimiento de utilización citado se soluciona el problema técnico planteado pues se reprodu ^¬ cen una o todas de las tres variables fluidodinámicas temporales principales de los generadores de airbag: flujo másico, temperatura y presión del gas que expulsa el generador y que infla la bolsa del airbag.

Una ventaja de dicha invención es que la manera de actuar es más exacta que con el uso de módulos airbag habituales, pues éstos presentan una gran dispersión y no son configurables , mientras que el dispositivo utili ^¬ zado según el procedimiento descrito permite configurar y variar sus variables de una forma sencilla y precisa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo prefe- rente, y nunca limitativas de la invención.

La figura 1 representa una vista del perfil sec ^¬ cionado del dispositivo simulador en el que los medios de introducción de los reactivos y los medios de igni- ción se disponen en una pared de la cámara de combustión y la abertura de la cámara y la válvula en una pared opuesta a la primera.

La figura 2 representa una vista del perfil sec- cionado del dispositivo simulador en el que los medios de introducción de los reactivos y los medios de igni ^¬ ción se disponen en una pared lateral de la cámara de combustión respecto a la pared en la que se disponen la abertura de la cámara y la válvula, formando las paredes laterales y una de las paredes adyacentes a las mismas una única pieza.

La figura 3 representa una variante del disposi ^¬ tivo de la figura 1, en la que los componentes de los reactivos dispuestos por separado desembocan en un solo conducto que se conecta a la cámara por una pared late ^¬ ral de la misma como en la figura 2, la cámara está atemperada y los medios de recepción son un tanque o una bolsa .

La figura 4 representa una variante del disposi ^¬ tivo de la figura 3, en la que el conducto se conecta a la cámara en una pared de la cámara de combustión opues ^¬ ta a la pared con la abertura de la cámara y la válvula, como en la figura 1, e incluye un conducto y una tobera entre la cámara de combustión y los medios de recepción.

La figura 5 representa una variante del disposi ^¬ tivo de la figura 4, en donde los medios de recepción es el medio exterior.

La figura 6 representa una variante del disposi ^¬ tivo de la figura 3, en el que el conducto por el que se introducen los reactivos en la cámara de combustión desemboca en la abertura de dicha cámara. La figura 7 es un esquema de un detalle de una variante de los medios de introducción de los reactivos en la que los componentes de los mismos se introducen por conductos distintos y por una pared de la cámara diferente a donde se encuentran la abertura de la misma y la válvula.

La figura 8 es un esquema de un detalle de una variante de los medios de introducción de los reactivos en la que los componentes de los mismos se introducen por conductos distintos que desembocan en la abertura de la cámara de combustión.

EXPOSICION DE TALLADA DE LA REALIZACION PREFERENTE DE LA

La presente invención es un dispositivo simula ^¬ dor de un flujo de gas que reproduce todas o algunas de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y/o temperatura. En la realización aquí mostrada dicho dispositivo comprende una cámara de combustión (1), en la cual se introducen unos reactivos (3,4), una vez dentro, unos medios de ignición (5) inician el proceso de combustión de los reactivos (3,4) en dicha cámara de combustión (1) .

Esta ignición provoca la combustión cuyo resul ^¬ tado son gases a elevada presión y temperatura, los cuales son expulsados, a través de una abertura (1.1) de dicha cámara de combustión (1), hacia unos medios de recepción ( 7 ) .

En la cámara de combustión (1) se disponen medios de introducción de los reactivos (2) . En su forma más sencilla los reactivos son sólo un combustible (3), en otra forma los reactivos están compuestos por un combustible (3) y un comburente (4) . En las figuras 1 y 2 se representa la forma más sencilla de sólo combustible (3) . En las representacio ^¬ nes del resto de figuras se pueden utilizar ambos compo ^¬ nentes, combustible (3) y comburente (4), o bien cerrar el paso del comburente (4), mediante por ejemplo una llave, y asi sólo introducir un combustible (3) .

