ITTO20110543A1 - HEATING DEVICE FOR A FLUID EMPLOYED ON A VEHICLE, IN PARTICULAR A FUEL - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
“Dispositivo di riscaldamento per un fluido impiegato su di un veicolo, in particolare un carburante”, "Heating device for a fluid used on a vehicle, in particular a fuel",
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
Campo dell’invenzione Field of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di riscaldamento per un fluido impiegato in un veicolo, quale un fluido combustibile, ad esempio un carburante per un veicolo con motore Diesel. L’invenzione è stata sviluppata con particolare riferimento ad un circuito di controllo per un tale dispositivo impiegante mezzi riscaldatori di tipo resistivo. The present invention relates to a heating device for a fluid used in a vehicle, such as a combustible fluid, for example a fuel for a vehicle with a Diesel engine. The invention was developed with particular reference to a control circuit for such a device using resistive type heating means.
Tecnica anteriore Prior art
I dispositivi del tipo indicato vengono tipicamente attivati in un veicolo quando le condizioni climatiche esterne sono severe, particolarmente nel caso di temperature ambiente molto basse. Lo scopo di questi dispositivi è quello di realizzare un riscaldamento di un fluido di bordo veicolo, tipicamente un carburante, prima che questi transiti in un ulteriore dispositivo, ad esempio un filtro o un sistema di iniezione. The devices of the indicated type are typically activated in a vehicle when the external climatic conditions are severe, particularly in the case of very low ambient temperatures. The purpose of these devices is to achieve a heating of an on-board vehicle fluid, typically a fuel, before it passes through a further device, for example a filter or an injection system.
Ad esempio, nelle suddette condizioni ambientali severe talune sostanze, ad esempio le paraffine presenti nel gasolio, tendono a cristallizzare o solidificarsi, con conseguenti rischi di intasamento del suddetto filtro. In tale ottica, il riscaldamento del gasolio prima della sua immissione nel filtro consente di rendere più fluido il gasolio, evitando i suddetti rischi. For example, in the aforementioned severe environmental conditions certain substances, for example the paraffins present in the diesel fuel, tend to crystallize or solidify, with consequent risks of clogging the aforesaid filter. In this perspective, the heating of the diesel fuel before its introduction into the filter makes it possible to make the diesel oil more fluid, avoiding the aforementioned risks.
I mezzi riscaldatori elettrici sono posizionati alTintemo del corpo in modo da essere lambiti direttamente dal gasolio e sono solitamente costituiti da uno o più resistori, ad esempio una pluralità di resistori a coefficiente di temperatura positivo, o PTC. L’alimentazione in corrente continua ai PTC viene solitamente controllata a mezzo di un interruttore elettronico di potenza, quale un MOSFET. In taluni casi il dispositivo comprende inoltre un sensore volto a rilevare la temperatura del gasolio, quale ad esempio un resistere a coefficiente di temperatura negativo o NTC. The electric heating means are positioned inside the body so as to be directly lapped by the diesel fuel and usually consist of one or more resistors, for example a plurality of resistors with a positive temperature coefficient, or PTC. The direct current power supply to the PTCs is usually controlled by means of an electronic power switch, such as a MOSFET. In some cases the device further comprises a sensor aimed at detecting the temperature of the diesel, such as for example a negative temperature coefficient resistance or NTC.
La Figura 1 mostra un tipico circuito di pilotaggio dei mezzi di riscaldamento di un dispositivo di riscaldamento di tipo noto. Nell’esempio considerato, un riscaldatore resistivo 10 è collegato in serie con un interruttore elettronico 20, quale ad esempio un transistore MOSFET NMOS, ovvero un interruttore elettronico normalmente aperto. Figure 1 shows a typical driving circuit of the heating means of a known type of heating device. In the example considered, a resistive heater 10 is connected in series with an electronic switch 20, such as a MOSFET NMOS transistor, or a normally open electronic switch.
In generale, il riscaldatore 10 è collegato ad una sorgente di energia elettrica, ad esempio tra una tensione Vsupply e una massa GND, ed il riscaldatore 10 può essere attivato o disattivato selettivamente tramite un segnale di controllo S che pilota la commutazione dell’interruttore elettronico 20. In general, the heater 10 is connected to a source of electrical energy, for example between a voltage Vsupply and a ground GND, and the heater 10 can be selectively activated or deactivated by means of a control signal S which drives the switching of the electronic switch 20.
Come detto, il riscaldatore 10 può comprendere uno o più resistori a coefficiente di temperatura positivo (Positive temperature coefficient o PTC), ovvero un riscaldatore che si autolimita in temperatura e corrente assorbita. L’esperto del ramo apprezzerà che il riscaldatore resistivo può anche essere un resistere puro: tuttavia, in tal caso, può essere opportuno prevedere una controreazione per la regolazione della temperatura. As mentioned, the heater 10 can comprise one or more positive temperature coefficient (PTC) resistors, that is a heater which limits itself in terms of temperature and absorbed current. The skilled in the art will appreciate that the resistive heater can also be a pure resist: however, in this case, it may be appropriate to provide a feedback for temperature regulation.
Per il circuito mostrato nella Figura 1, quando il segnale S è "basso" - ad esempio quando il segnale S è collegato alla massa GND - anche la tensione al gate G del MOSFET 20 è bassa e l’interruttore 20 è aperto, ovvero il riscaldatore 10 è disattivato. Quando invece il segnale S è “alto”, ad esempio quando il segnale S è collegato alla tensione Vsupply, l’interruttore 20 viene chiuso, ovvero il riscaldatore 10 è attivato. For the circuit shown in Figure 1, when signal S is "low" - for example when signal S is connected to ground GND - the voltage at gate G of MOSFET 20 is also low and switch 20 is open, i.e. heater 10 is deactivated. On the other hand, when the S signal is "high", for example when the S signal is connected to the Vsupply voltage, the switch 20 is closed, ie the heater 10 is activated.
