مولد گاز کیسه هوا: ساختار، عملکرد و انواع در ایمنی خودرو
سیستم کیسه هوا (ایربگ) یکی از مهمترین فناوریهای ایمنی در خودروهای مدرن است که در مواقع تصادف، جان سرنشینان را نجات میدهد. قلب این سیستم، مولد گاز کیسه هوا است که در کسری از ثانیه عمل میکند تا کیسه هوا به سرعت باد شود. در این مقاله به تحلیل جامع مولد گاز کیسه هوا، اجزاء تشکیلدهنده، انواع مختلف آن، فرآیند عملکرد، استانداردها و تکنولوژیهای جدید میپردازیم.
۱. معرفی مولد گاز کیسه هوا
مولد گاز کیسه هوا یا inflator، دستگاهی است که هنگام برخورد خودرو فعال میشود و گازی را به داخل کیسه هوا تزریق میکند تا کیسه بلافاصله باز شود و از برخورد مستقیم سرنشینان با اجزای سخت کابین جلوگیری نماید.
این مولد از یک واکنش شیمیایی سریع بهره میبرد تا گاز لازم را تأمین کند. سرعت باد شدن کیسه هوا معمولاً در حدود 20 تا 50 میلیثانیه است که با هدف کاهش صدمات به سر و سینه افراد طراحی شده است.
۱.۱ اهمیت مولد گاز در سیستم ایربگ
عملکرد صحیح مولد گاز، مهلت کافی برای باز شدن کیسه و ایجاد لایه حفاظتی را فراهم میآورد. تأخیر یا خرابی این قطعه میتواند اثر حفاظتی کیسه هوا را از بین ببرد یا حتی آسیبهای بیشتری به وجود بیاورد.
۲. اجزاء تشکیلدهنده مولد گاز کیسه هوا
مولد گاز کیسه هوا ترکیبی دقیق از چند جزء اصلی است:
- کپسول یا محفظه مولد: از فولاد یا آلیاژهای مقاوم ساخته شده تا تحمل فشار گاز بادشده را داشته باشد.
- مواد محترقه (پودرهای انفجاری): مانند آزید سدیم (NaN₃) یا ترکیبات جدیدتر که هنگام تحریک الکتریکی، واکنش شیمیایی سریعی ایجاد میکنند.
- الکترودها و فیوزهای الکتریکی: اجزایی که دستور شروع واکنش را از واحد کنترل کیسه هوا دریافت و پیشرانده محترقه را فعال میکنند.
- فیلترها: برای حذف ذرات فلزی و مواد جانبی ناشی از واکنش محترقه که ممکن است به داخل کیسه هوا وارد شود.
- سیستم خروج گاز: شامل منافذ و مجراهایی است که گاز تولید شده را به صورت کنترل شده و در زمان مناسب به کیسه هدایت میکند.
۲.۱ کپسول مولد و جنس آن
کپسول باید همزمان استحکام مکانیکی بالایی برای تحمل فشار بالا و وزن مناسبی برای نصب در خودرو داشته باشد. معمولا فولادهای مقاوم به حرارت و فشار و در بعضی موارد آلیاژهای آلومینیوم در این بخش استفاده میشود. ضخامت و ابعاد بسته به توان خروجی گاز و حجم کیسه هوا تعیین میشود.
۲.۲ مواد محترقه و واکنشهای شیمیایی
در مولدهای قدیمی از آزید سدیم (NaN₃) استفاده میشد که هنگام خروج جریان برق به سرعت به گاز نیتروژن (N₂) و سدیم فلزی تجزیه میشد:
2 NaN₃ → 2 Na + 3 N₂ (گاز)با توجه به خطرات زیست محیطی و سمیت سدیم آزاد شده، اکنون تحقیقات به سمت ترکیبات جدیدتر مانند ترکیبات مبتنی بر تترازول، فورازان و ترکیبات کامپوزیتی انجام میشود که هم واکنش سریع دارند و هم کمتری تولید آلاینده را به همراه دارند.
۳. انواع مولد گاز کیسه هوا
در صنعت خودروسازی، چند نوع مولد گاز وجود دارد که بر اساس نوع ماده محترقه، فرآیند تولید گاز و حجم گاز تولیدی تقسیمبندی میشوند:
۳.۱ مولد گاز تک مرحلهای (Single-Stage Inflator)
این مولد مستقیماً با فعال شدن تأثیرگذار میشود و کل ماده محترقه به صورت یکباره واکنش میدهد. این نوع برای کیسههای کوچک یا کیسههای جانبی کاربرد دارد.
۳.۲ مولد گاز دو مرحلهای (Dual-Stage Inflator)
در این نوع، واکنش در دو مرحله با دو مقدار متفاوت فعال میشود که باعث تنظیم میزان گاز هوای داخل کیسه بسته به شدت برخورد یا شرایط میگردد. این قابلیت ایمنی را افزایش داده و آسیب را به حداقل میرساند.