En las figuras 3 a 6, se muestra la opción de que los depósitos de combustible (3) y comburente (4), siendo ambos componentes los que forman los reactivos, y unos medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) se disponen en el interior de la cámara de combus ^¬ tión (1) y/o en los propios medios de introducción de los reactivos (2) . En la salida de la cámara de combustión (1), es decir, en el trasiego a través de la abertura (1.1), el paso no es completamente abierto y libre, sino que se dispone una válvula (6) para regular el paso de los gases de combustión hacia los medios de recepción (7) .

La válvula (6) es de apertura reversible y ul ^¬ trarrápida. Es ultrarrápida porque la apertura de la válvula se realiza en menos de 100 ms, habiéndose com ^¬ probado en concreto buenos resultados en menos de 50 ms, siendo opcional también realizar la apertura en un tiempo de apertura parcial menor a 10 ms que es el tiempo en el que se obtiene el flujo másico máximo. Es reversible porque a diferencia de las válvulas de los dispositivos de airbag convencionales, que son membranas taradas para romperse a una determinada presión, permite accionarse realizando un movimiento y éste puede también ser llevado a cabo de manera contraria, inverso o rever ^¬ so del primero, para asi pasar a su posición inicial y volverse a utilizar de nuevo.

Esta configuración del dispositivo permite el paso de gases a muy alta temperatura y muy baja tempera ^¬ tura, en un amplio rango de temperaturas, entre 3000°C y -200°C.

En su realización más general, la válvula (6) comprende un cuerpo (6.1) para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma (10) y una cabeza (6.2) que hace el cierre sobre un asiento (1.2) en la cámara de combustión (1) .

En las realizaciones mostradas en las figuras, el cuerpo (6.1) de la válvula (6), de manera opcional, es un vástago cilindrico y la cabeza (6.2) de la misma es un tronco de cono cuya base menor está conectada a dicho vástago (6.1), de esta manera el asiento (1.2) tendrá la forma negativa del tronco de cono para asi garantizar un cierre lo más estanco posible entre cabeza (6.2) y asiento (1.2) .

De manera opcional, en las proximidades del cuerpo (6.1) se sitúan medios de medida (11) del movi ^¬ miento de la válvula (6) para conocer su desplazamiento en el tiempo, velocidad y aceleración. Dos de estas magnitudes son obtenibles de una de ellas pues, como es conocido, unas no son más que las derivadas o integra ^¬ ciones de otras.

Asimismo, los medios de accionamiento (10) de la válvula (6) preferidos son un dispositivo hidráulico, neumático o electromecánico.

Una opción ventajosa que se ha comprobado es que la cámara de combustión (1) sea de forma cilindrica o prismática siendo una base (1.4) de la misma donde se disponen los medios de ignición (5), los medios de introducción de los reactivos (2), opcionalmente los medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) en el interior de la misma si los hay, y en la otra base (1.5) se disponga la abertura (1.1) y la válvula (6), como en la figura 1. Otra opción, figura 6, es que los medios de ignición (5) y los medios de introducción de los reactivos (2) se dispongan en la misma base (1.5) que la abertura (1.1) y la válvula (6) .

Una variante de esta opción es que una base (1.5) de la cámara (1) y su pared lateral (1.3) sean una única pieza, formando asi una sección en "U", como se muestra en la figura 2. Esta configuración sencilla de fabricar proporciona gran robustez al dispositivo pues evita uniones entre piezas que siempre son más laborio ^¬ sas y susceptibles de fugas que cuando las piezas forman un único conjunto. En las figuras se muestra la opción de que ro ^¬ deando a la pared lateral (1.3) de la cámara de combus ^¬ tión (1) se disponen medios de atemperamiento (14), como pueden ser una camisa que puede contener un fluido u otro tipo de elementos, como una resistencia eléctrica. Con el atemperamiento se consigue aumentar la inercia térmica de la cámara de combustión (1) y asi conseguir que haya las mínimas variaciones de temperatura dentro de la misma entre unas utilizaciones y otras. En relación a los medios de introducción de los reactivos (2), éstos comprenden unos medios de introduc ^¬ ción por cada componente: unos para el comburente (2.1), cuando existe, y otros para el combustible (2.2) . Se ha comprobado que es ventajoso que el combu ^¬ rente pueda disponerse regulando un caudal bajo y uno alto del mismo, con lo que los medios de introducción del comburente (2.1) comprenden a su vez un regulador de bajo caudal (2.11) y un regulador de alto caudal (2.12), como se muestra en las figuras.