Scopo e sintesi dell’ invenzione Purpose and summary of the invention
Gli inventori hanno osservato che tale tipico pilotaggio del MOSFET può causare vari problemi. Più in particolare, a seguito di esperimenti tecnici effettuati, gli inventori hanno osservato che il transistore MOSFET viene occasionalmente attivato o disattivato erroneamente. Di conseguenza, il transistore e/o il riscaldatore possono surriscaldarsi, il che determina in casi estremi una distruzione del transistore o riscaldatore e rischi d'incendio del veicolo. The inventors have observed that such typical MOSFET driving can cause various problems. More particularly, following technical experiments carried out, the inventors have observed that the MOSFET transistor is occasionally activated or deactivated erroneously. As a result, the transistor and / or heater can overheat, which in extreme cases leads to destruction of the transistor or heater and the risk of a fire in the vehicle.
Lo scopo dell’invenzione è essenzialmente quello di fornire un dispositivo di riscaldamento, e più particolarmente un relativo circuito di controllo, tale da evitare tali inconvenienti. The purpose of the invention is essentially to provide a heating device, and more particularly a relative control circuit, such as to avoid such drawbacks.
Secondo l’invenzione, tale scopo è raggiunto grazie ad un dispositivo di riscaldamento per un fluido impiegato su di un veicolo, in particolare un fluido combustibile, avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono. Le rivendicazioni formano parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in relazione all’invenzione. According to the invention, this purpose is achieved thanks to a heating device for a fluid used on a vehicle, in particular a combustible fluid, having the characteristics referred to in the following claims. The claims form an integral part of the technical teaching provided herein in relation to the invention.
In termini generali, il dispositivo secondo l’invenzione comprende: In general terms, the device according to the invention includes:
mezzi riscaldatori resistivi destinati al contatto con il fluido, particolarmente disposti entro un corpo di involucro avente un ingresso ed un’uscita, resistive heating means intended for contact with the fluid, particularly arranged within a casing body having an inlet and an outlet,
mezzi di controllo dell’alimentazione elettrica ai mezzi riscaldatori, means of controlling the power supply to the heating means,
una disposizione circuitale predisposta per controllare almeno i mezzi di controllo dell’alimentazione, a circuit arrangement designed to control at least the power supply control means,
in cui i mezzi di controllo dell’alimentazione comprendono un interruttore elettronico che è collegato in serie ai mezzi riscaldatori per attivare selettivamente i mezzi riscaldatori in funzione di un segnale di controllo generato dalla disposizione circuitale. wherein the power control means comprise an electronic switch which is connected in series to the heating means to selectively activate the heating means as a function of a control signal generated by the circuit arrangement.
Secondo l’invenzione, la disposizione circuitale comprende un circuito di protezione configurato per ricevere in ingresso il segnale di controllo e per trasformarlo in un segnale di controllo stabilizzato che varia soltanto tra due valori di tensione, particolarmente se il segnale di controllo in ingresso differisce da almeno un valore limite o di riferimento, ed in cui l’interruttore elettronico è configurato per attivare selettivamente i mezzi riscaldatori in funzione del segnale di controllo stabilizzato. According to the invention, the circuit arrangement comprises a protection circuit configured to receive the control signal at the input and to transform it into a stabilized control signal which varies only between two voltage values, particularly if the input control signal differs from at least one limit or reference value, and in which the electronic switch is configured to selectively activate the heating means as a function of the stabilized control signal.
In una forma di attuazione preferita dell’invenzione, il suddetto circuito di protezione è configurato per trasformare il segnale di controllo in un segnale di controllo stabilizzato che varia soltanto tra due valori di tensione, a seconda che l'ingresso superi una prima soglia o sia inferiore ad una seconda soglia, in cui la seconda soglia è inferiore o differente rispetto alla prima soglia. Se il segnale di controllo in ingresso è superiore alla prima soglia, il segnale di controllo stabilizzato assume un valore di tensione superiore, mentre se il segnale di controllo in ingresso è inferiore alla seconda soglia, il segnale di controllo stabilizzato assume un valore di tensione inferiore. In a preferred embodiment of the invention, the aforementioned protection circuit is configured to transform the control signal into a stabilized control signal which varies only between two voltage values, depending on whether the input exceeds a first threshold or is lower than a second threshold, in which the second threshold is lower or different than the first threshold. If the input control signal is higher than the first threshold, the stabilized control signal assumes a higher voltage value, while if the input control signal is lower than the second threshold, the stabilized control signal assumes a lower voltage value. .
Nella forma di attuazione al momento ritenuta preferenziale, il suddetto circuito di protezione comprende un comparatore con isteresi. In the embodiment currently considered preferential, the aforementioned protection circuit comprises a comparator with hysteresis.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue, effettuata con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali: Further objects, characteristics and advantages of the invention will become clear from the following detailed description, made with reference to the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:
- la Figura 1 è uno schema circuitale semplificato volto ad illustrare un primo tipico circuito di pilotaggio di un dispositivo di riscaldamento di tipo noto; Figure 1 is a simplified circuit diagram aimed at illustrating a first typical driving circuit of a known type of heating device;
- la Figura 2 è una vista prospettica di una possibile forma di attuazione di un dispositivo di riscaldamento secondo l’invenzione, abbinato ad un rispettivo filtro; - Figure 2 is a perspective view of a possible embodiment of a heating device according to the invention, combined with a respective filter;
- la Figura 3 è una vista esplosa del dispositivo di riscaldamento di Figura 2; - la Figura 4 è una sezione schematica del dispositivo di riscaldamento di Figura 2; Figure 3 is an exploded view of the heating device of Figure 2; Figure 4 is a schematic section of the heating device of Figure 2;
- la Figura 5 è uno schema circuitale semplificato volto ad illustrare un secondo tipico circuito di pilotaggio di un dispositivo di riscaldamento di tipo noto; Figure 5 is a simplified circuit diagram aimed at illustrating a second typical driving circuit of a heating device of a known type;
- la Figura 6 è uno schema a blocchi semplificato volto ad illustrare una disposizione circuitale di controllo di un dispositivo di riscaldamento in accordo ad una prima forma di attuazione dell’invenzione; - Figure 6 is a simplified block diagram aimed at illustrating a control circuit arrangement of a heating device according to a first embodiment of the invention;
- le Figure 7 e 8 sono schemi di un circuito di protezione della disposizione di Figura 6, in due possibile diverse implementazioni; Figures 7 and 8 are diagrams of a protection circuit of the arrangement of Figure 6, in two possible different implementations;
- la Figura 9 è uno schema a blocchi semplificato volto ad illustrare una disposizione circuitale di controllo di un dispositivo di riscaldamento in accordo ad una seconda forma di attuazione dell’invenzione; - Figure 9 is a simplified block diagram aimed at illustrating a control circuit arrangement of a heating device according to a second embodiment of the invention;
- la Figura 10 è uno schema di un circuito di filtraggio della disposizione di Figura 9; Figure 10 is a diagram of a filtering circuit of the arrangement of Figure 9;
- la Figura 11 è uno schema circuitale volto ad illustrare una disposizione circuitale di controllo di un dispositivo di riscaldamento in accordo ad una terza forma di attuazione dell’invenzione; e - Figure 11 is a circuit diagram aimed at illustrating a control circuit arrangement of a heating device according to a third embodiment of the invention; And
- la Figura 12 è uno schema di un circuito derivatore della disposizione di Figura 11. Figure 12 is a diagram of a shunt circuit of the arrangement of Figure 11.
