ITMI991292A1 - Dispositivo e procedimento per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine dei distributori di carburante - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione ha per oggetto le colonnine dei distributori di carburante, in particolare le colonnine dotate di sistema del recupero dei vapori emessi durante le operazioni di rifornimento degli autoveicoli.

Nei distributori di carburante, ed in particolare nei distributori stradali per rifornimento degli autoveicoli, le norme di sicurezza e di protezione ambientale richiedono che la fase vapore, costituita da una miscela di aria e vapori di carburante, che fuoriesce dai serbatoi degli autoveicoli durante il rifornimento, non venga dispersa nell'ambiente.

Tale emissione è dovuta essenzialmente all'effetto di spostamento da parte del liquido immesso nel serbatoio, che riduce il volume soprastante il suo livello ed espelle un uguale volume di fase vapore.

Nella tecnica nota si prevede di aspirare tale fase aria/vapori dotando le pistole erogatrici del carburante sia di ugelli di erogazione del carburante che di ugelli aspiranti, collegati a pompe volumetriche.

La pistola erogatrice è collegata alla colonnina con una tubazione di mandata del carburante liquido alimentata da un gruppo di pompaggio a portata variabile e con una tubazione di aspirazione collegata ad una pompa volumetrica di aspirazione dei vapori che viene azionata con una portata in stretta correlazione, istante per istante, con la portata di mandata di carburante.

Nella tecnica nota sono stati proposti vari sistemi del recupero dei vapori, o meglio della fase aria/vapori, che fuoriescono dai serbatoi degli autoveicoli durante il rifornimento, ad esempio nel brevetto USA n° 5.038.838 della stessa richiedente o nel brevetto EP-B-461.770 a nome Gilbarco Ine.

Allo scopo di chiarire i problemi tecnici connessi con il recupero dei vapori nelle colonnine si fa riferimento allo schema di figura 1 relativo ad una colonnina di distributore, dotata di una sola pistola di erogazione.

La colonnina 10 è dotata di una struttura portante scatolare 11 che contiene e supporta i suoi organi. Il carburante è contenuto in una cisterna sotterranea, non mostrata in figura, dalla quale il carburante perviene tramite la linea di aspirazione, che comprende l'ingresso 12, il gruppo di pompaggio 13 che è collegato con la pistola erogatrice 18, il misuratore 14 che misura la quantità di carburante erogato, prima di avviarlo con il condotto 15 al separatore 16, dal quale si diparte il tubo 17 flessibile della pistola erogatrice 18.

Al misuratore 14 è collegato un generatore di impulsi 20, il quale genera un impulso elettrico per ogni unità di carburante erogato, ad esempio per ogni centilitro; tale segnale ad impulsi ha una frequenza proporzionale alla portata e viene trasmesso alla testata indicatrice 21, che, in base al numero degli impulsi, calcola ed indica la quantità erogata ed il relativo prezzo del rifornimento.

Lo stesso segnale viene trasmesso all'unità elettronica di controllo 22 che comanda e pilota il sistema di recupero dei vapori.

Nel tubo 17 della pistola erogatrice 18 sono contenuti sia un condotto 23 di mandata del carburante, che è il prolungamento del condotto di mandata 15 fino all'ugello di erogazione, sia un condotto 24 di ritorno collegato ad un ugello di aspirazione posto in prossimità dell'ugello di erogazione.

Tale ugello aspira i vapori espulsi dal serbatoio che si sta riempiendo; questo tubo di ritorno 24 si raccorda nel separatore 16 ad un condotto 25, che si collega alla pompa volumetrica 26 di aspirazione dei vapori, la quale è azionata da un motore 27, che viene pilotato dall'unità elettronica di controllo 22 ad un numero di giri in relazione, istante per istante, alla frequenza del segnale ad impulsi del generatore 20, in modo da correlare i giri della pompa 26 e, quindi, la portata volumetrica di aspirazione, alla portata della mandata di carburante.

La mandata della pompa volumetrica 26 viene reimmessa, tramite il condotto 28, nella cisterna interrata del distributore, dalla quale viene prelevato il carburante; in linea generale, il rapporto volumetrico tra carburante erogato e fase gassosa aspirata è impostato e mantenuto in un intervallo di valori attorno al valore unitario; tale impostazione può essere variata in funzione del tipo di carburante e delle condizioni ambientali.