La manera de introducir los reactivos en la cá ^¬ mara (1) se lleva a cabo mediante dos opciones: los medios de introducción de los reactivos (3,4), como son los del combustible (2.2) y del comburente (2.1), cuando lo hay, desembocan en un conducto (2.3), único, por el que los reactivos se introducen en la cámara de combus ^¬ tión (1), figuras 1 a 6, o bien los reactivos, cuando son dos: combustible (3) y comburente (4), se introducen en la cámara de combustión (1) por conductos distintos: el combustible (3) a través de un conducto (2.4) y el comburente (4) a través de otro conducto (2.5) distinto, figuras 7 y 8. Los conductos (2.3,2.4,2.5) por los que los reactivos se introducen en la cámara de combustión (1) pueden, como alternativa, desembocar en la abertura (1.1) de dicha cámara (1), figuras 6 y 8, para lo cual atraviesan los medios de recepción (7) por un orificio u orificios que hacen la función de estanqueidad . En relación con el lugar de la cámara (1) en que se disponen los conductos (2.3,2.4,2.5) por los que los reactivos se introducen en la cámara de combustión, este lugar puede ser cualquier de la cámara (1) . En los ejemplos de realización se muestran varias opciones, como en las figuras 1, 4 y 5 en donde dichos conductos (2.3,2.4,2.5) están dispuestos en una pared opuesta a la pared donde se disponen la válvula (6) y la abertura de la cámara (1.1) . En cambio, en las figuras 2 y 3, están dispuestos en una pared lateral adyacente a la pared en la que se disponen la válvula (6) y la abertura de la cámara (1.1) . Y en las figuras 6 y 8 están dispuestos en la misma pared.

Con el fin de obtener unas mediciones precisas, se pueden disponer medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) en los medios de introducción de los reactivos (2) y/o en el interior de la cámara de combus ^¬ tión (1) . Los medios de medida de la presión (8) en el interior de la cámara de combustión (1) pueden consistir en una sonda de presión estática y una sonda de presión dinámica, de esta forma se obtiene medida de la cámara (1) en condiciones estáticas y también cuando los gases están en movimiento, condiciones dinámicas. También, los medios de medida de la temperatura (9) pueden ser una sonda de temperatura.

De manera análoga, los medios de medida de la presión en los medios de recepción (15) pueden ser una sonda de presión estática y una sonda de presión dinámi- ca y los de la temperatura (16) una sonda de temperatu ^¬ ra .

Asi mismo, como se aprecia en las variantes del dispositivo simulador mostradas en las figuras 4 y 5, entre la cámara de combustión (1) y los medios de recep ^¬ ción (7) puede disponerse un conducto (12) que conduce los gases hacia dichos medios de recepción (7) .

Dicho conducto (12), acoplado a la parte infe- rior de la base (1.5) de la cámara de combustión (1), desemboca en una tobera (13) que regula el flujo de los gases a la entrada de los medios de recepción (7) .

Por su parte, los medios de recepción (7) pueden ser un tanque cerrado, una bolsa de airbag o el medio exterior, según que el dispositivo se utilice para calibrar o disparar, tal y como se explica en el proce ^¬ dimiento aquí debajo. Asi, para calibrar el dispositivo, en el tanque

(7) se disponen medios de medida de la presión (15) y la temperatura (16) . Para utilizar o disparar el disposi ^¬ tivo, en lugar del tanque se dispone una bolsa de airbag y en el interior de ésta se incluyen medidos de medida de presión (15) .

En cuanto a la variante del medio exterior em ^¬ pleado como medios de recepción (7), vista en la figura 5, será para los casos en que se requiera disparar para ensayar una válvula (17), conocida también como "ven- ting", de los airbags.

El procedimiento de utilización de un dispositi ^¬ vo simulador de un flujo de gas según se ha descrito comprende las siguientes etapas:

a . -establecer la cantidad de cada uno de los componentes que forman los reactivos (3,4),

b . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introducción de los mismos (2) en la cámara de combustión (1),

c. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de combustión,

d. -accionar la válvula (6) mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases pasen a través de la abertura (1.1) de la cámara de combustión (1) .