Descrizione particolareggiata di forme di attuazione Detailed description of embodiments
Nella seguente descrizione sono illustrati vari dettagli specifici finalizzati ad un’ approfondita comprensione delle forme di attuazione. Le forme di attuazione possono essere realizzate senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri metodi, componenti, materiali eccetera. In altri casi, strutture, materiali o operazioni noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di rendere oscuri vari aspetti delle forme di attuazione. The following description illustrates various specific details aimed at an in-depth understanding of the forms of implementation. The embodiments can be made without one or more of the specific details, or with other methods, components, materials, etc. In other cases, known structures, materials or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring various aspects of the embodiments.
Il riferimento ad “una forma di attuazione” nell’ambito di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica descritte in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, frasi come “in una forma di attuazione” e simili, eventualmente presenti in diversi luoghi di questa descrizione, non sono necessariamente riferite alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinati in un modo adeguato in una o più forme di attuazione, anche diverse da quelle descritte. The reference to "an embodiment" in the context of this description indicates that a particular configuration, structure or feature described in relation to the embodiment is included in at least one embodiment. Therefore, phrases such as "in one embodiment" and the like, possibly present in different places of this description, are not necessarily referred to the same embodiment. Furthermore, particular conformations, structures or characteristics can be combined in an adequate way in one or more embodiments, even different from those described.
I riferimenti qui utilizzati sono soltanto per comodità e non definiscono dunque l’ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione. The references used here are for convenience only and therefore do not define the scope of protection or the scope of the forms of implementation.
In figura 2, con 100 viene indicato nel suo complesso un dispositivo riscaldamento secondo una possibile versione dell’invenzione. Nell’esempio il dispositivo è accoppiato meccanicamente ed idraulicamente ad un generico filtro, indicato con F; il tipo di collegamento tra il dispositivo 100 ed il filtro F prescinde dalle finalità della presente invenzione e può essere ottenuto in qualsiasi modo noto. Si noti che l’invenzione è ugualmente applicabile al caso di dispositivi riscaldatori non direttamente abbinati ad un filtro. In figure 2, 100 indicates as a whole a heating device according to a possible version of the invention. In the example, the device is mechanically and hydraulically coupled to a generic filter, indicated with F; the type of connection between the device 100 and the filter F is independent of the purposes of the present invention and can be obtained in any known way. Note that the invention is equally applicable to the case of heating devices not directly coupled to a filter.
Anche con riferimento alle figure 3 e 4, il dispositivo 100 ha un corpo 102 nel quale è definito un raccordo di ingresso 103, destinato ad essere collegato ad una linea di alimentazione di un fluido, quale un carburante, ad esempio gasolio, ed un raccordo di uscita 104, che nell’esempio non limitativo è destinato al collegamento con il filtro F. Nell’esempio non limitativo illustrato, il raccordo 103 si diparte da una estremità del corpo 102 e si estende parallelamente all’asse principale di quest’ultimo, mentre il raccordo 104 si estende assialmente dall’estremità opposta del corpo 102. Also with reference to Figures 3 and 4, the device 100 has a body 102 in which an inlet fitting 103 is defined, intended to be connected to a supply line for a fluid, such as a fuel, for example diesel oil, and a fitting outlet 104, which in the non-limiting example is intended for connection with the filter F. In the non-limiting example illustrated, the fitting 103 starts from one end of the body 102 and extends parallel to the main axis of the latter, while the fitting 104 extends axially from the opposite end of the body 102.
Sempre con riferimento all’esempio non limitativo illustrato nelle figure 2-4, all’estremità longitudinale del corpo 102 recante il raccordo 103 è definita una porzione tubolare 105, che realizza la parte esterna di un connettore per il collegamento elettrico del dispositivo 100 a fini di alimentazione e controllo. Preferibilmente il corpo 102 è realizzato in più pezzi, quale una porzione di corpo 102’ e tappi alle estremità 115 e 127. Nell’esempio, la porzione di corpo 102’ integra il raccordo 103, ha forma sostanzialmente tubolare ed è suddivisa in due camere, indicate con 106, 107 in figura 4, mediante una rispettiva parete divisoria 102”. Again with reference to the non-limiting example illustrated in Figures 2-4, a tubular portion 105 is defined at the longitudinal end of the body 102 carrying the fitting 103, which forms the external part of a connector for the electrical connection of the device 100 for purposes power supply and control. Preferably, the body 102 is made in several pieces, such as a body portion 102 'and end caps 115 and 127. In the example, the body portion 102' integrates the fitting 103, has a substantially tubular shape and is divided into two chambers , indicated with 106, 107 in figure 4, by means of a respective dividing wall 102 ".