L'erogazione del carburante avviene tipicamente a portata variabile e viene regolata dall'operatore con la pressione esercitata sulla leva 30 di regolazione della pistola, mentre la portata di aspirazione deve seguire istante per istante l'andamento della portata di mandata.

In pratica, la sequenza degli impulsi rappresenta fedelmente la situazione, istante per istante, della erogazione di liquido in atto, il loro numero essendo corrispondente alla quantità erogata e la loro frequenza essendo corrispondente alla portata istantanea; tuttavia, il pilotaggio della pompa volumetrica di aspirazione, che avviene modulandone la velocità istantanea, ovvero il suo numero di giri al minuto, in base alla frequenza istantanea degli impulsi del misuratore, non risulta altrettanto fedele nel risultato finale di ottenere un rapporto costante tra le portate volumetriche del liquido erogato e del vapore aspirato.

In effetti, i tipi più diffusi di pompe volumetriche per il servizio di recupero dei vapori nei distributori di carburante sono le pompe a palette, le pompe a rullini e le pompe alternative ed esse presentano una curva caratteristica portata/velocità, che non risulta affatto lineare e che, quindi, non permette di ottenere un rapporto costante tra le portate del liquido erogato e del vapore aspirato, se si opera in base alla frequenza degli impulsi del misuratore/generatore, al variare della velocità di erogazione e si regolano di conseguenza in modo lineare i giri/minuto della pompa volumetrica.

Nelle figure 2A e 2B si mostrano indicativamente gli andamenti tipici delle curve caratteristiche (portata/velocità) per tali tipi di pompe volumetriche funzionanti in un sistema del recupero dei vapori. In particolare, in figura 2A si mostra l'andamento della curva caratteristica di una pompa a palette o a rullini, mentre in figura 2B è illustrato qualitativamente l'andamento di una curva caratteristica di una pompa alternativa.

Tali curve caratteristiche mostrano, in realtà, l'andamento del sistema pompa/circuito in condizioni di perdite di carico ΔΡ2 e ΔΡ2 costanti (con ΔΡ2>ΔΡ1) . Il problema tecnico viene ulteriormente complicato negli impianti di distribuzione di concezione più recente nei quali ogni colonnina è equipaggiata con una pluralità di pistole di erogazione, collegate ciascuna ad una diversa cisterna interrata di carburante, ad esempio benzina super con piombo, benzine senza piombo di gradi diversi, gasolio e così via.

In tal caso, infatti, per ogni gruppo di pistole 18 di uno stesso lato della colonnina 10 può funzionare una sola pistola erogatrice per volta a rifornire l'autoveicolo che si è portato davanti alla colonnina, mentre ogni gruppo di pistole 18 per lato è equipaggiato con una pompa volumetrica di aspirazione 26. A valle della pompa volumetrica 26, nel caso di più pistole erogatrici 18, i condotti di mandata dei vapori aspirati alle rispettive cisterne interrate si suddividono in vari condotti 28 e su ciascuno di essi è installato un sistema di smistamento comprendente una serie di valvole di non-ritorno, una delle quali è rappresentata schematicamente nella figura 1 ed è indicata genericamente con 31 a valle della pompa 26. Sussiste inoltre il problema degli eventuali squilibri delle perdite di carico offerte dai rami dell'impianto, a causa delle diverse tarature delle valvole, delle differenti lunghezze dei vari rami e così via, cosicché in ogni ramo della mandata dei vapori in cisterna non si opera con la stessa perdita di carico, ma secondo diverse curve caratteristiche portata/velocità, come indicato nelle figure 2A e 2B. Così, a seconda dei casi, la pompa volumetrica 26 si trova ad operare su vapori di diversa densità, dipendente dal tipo di carburante, a temperature differenti e differenti valori di pressione a valle.

Da quanto esposto risulta evidente che operare con una correlazione lineare tra la frequenza degli impulsi del generatore 20 e la velocità di rotazione del motore 27 della pompa 26 non assicura un rapporto costante tra le portate della fase liquida erogata e della fase vapore aspirata, bensì si verificano scostamenti sostanziali da tale rapporto costante.

Scopo della presente invenzione è, quindi, quello di realizzare un dispositivo ed indicare un procedimento per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine dei distributori di carburante, che tengano conto delle reali condizioni operative e consentano di soddisfare l'esigenza di stabilire e mantenere un predeterminato rapporto in volume tra la portate del liquido erogato e del vapore aspirato, sia al variare della portata di liquido erogato che al variare del carburante o delle condizioni al contorno.