Preferiblemente, con anterioridad a la etapa a, se realiza el calibrado del dispositivo simulador.

Para dicho calibrado, se parte de los datos ob ^¬ tenidos a partir de un ensayo de tanque de un generador real, lo que se conoce como "tank test", obteniendo los valores de presión, temperatura media y flujo másico. La curva medida es la de presión, y la temperatura media y el flujo másico se pueden calcular mediante el algo ^¬ ritmo MTA (según las siglas en inglés de "Madymo Tank test Analysis") conocido en el estado de la técnica. Por otro lado, estos datos pueden ser suminis ^¬ trados por el fabricante del generador. En este caso, la obtención de estos datos no entra dentro del procedi ^¬ miento objeto de esta invención, es decir, dentro de las etapas previas de calibrado.

Asi, se conocen las curvas de flujo másico, pre ^¬ sión y temperatura media en el tiempo y en el tanque (7) del generador real. Con estas curvas podemos calibrar el dispositivo de manera que se ajustan las curvas obtenidas en el tanque (7) mediante los gases creados por el dispositivo a las curvas también obtenidas en el tanque (7) mediante el generador real. De esta manera el dispositivo repro- duce al generador real.

Para el calibrado del dispositivo se siguen los siguientes pasos antes de la etapa a:

i . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introducción de los mismos ( 2 ) ,

ii. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de combustión,

iii . -accionar la válvula (6) mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases pasen al tanque (7),

iv. -medir los valores de presión en el tiempo y temperatura final de los gases en el tanque (7) mediante los medios de medida de la presión (15) y la temperatura (16), aunque la medida de temperatura no es imprescindi ^¬ ble,

v. -comparar las curvas obtenidas en el tanque (7) de flujo másico, presión y temperatura media en el tiempo con las mismas curvas reales.

Una vez comparadas las curvas obtenidas se va ^¬ rían los parámetros necesarios para que las curvas obtenidas coincidan con las reales. Esto se lleva a cabo mediante conocimientos teóricos y de acuerdo a la experiencia adquirida y sobre los parámetros del dispo ^¬ sitivo: geometría de la tobera, masa de los reactivos, presión de los reactivos, composición de los reactivos, masa molecular de los reactivos, velocidad de apertura de la válvula, instante de apertura de la válvula, temperatura al inicio de la combustión, etc.

Los reactivos (3,4) pueden estar formados por componentes en cualquier estado, por ejemplo, ambos pueden estar en estado gaseoso, o bien el comburente (4) en estado gaseoso y el combustible (3) en estado líqui ^¬ do, o bien el comburente (4) en estado gaseoso y el combustible (3) en estado sólido formando una pastilla, etc . Una vez que el dispositivo está calibrado, no queda más que colocar una bolsa de airbag en el lugar del tanque (7) y hacer funcionar el dispositivo simula ^¬ dor, lo que se denomina efectuar disparos, pero esta vez, siguiendo el procedimiento desde la etapa a hasta la d con los datos de presión y temperatura de los reactivos obtenidos como resultado de la comparación de las curvas de presión, temperatura y flujo másico reales del generador con las obtenidas en los pasos precedentes de calibrado del dispositivo.

De manera ventajosa se ha comprobado que si el instante de accionar la válvula (6) corresponde a cual ^¬ quiera del tramo descendente de la curva presión-tiempo de la combustión, es decir, cualquiera posterior a la combustión, se puede controlar mejor dicho instante, en otras palabras, el manejo de elegir dicho instante es más sencillo.

De igual manera, se ha comprobado en los ensayos que si la cantidad de los componentes (3,4) que forman los reactivos se ajusta de manera exacta mediante la masa molecular de dichos componentes, se consiguen resultados con alta precisión. Es decir, dicho ajuste hace que el gas generado tenga la misma masa molecular que el gas liberado por el generador real que se quiere reproducir .

Opcionalmente, con el fin de ajustarse lo máximo posible a las características del módulo airbag real, puede colocarse el difusor del módulo airbag a simular después de la tobera (11) o sustituyendo a la misma.