La camera inferiore 107 mette in comunicazione i raccordi 103 e 104 ed in essa sporgono pioli che si elevano dalla parete 102”, aventi la funzione di mantenere in posizioni sostanzialmente parallele tra loro due elementi di contrattazione 109 e 110, ad esempio in forma di dischi metallici, tra i quali risultano disposti mezzi riscaldatori resistivi 10. Nell’esempio non limitativo illustrato, tali mezzi riscaldatori 10 comprendono una pluralità di resistori PTC, preferibilmente di forma discoidale. L’esperto del ramo apprezzerà che i mezzi riscaldatori 10 possono anche consistere di uno o più resistori puri: in tal caso, è vantaggiosamente prevista una nota controreazione per la regolazione della temperatura, particolarmente includente un sensore di temperatura. The lower chamber 107 connects the fittings 103 and 104 and in it protrudes pegs that rise from the wall 102 ", having the function of keeping two bargaining elements 109 and 110 in substantially parallel positions, for example in the form of discs metallic, between which resistive heating means 10 are arranged. In the illustrated non-limiting example, said heating means 10 comprise a plurality of PTC resistors, preferably having a discoidal shape. The skilled in the art will appreciate that the heating means 10 may also consist of one or more pure resistors: in this case, a known feedback is advantageously provided for temperature regulation, particularly including a temperature sensor.
Il disco di contattazione 110 è premuto verso il disco di contattazione 109, con interposti i resistori 10, da un elemento metallico 112, avente una porzione centrale dalla quale si dipartono bracci elastici radiali, aventi funzione di molle. The contact disc 110 is pressed towards the contact disc 109, with the resistors 10 interposed, by a metal element 112, having a central portion from which radial elastic arms, acting as springs, branch off.
L’elemento 112 è agganciato, preferibilmente a scatto, ad un piattello 114, ad esempio realizzato in materiale termoplastico, tramite dentini a sottosquadro formati in quest’ultimo. Il piattello 114 è fissato, preferibilmente mediante una vite 113, ad un terminale centrale Tl, che è dotato di rispettivo elemento o anello di tenuta ORI ed è inserito in una sede o attraversa una luce definita nella parete 102”. The element 112 is hooked, preferably by snap, to a plate 114, for example made of thermoplastic material, by means of undercut teeth formed in the latter. The plate 114 is fixed, preferably by means of a screw 113, to a central terminal Tl, which is equipped with a respective element or sealing ring ORI and is inserted in a seat or passes through a gap defined in the wall 102 ".
Il terminale Tl risulta connesso elettricamente al piattello 110, e quindi ai resistori 10, per il tramite dell’elemento 112. Al disco 109 è collegato, ad esempio tramite saldatura o ribaditura meccanica, un secondo terminale, indicato con T2, che attraversa la parete 102” ed è dotato di un rispettivo elemento di tenuta OR2. The terminal T1 is electrically connected to the plate 110, and therefore to the resistors 10, by means of the element 112. To the disk 109 is connected, for example by welding or mechanical riveting, a second terminal, indicated with T2, which crosses the wall 102 ”and is equipped with a respective sealing element OR2.
Come si nota anche in figura 4, la camera 107 risulta chiusa inferiormente a mezzo di un coperchio o tappo 115, nel quale è definito il raccordo idraulico 104, preferibilmente dotato di un anello di tenuta OR3. L’accoppiamento a tenuta tra la porzione di corpo 102’ ed il tappo inferiore 115, entrambi ad esempio in materiale termoplastico, può essere realizzata tramite saldatura laser o saldatura ad ultrasuoni o incollaggio o saldatura tramite parziale fusione delle dette porzioni di corpo. Ancora in figura 4, con 122 è indicato un circuito di controllo o pilotaggio 122, contenuto nella camera 106, ed al quale può essere eventualmente collegato un sensore di temperatura, in particolare del tipo NTC, operativo per rilevare la temperatura del gasolio. As can also be seen in Figure 4, the chamber 107 is closed at the bottom by means of a lid or plug 115, in which the hydraulic connection 104 is defined, preferably equipped with a sealing ring OR3. The sealing coupling between the portion of the body 102 'and the lower cap 115, both for example in thermoplastic material, can be achieved by laser welding or ultrasonic welding or by gluing or welding by partial fusion of the said body portions. Again in Figure 4, 122 indicates a control or piloting circuit 122, contained in the chamber 106, and to which a temperature sensor, in particular of the NTC type, operating to detect the temperature of the diesel fuel, can possibly be connected.
Nell’esempio la basetta o PCB del circuito 122 è fissata al terminale TI tramite una vite 125 (figura 3), e risulta quindi collegata elettricamente a quest’ultimo; alla basetta del circuito 122 è altresì collegato il terminale T2, con interposizione di una molla 126 (figura 3). Le contattazioni e/o i collegamenti elettrici potrebbero essere in ogni caso realizzati in modi diversi da quello illustrato. Alla detta basetta, che reca gli ulteriori componenti elettrici/elettronici del circuito 122, sono collegati tre terminali T3. In the example, the base or PCB of the circuit 122 is fixed to the terminal TI by means of a screw 125 (Figure 3), and is therefore electrically connected to the latter; terminal T2 is also connected to the base of the circuit 122, with the interposition of a spring 126 (Figure 3). The contact and / or electrical connections could in any case be made in different ways from that illustrated. Three terminals T3 are connected to said base, which carries the further electric / electronic components of the circuit 122.
La camera 106 è chiusa superiormente da un coperchio 127 nel quale è definita la porzione tubolare 105; tale porzione, unitamente ai terminali T3 ed all’estremità superiore del terminale T2 realizza, come detto, un connettore per l’alimentazione elettrica ed il controllo del dispositivo 100. Il coperchio superiore 127 può essere fissato alla porzione di corpo 102’ tramite agganci comprendenti alette elastiche 128 integrali al coperchio e denti di aggancio 129 definiti sulla porzione di corpo 102’. In alternativa, anche il coperchio 127, preferibilmente in materiale termoplastico, può essere saldato alla porzione di corpo principale 102” tramite laser o ultrasuoni o incollaggio o saldatura tramite parziale fusione delle dette porzioni di corpo. The chamber 106 is closed at the top by a lid 127 in which the tubular portion 105 is defined; this portion, together with the terminals T3 and the upper end of the terminal T2, forms, as mentioned, a connector for the power supply and control of the device 100. The upper cover 127 can be fixed to the body portion 102 'by means of hooks comprising elastic fins 128 integral with the lid and hooking teeth 129 defined on the body portion 102 '. Alternatively, also the cover 127, preferably made of thermoplastic material, can be welded to the main body portion 102 "by laser or ultrasound or by gluing or welding by partial melting of the said body portions.