۳.۳ مولد گاز پلیمری و غیر محترقه
با پیشرفت تکنولوژی، مولدهایی ساخته شدهاند که به جای واکنشهای محترقه باعث آزادسازی گاز فشار بالا از مخزن فشرده شده یا واکنشهای شیمیایی بیضرر و کنترل شده میشوند. این نوع سبکتر و ایمنتر ولی معمولا گرانتر هستند.
۴. فرآیند عملکرد مولد گاز و کیسه هوا
برای درک بهتر عملکرد مولد، مراحل زیر را تشریح میکنیم:
۴.۱ تشخیص تصادف
حسگرهای شتاب اولیه (Accelerometers) و دیگر واحدهای الکترونیکی در خودرو به سرعت ضربه تصادف را شناسایی میکنند.
۴.۲ ارسال فرمان الکتریکی
واحد کنترل کیسه هوا (Airbag Control Unit - ACU) سیگنال الکتریکی را به فیوز الکتریکی مولد ارسال میکند.
۴.۳ فعالسازی ماده محترقه
فیوز الکتریکی باعث تولید حرارت میشود که ماده محترقه را تحریک کرده و واکنش شیمیایی سریعی آغاز میشود.
۴.۴ تولید گاز پر فشار
واکنش به سرعت گاز بیخطر و غیرقابل احتراق مانند نیتروژن با حجم بالا تولید میکند.
۴.۵ باد شدن کیسه هوا
گاز از طریق مجراها به کیسه هوا تزریق شده و کیسه در کسری از ثانیه باد میشود تا فضای محافظی بین سرنشین و قسمتهای سخت کابین ایجاد کند.
۴.۶ تخلیه و تخلیه فشار
پس از باد شدن، کیسه هوا به سرعت شروع به تخلیه هوای داخلی میکند تا از آسیبهای ناشی از فشار زیاد جلوگیری نماید.
۵. استانداردها و ایمنی مولد گاز کیسه هوا
تولید و عملکرد مولد گاز کیسه هوا تابع استانداردهای سختگیرانه ایمنی است. به طور مثال، استانداردهای UNECE شماره 94 و 95، و همچنین قوانین ایمنی داخلی کشورهای مختلف، پارامترهای زیر را مشخص کردهاند:
- حد مجاز فشار و دما داخل مولد
- زمان واکنش و مدت باد شدن کیسه
- محدوده گاز تولید شده و ترکیب شیمیایی آن
- مقاومت در برابر ضربه و شرایط دمایی متنوع
- فرایند آزمایشهای ضربهای و عمر مفید قطعه
ایمنی سرنشین و محافظت موثر در تصادفهای با سرعتهای مختلف، هدف نهایی این استانداردها است.
۶. نوآوریها و روندهای جدید در فناوری مولد گاز کیسه هوا
با پیشرفت فناوری، تلاشهای زیادی برای بهبود عملکرد مولد گاز کیسه هوا صورت گرفته است:
۶.۱ استفاده از مواد محترقه دوستدار محیط زیست
جایگزینی آزید سدیم با ترکیبات پایدارتری که آلایندگی ندارند یکی از مهمترین روندها است.
۶.۲ مولدهای چندمرحلهای با کنترل هوشمند
این مولدها با استفاده از دادههای سنسورها شدت باد شدن کیسه هوا را دقیقاً با شرایط برخورد تنظیم میکنند تا از آسیبهای ثانویه جلوگیری شود.
۶.۳ استفاده از مخازن گاز فشرده و مولدهای پلیمری
این فناوری باعث کاهش وزن قطعه، کاهش هزینههای تولید بلندمدت و افزایش ایمنی میشود.
۶.۴ ادغام سیستمهای مولد با دیگر تجهیزات حفاظتی
ترکیب مولد گاز ایربگ با سیستمهایی مثل پیشکشندههای کمربند ایمنی برای محافظت جامعتر سرنشینان.
۷. نتیجهگیری
مولد گاز کیسه هوا یکی از حیاتیترین اجزاء سیستم ایمنی خودرو است که در کسری از ثانیه یک واکنش شیمیایی کنترلشده ایجاد کرده و کیسه هوا را باد میکند تا جان سرنشینان در حین تصادفات حفظ شود. شناخت دقیق ساختار، عملکرد، انواع و استانداردهای آن موجب افزایش کیفیت و ایمنی خودروها میشود.
با توجه به اهمیت روزافزون ایمنی، فناوریهای جدید در زمینه مولدهای گاز کیسه هوا به سمت امنیت بیشتر، سازگاری زیست محیطی و کارایی بالاتر در حرکت است که در آینده نزدیک شاهد تحولاتی چشمگیر خواهیم بود.