Va ancora sottolineato che le figure 2-4 illustrano a mero scopo esemplificativo la possibile forma di un dispositivo di riscaldamento secondo l’invenzione, la cui struttura può essere diversa da quella rappresentata, Si consideri, a questo riguardo, che secondo forme di attuazione non rappresentate almeno parte della disposizione circuitale di controllo del dispositivo (nel precedentemente esempio il circuito 122) può essere montato in modo indipendente rispetto al corpo del dispositivo che alloggia i mezzi riscaldatori, ad esempio in posizione remota rispetto ad esso. It should also be emphasized that figures 2-4 illustrate by way of example only the possible form of a heating device according to the invention, the structure of which may be different from that shown. shown at least part of the control circuit arrangement of the device (in the above example the circuit 122) can be mounted independently with respect to the body of the device which houses the heating means, for example in a remote position with respect to it.
Come menzionato in precedenza, in applicazioni pratiche secondo la tecnica nota a bordo veicolo, il circuito mostrato nella Figura 1 può causare vari problemi, quale ad esempio il surriscaldamento e/o il danneggiamento del transistore 20 e/o del riscaldatore 10. As previously mentioned, in practical applications according to the known art on board the vehicle, the circuit shown in Figure 1 can cause various problems, such as for example overheating and / or damage to the transistor 20 and / or the heater 10.
Tuttavia, a causa del numero limitato di tali eventi, le effettive cause di anomalia sono incerte. Una possibile spiegazione di tali anomalie sono disturbi elettromagnetici (EMI), quali sporadici impulsi dovuti a disturbi che attivano o disattivano in modo anomalo il MOSFET. Ulteriori possibili cause di anomalia potrebbero anche risultare da una resistenza elevata del cablaggio (ad esempio dovuta ad ossidazione dei contatti) o delle resistenze parassite (ad esempio dovute ad umidità e/o sporcizia tra il conduttore di segnale ed il conduttore di massa). However, due to the limited number of such events, the actual causes of the anomaly are uncertain. A possible explanation for these anomalies are electromagnetic disturbances (EMI), such as sporadic pulses due to disturbances that abnormally turn the MOSFET on or off. Further possible causes of anomaly could also result from a high resistance of the wiring (for example due to oxidation of the contacts) or parasitic resistances (for example due to humidity and / or dirt between the signal conductor and the ground conductor).
Per chiarire ulteriormente questi concetti, la Figura 5 mostra una soluzione nota in cui il gate G del transistore MOSFET 20 è collegato attraverso un resistore di pull-up RP alla tensione di alimentazione, quale ad esempio la tensione Vsupply. To further clarify these concepts, Figure 5 shows a known solution in which the gate G of the MOSFET transistor 20 is connected through a pull-up resistor RP to the supply voltage, such as for example the voltage Vsupply.
In questo caso, con un transistore 20 del tipo NMOS, una eventuale "resistenza parassita in parallelo" al cablaggio, ad esempio tra la linea del segnale S e la massa GND, potrebbe determinare la disattivazione anomala dell'interruttore 20, quando invece esso dovrebbe essere acceso. Tale resistenza parassita potrebbe, ad esempio, essere dovuta ad umidità e/o sporcizia tra i contati del connettore, o ad un pessimo isolamento del cavo elettrico. In this case, with a transistor 20 of the NMOS type, any "parasitic resistance in parallel" to the wiring, for example between the signal line S and ground GND, could cause the anomalous deactivation of the switch 20, when instead it should be turned on. This parasitic resistance could, for example, be due to humidity and / or dirt between the contacts of the connector, or to poor insulation of the electrical cable.
Una condizione anomala potrebbe anche verificarsi nel caso di una "resistenza parassita in serie" al cablaggio, ad esempio tra i terminali del connettore della linea del segnale S. In tal caso, quando viene comandato un livello "basso", il gate G del transistore 20 potrebbe non andare completamente a massa, lavorando quindi in una condizione intermedia anomala, ovvero nella zona in cui il MOSFET dissipa una notevole quantità di energia. An abnormal condition could also occur in the case of a "parasitic resistance in series" to the wiring, for example between the terminals of the connector of the signal line S. In this case, when a "low" level is commanded, the gate G of the transistor 20 may not go completely to ground, therefore working in an anomalous intermediate condition, ie in the area where the MOSFET dissipates a considerable amount of energy.
In questo contesto, gli inventori hanno osservato che i problemi di surriscaldamento e/o danneggiamento del transistore 20 e/o il riscaldatore 10 possono essere evitati tramite un particolare circuito di protezione. In this context, the inventors have observed that the problems of overheating and / or damage of the transistor 20 and / or the heater 10 can be avoided by means of a particular protection circuit.
La Figura 6 mostra una schema a blocchi semplificato di una forma di attuazione del circuito di controllo di un dispositivo di riscaldamento secondo la presente invenzione, limitatamente alle parti di interesse utili alla comprensione dell’ invenzione. Figure 6 shows a simplified block diagram of an embodiment of the control circuit of a heating device according to the present invention, limited to the parts of interest useful for understanding the invention.
Anche nella forma di attuazione considerata, il dispositivo comprende un riscaldatore resistivo 10 collegato in serie a relativi mezzi di controllo dell’alimentazione elettrica, qui rappresentati da un interruttore elettronico 20, quale ad esempio un transistore NMOS, ovvero un interruttore elettronico normalmente aperto, o un transistore PMOS, ovvero un interruttore elettronico normalmente chiuso. Also in the embodiment considered, the device comprises a resistive heater 10 connected in series to relative power supply control means, represented here by an electronic switch 20, such as for example a NMOS transistor, or a normally open electronic switch, or a PMOS transistor, i.e. a normally closed electronic switch.
Nella forma di attuazione considerata, il riscaldatore 10 e l’interruttore 20 sono collegati ad una sorgente di energia elettrica, ad esempio tra una tensione Vsupply, quale 12 VDC (ad esempio la tensione della batteria del veicolo), e una massa GND. In the embodiment considered, the heater 10 and the switch 20 are connected to a source of electrical energy, for example between a voltage Vsupply, such as 12 VDC (for example the voltage of the vehicle battery), and a ground GND.
Nella forma di attuazione considerata, il riscaldatore 10 può essere attivato o disattivato selettivamente tramite un segnale di controllo S’ che pilota la commutazione dell’ interruttore elettronico 20 tramite un circuito previsto secondo l’invenzione. In the embodiment considered, the heater 10 can be selectively activated or deactivated by means of a control signal S 'which drives the switching of the electronic switch 20 through a circuit provided according to the invention.
In particolare, tale segnale di controllo S’ viene determinato da un circuito di controllo o protezione 30, in funzione del segnale di controllo iniziale S che viene fornito da un circuito di controllo esterno, ad esempio da una centralina a bordo veicolo o dalla stessa disposizione circuitale precedentemente indicata con 122. Il circuito di protezione 30 è preferibilmente configurato per trasformare un segnale di comando di un primo tipo, qui rappresentato dal segnale S, in un segnale di comando di un secondo tipo, qui rappresentato dal segnale S’, in particolare un segnale di comando di tipo stabilizzato; in tale ottica, il circuito 30 può essere anche inteso come un circuito trasformazione 30. In particular, this control signal S 'is determined by a control or protection circuit 30, as a function of the initial control signal S which is supplied by an external control circuit, for example by a control unit on board the vehicle or by the same arrangement. circuit previously indicated with 122. The protection circuit 30 is preferably configured to transform a control signal of a first type, here represented by the signal S, into a control signal of a second type, here represented by the signal S ', in particular a stabilized control signal; in this perspective, the circuit 30 can also be understood as a transformation circuit 30.
In una forma di attuazione preferita, il circuito di protezione 30 è realizzato tramite un comparatore con isteresi o trigger di Schmitt, ovvero un comparatore, in cui la soglia di commutazione verso l'alto è superiore di un certo margine rispetto alla soglia di commutazione verso il basso. Di conseguenza, il circuito di protezione 30 consente di trasformare il segnale S, il quale potrebbe assumere anche più di due valori, in un segnale S’ che varia soltanto tra due valori di tensione, preferibilmente a seconda che l'ingresso superi una prima soglia o sia inferiore ad una seconda soglia, in cui la seconda soglia è inferiore alla prima soglia. Il circuito di protezione 30 garantisce inoltre che la commutazione del segnale S’ avviene in tempi brevi, mentre il valore del segnale S può anche presentare una tempo di cambiamento molto superiore. In a preferred embodiment, the protection circuit 30 is realized by means of a comparator with hysteresis or Schmitt trigger, or a comparator, in which the upward switching threshold is higher by a certain margin with respect to the upward switching threshold. the bass. Consequently, the protection circuit 30 makes it possible to transform the signal S, which could also assume more than two values, into a signal S 'which varies only between two voltage values, preferably according to whether the input exceeds a first threshold. or is lower than a second threshold, in which the second threshold is lower than the first threshold. The protection circuit 30 also ensures that the switching of the signal S 'takes place in a short time, while the value of the signal S can also have a much higher change time.
Anche se un tale circuito di protezione 30 non dovrebbe essere normalmente necessario per garantire il funzionamento del dispositivo, gli inventori hanno sorprendentemente osservato che i malfunzionamenti descritti in precedenza non si verificano più in presenza di tale circuito, particolarmente costituito da un comparatore con isteresi. Even if such a protection circuit 30 should not normally be necessary to guarantee the operation of the device, the inventors have surprisingly observed that the malfunctions described above no longer occur in the presence of such a circuit, particularly constituted by a comparator with hysteresis.
La Figura 7 illustra una possibile forma di attuazione di un circuito di protezione, ovvero un comparatore con isteresi 30 idoneo all’applicazione in un dispositivo secondo l’invenzione. Figure 7 illustrates a possible embodiment of a protection circuit, or a comparator with hysteresis 30 suitable for application in a device according to the invention.
In particolare, il comparatore con isteresi 30 comprende un amplificatore operazionale (Op Amp) 32 avente un terminale positivo (+), un terminale negativo (-) ed un terminale di uscita. In particular, the comparator with hysteresis 30 comprises an operational amplifier (Op Amp) 32 having a positive (+) terminal, a negative (-) terminal and an output terminal.
La tensione al terminale positivo viene fornita tramite un partitore di tensione (resistori Ra e Rb) collegato tra i terminali dei segnali S e S’. La tensione al terminale positivo viene confrontata tramite l’amplificatore operazionale 32 con una tensione di riferimento Vref. Tale tensione è preferibilmente impostata alla meta della tensione di alimentazione, ovvero a Vsupply/2. The voltage at the positive terminal is supplied via a voltage divider (resistors Ra and Rb) connected between the terminals of the S and S 'signals. The voltage at the positive terminal is compared through the operational amplifier 32 with a reference voltage Vref. This voltage is preferably set at the half of the supply voltage, i.e. at Vsupply / 2.
L’esperto del ramo apprezzerà che la Figura 7 illustra un Trigger di Schmitt noninvertente, in cui la tensione di riferimento Vref e i due resistori Ra ed Rb possono essere utilizzati per regolare le soglie di commutazione. The skilled in the art will appreciate that Figure 7 illustrates a non-inverting Schmitt trigger, in which the reference voltage Vref and the two resistors Ra and Rb can be used to adjust the switching thresholds.
La Figura 8 illustra invece una possibile forma di attuazione in cui si utilizza un Trigger di Schmitt invertente. In questo caso, la tensione al terminale positivo viene fornita tramite un partitore di tensione (resistori Ra e Rb) collegato tra i terminali dei segnali Vref e S’. La tensione al terminale positivo viene confrontata tramite l’amplificatore operazionale 32 direttamente con la tensione al terminale S. Di conseguenza, i livelli all’uscita dell’ operazionale 32 sono invertiti rispetto alla forma di attuazione mostrata nella Figura 7. Anche in questo caso, la tensione di riferimento Vref ed i due resistori Ra ed Rb possono essere utilizzati per regolare le soglie di commutazione. Figure 8 instead illustrates a possible embodiment in which an inverting Schmitt trigger is used. In this case, the voltage at the positive terminal is supplied through a voltage divider (resistors Ra and Rb) connected between the terminals of the signals Vref and S '. The voltage at the positive terminal is compared via the operational amplifier 32 directly with the voltage at the S terminal. Consequently, the levels at the output of the opamp 32 are inverted with respect to the embodiment shown in Figure 7. Again, the reference voltage Vref and the two resistors Ra and Rb can be used to adjust the switching thresholds.
L’esperto del ramo apprezzerà che il comparatore con isteresi può essere realizzato anche in altri modi, quale ad esempio una implementazione con componenti discreti comprendenti due transistori bipolari. The skilled in the art will appreciate that the comparator with hysteresis can also be made in other ways, such as for example an implementation with discrete components comprising two bipolar transistors.
La Figura 9 mostra a titolo di esempio uno schema a blocchi di un ulteriore miglioramento della diposizione circuitale di controllo di un dispositivo di riscaldamento secondo una possibile attuazione dell’invenzione. Figure 9 shows by way of example a block diagram of a further improvement of the control circuit arrangement of a heating device according to a possible implementation of the invention.
Nella forma di attuazione considerata, il segnale S viene prima filtrato tramite un filtro 40 e soltanto il segnale filtrato SF viene fornito al circuito di protezione 30, ad esempio rappresentato dal suddetto comparatore con isteresi. Ad esempio, il filtro 40 può comprendere un filtro passa-basso, quale ad esempio un filtro RC, e/o filtri che limitano la tensione massima o minima, quale ad esempio un diodo o un diodo Zener. In the embodiment considered, the signal S is first filtered through a filter 40 and only the filtered signal SF is supplied to the protection circuit 30, for example represented by the aforementioned comparator with hysteresis. For example, the filter 40 may comprise a low-pass filter, such as an RC filter, and / or filters that limit the maximum or minimum voltage, such as a diode or a Zener diode.
La Figura 10 mostra a titolo di esempio una possibile forma di attuazione di un tale filtro 40. Figure 10 shows by way of example a possible embodiment of such a filter 40.
Nella forma di attuazione considerata, la tensione del segnale filtrato SF viene fornita tramite il punto intermedio di un filtro RC comprendente un resistore RF ed un condensatore CF collegati in serie. In particolare, il filtro RC è collegato tra il terminale del segnale S e la massa GND. In the embodiment considered, the voltage of the filtered signal SF is supplied through the intermediate point of a filter RC comprising a resistor RF and a capacitor CF connected in series. In particular, the RC filter is connected between the signal terminal S and ground GND.
Nelle forma di attuazione considerata è anche previsto un limitatore della tensione del segnale SF. In particolare, tale limitatore è realizzato tramite un diodo Zener DZF collegato tra il segnale SF e la massa GND. In the embodiment considered a limiter of the signal voltage SF is also provided. In particular, this limiter is realized by means of a Zener diode DZF connected between the signal SF and the ground GND.
La Figura 11 mostra in questo contesto una possibile forma di attuazione della disposizione circuitale di controllo, limitatamente alle parti di interesse utili alla comprensione dell’invenzione. Figure 11 shows in this context a possible embodiment of the control circuit arrangement, limited to the parts of interest useful for understanding the invention.
Nella forma di attuazione considerata, il riscaldatore 10 ed il transistore MOSFET 20 sono collegati in serie tra la tensione di alimentazione Vsupply e la massa GND. Il filtro 40 ed il comparatore con isteresi 30 sono alimentati invece tramite una tensione Vcc. Tale tensione Vcc può corrispondere alla tensione Vsupply, o può essere derivata dalla tensione Vsupply, ad esempio tramite un idoneo circuito 50. Inoltre, anche il segnale S può essere collegato attraverso un resistore di pull-up RP al segnale di alimentazione Vcc. Ad esempio, tale resistore di pull-up può avere una resistenza di 1.5 kQ. In the embodiment considered, the heater 10 and the MOSFET transistor 20 are connected in series between the supply voltage Vsupply and the ground GND. The filter 40 and the comparator with hysteresis 30 are instead powered by means of a voltage Vcc. This voltage Vcc can correspond to the voltage Vsupply, or it can be derived from the voltage Vsupply, for example by means of a suitable circuit 50. Furthermore, also the signal S can be connected through a pull-up resistor RP to the supply signal Vcc. For example, such a pull-up resistor can have a resistance of 1.5 kQ.
Nella forma di attuazione considerata, il filtro 40 corrisponde sostanzialmente al filtro mostrato con riferimento alla Figura 10, rispetto alla quale solo il condensatore CF è assente. Ad esempio, nella forma di attuazione considerata, il resistore RF può avere una resistenza di 4.7 kQ, ed il diodo Zener DZF può essere un diodo BZX84C15L. In the embodiment considered, the filter 40 substantially corresponds to the filter shown with reference to Figure 10, with respect to which only the capacitor CF is absent. For example, in the embodiment considered, the RF resistor can have a resistance of 4.7 kQ, and the Zener diode DZF can be a BZX84C15L diode.
Nella forma di attuazione considerata, il comparatore con isteresi 30 è realizzato tramite una configurazione invertente. In particolare, il segnale di riferimento per il terminale positivo dell’amplificatore operazionale 32 viene determinato tramite la tensione Vcc. Nella forma di attuazione considerata, il terminale positivo dell’amplificatore operazionale 32 è collegato al punto intermedio di un partitore di tensione includente i resistori Rai e Ra2 che sono collegati tra la tensione Vcc e la massa GND. Inoltre il terminale positivo è collegato attraverso un resistore Rb al terminale di uscita dell’ operazionale 32, ovvero al segnale S’. Ad esempio, nella forma di attuazione considerata, i resistori Rai, Ra2 e Rb possono avere rispettivamente resistenze di 220 kQ, 150 kQ e 390 kQ. In the embodiment considered, the comparator with hysteresis 30 is made by means of an inverting configuration. In particular, the reference signal for the positive terminal of the operational amplifier 32 is determined by the voltage Vcc. In the embodiment considered, the positive terminal of the operational amplifier 32 is connected to the intermediate point of a voltage divider including the resistors Rai and Ra2 which are connected between the voltage Vcc and the ground GND. Furthermore, the positive terminal is connected through a resistor Rb to the output terminal of the operational 32, or to the signal S '. For example, in the embodiment considered, the resistors Rai, Ra2 and Rb can have resistances of 220 kQ, 150 kQ and 390 kQ respectively.
L’esperto del ramo apprezzerà che possono anche essere previsti altri componenti, quali ad esempio condensatori per stabilire i vari segnali o resistori per limitare la corrente. Ad esempio, nella forma di attuazione considerata è mostrato a puro scopo illustrativo anche un resistere RI 8 che limita la corrente al gate G del transistore 20 The skilled in the art will appreciate that other components can also be provided, such as for example capacitors to establish the various signals or resistors to limit the current. For example, in the embodiment considered, a resistor RI 8 which limits the current to the gate G of the transistor 20 is also shown for illustrative purposes only.
Come menzionato in precedenza, la tensione Vcc può essere derivata dalla tensione Vsupply e regolata o stabilizzata. Ad esempio, la Figura 12 mostra una possibile forma di un tale circuito 50, che può implementare funzioni di regolazione e stabilizzazione della tensione di alimentazione per i circuiti 30 e/o 40. As mentioned above, the Vcc voltage can be derived from the Vsupply voltage and regulated or stabilized. For example, Figure 12 shows a possible form of such a circuit 50, which can implement functions for regulating and stabilizing the supply voltage for the circuits 30 and / or 40.
Nella forma di attuazione considerata, la tensione di ingresso viene fornita ad un diodo DS, quale ad esempio un diodo ES1D, per assicurare che una polarizzazione invertita non possa danneggiare il circuito. In the embodiment considered, the input voltage is supplied to a diode DS, such as for example a diode ES1D, to ensure that an inverted bias cannot damage the circuit.
Nella forma di attuazione considerata, il segnale proveniente dal diodo DS viene fornito al segnale Vcc attraverso un resistere RS che limita la corrente; ad esempio tale resistere può avere una resistenza di 220 Ω. In the embodiment considered, the signal coming from the diode DS is supplied to the signal Vcc through a resistor RS which limits the current; for example this resistor can have a resistance of 220 Ω.
Nella forma di attuazione considerata, per evitare sovratensioni, il segnale Vcc è collegato attraverso un diodo Zener DZS alla massa GND; ad esempio, tale diodo Zener DZS può essere un diodo BZX84C15L. In the embodiment considered, to avoid overvoltages, the signal Vcc is connected through a Zener diode DZS to ground GND; for example, such a Zener diode DZS can be a diode BZX84C15L.
In un forma di attuazione, per filtrare eventuali picchi di tensione e/o livellare la tensione Vcc, il circuito 50 comprende anche un condensatore di uscita CS collegato tra la tensione Vcc e la massa GND. In one embodiment, to filter any voltage peaks and / or smooth the voltage Vcc, the circuit 50 also comprises an output capacitor CS connected between the voltage Vcc and ground GND.
In una forma di attuazione, può anche essere previsto un varistore SOP collegato tra la tensione Vsupply e la massa GND. Tale varistore SOP potrebbe anche essere previsto dopo il diodo DS. In one embodiment, a varistor SOP connected between the voltage Vsupply and ground GND can also be provided. Such a varistor SOP could also be provided after the diode DS.
Come precedentemente spiegato, il circuito di protezione previsto secondo l’invenzione consente sorprendentemente di ovviare i malfunzionamenti occasionali dei dispositivi noti. As previously explained, the protection circuit provided according to the invention surprisingly allows to obviate the occasional malfunctions of known devices.
Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, i particolari e le forme di attuazione possono variare, anche in modo significativo, rispetto a quanto è stato descritto a puro titolo di esempio, senza uscire dall’ambito dell’invenzione, così come definito dalle rivendicazioni annesse. Naturally, without prejudice to the principle of the invention, the details and embodiments may vary, even significantly, with respect to what has been described purely by way of example, without departing from the scope of the invention, as defined by the attached claims.
Il circuito di protezione previsto dal dispositivo secondo l’invenzione è eventualmente configurabile per operare con un’unica soglia di commutazione, ovvero per trasformare il segnale di controllo in un segnale di controllo stabilizzato quando il primo differisce da un valore limite o di riferimento. The protection circuit provided by the device according to the invention can possibly be configured to operate with a single switching threshold, or to transform the control signal into a stabilized control signal when the first differs from a limit or reference value.
Come detto, la configurazione fisica del dispositivo potrà variare da quella esemplificata nelle figure 2-4; inoltre, il dispositivo di riscaldamento secondo l’invenzione non deve necessariamente essere associato direttamente ad un filtro. La disposizione circuitale di controllo del dispositivo può essere in posizione remota o all’esterno del corpo che alloggia i mezzi riscaldatori. In tale ottica, ad esempio, l’invenzione è anche applicabile a dispositivi quali candelette d'accensione o di preriscaldamento di un combustibile, che non integrano necessariamente un’elettronica di controllo, in quanto preferibilmente prevista in altro circuito o centralina ubicata a bordo del veicolo. As said, the physical configuration of the device may vary from that exemplified in Figures 2-4; moreover, the heating device according to the invention does not necessarily have to be directly associated with a filter. The control circuit arrangement of the device can be in a remote position or outside the body that houses the heating means. In this perspective, for example, the invention is also applicable to devices such as ignition or fuel preheating plugs, which do not necessarily integrate control electronics, as they are preferably provided in another circuit or control unit located on board the vehicle.
Singole caratteristiche descritte e/o raffigurate potrebbero essere combinate tra loro per realizzare anche dispositivi differenti da quanto indicato a titolo di esempio non limitativo. The single characteristics described and / or illustrated could be combined with each other to also realize devices different from those indicated by way of non-limiting example.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| IT000543A ITTO20110543A1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | HEATING DEVICE FOR A FLUID EMPLOYED ON A VEHICLE, IN PARTICULAR A FUEL |
Applications Claiming Priority (1)
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| IT000543A ITTO20110543A1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | HEATING DEVICE FOR A FLUID EMPLOYED ON A VEHICLE, IN PARTICULAR A FUEL |
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Family Applications (1)
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| IT000543A ITTO20110543A1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | HEATING DEVICE FOR A FLUID EMPLOYED ON A VEHICLE, IN PARTICULAR A FUEL |
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