Secondo la presente invenzione, l'effetto tecnico perseguito è quello di conferire al sistema di recupero delle fasi vapore, sia in fase di taratura iniziale che di controllo periodico, la capacità di ottenere un rapporto tra le portate prestabilito e desiderato, solamente grazie ad una operazione di modulazione della velocità di rotazione del motore elettrico connesso alla pompa volumetrica.·

Il dispositivo, secondo l'invenzione, viene definito secondo le sue caratteristiche essenziali nella prima rivendicazione e, per le realizzazioni preferite o alternative, nelle rivendicazioni dipendenti.

Il procedimento secondo l'invenzione permette di ottenere una proporzionalità lineare tra la quantità di vapori recuperata e la quantità di prodotto erogata, per mezzo di una unità elettronica di controllo, la quale, comanda opportunamente la variazione di velocità della pompa di aspirazione dei vapori; il numero di giri della pompa varia in funzione del segnale proveniente da un generatore di impulsi attraverso una testata elettronica.

Le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo e del procedimento secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente di una sua tipica realizzazione, esemplificativa ma non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una rappresentazione schematica di una colonnina di distribuzione ad una pistola erogatrice con recupero della fase dei vapori;

le figure 2A, 2B mostrano due diagrammi cartesiani ove sono rappresentati in modo qualitativo gli andamenti delle curve caratteristiche portata/velocità, relative, rispettivamente, ad un sistema con pompa a palette o rullini e ad un sistema con pompa alternativa. In particolare, le figure 1, 2A e 2B sono illustrative del problema tecnico affrontato con la presente invenzione;

la figura 3 rappresenta uno schema a blocchi del dispositivo di controllo per il recupero dei vapori, secondo la presente invenzione;

le figure 4A, 4B, 4C, 4D rappresentano una prima forma di realizzazione di uno schema elettrico del dispositivo di controllo del recupero di vapori, secondo la presente invenzione;

la figura 5 si riferisce ad una seconda forma di realizzazione di uno schema elettrico del dispositivo di controllo, secondo la presente invenzione;

la figura 6 rappresenta un diagramma cartesiano in cui è riportato l'andamento qualitativo del rapporto V/L al variare della portata in un sistema di recupero vapori, dotato di valvola proporzionale, con pompa a giri fissi controllata meccanicamente dal motore del gruppo di pompaggio o da un motore indipendente;

la figura 7 rappresenta un diagramma cartesiano in cui è riportato l'andamento qualitativo del rapporto V/L al variare della portata in un sistema di recupero vapori con pompa a giri variabili controllata elettronicamente;

la figura 8 rappresenta un diagramma cartesiano in cui è riportato l'andamento qualitativo della curva di valori correttivi al variare del punto di funzionamento ed utilizzabili nel sistema di recupero vapori di cui al dispositivo di controllo secondo l' invenzione .

Con particolare riferimento alla figura 3, gli stessi componenti già presenti nella figura 1 sono indicati con i medesimi riferimenti, mentre con 35 è indicato schematicamente un blocco relativo al vero e proprio sistema di recupero dei vapori, che consente il recupero dei vapori di benzina che fuoriescono dal serbatoio dei veicoli durante il rifornimento di carburante, come già spiegato in dettaglio in precedenza, e con 33 è indicato un blocco di connessione dei segnali provenienti dal generatore di impulsi 20 e dalla testata 21.

Il sistema 35 comprende la pompa volumetrica di aspirazione 26, connessa al proprio motore elettrico 27, avente un grado di protezione opportuno per un montaggio in zona pericolosa, ed una unità elettronica di controllo 22, montata in zona non pericolosa.

Il volume del vapore recuperato dipende dalla portata di carburante in erogazione e per poter compiere questa regolazione l'unità di controllo 22 rileva gli impulsi provenienti dalla testata elettronica 21 o direttamente dal generatore di impulsi 20 ed agisce sulla velocità del motore 27 della pompa 26. Il vapore recuperato viene inviato nel serbatoio di stoccaggio del carburante attraverso il condotto flessibile 24, coassiale con il tubo di mandata 23 per l'erogazione del carburante; il sistema di recupero dei vapori 35 può essere utilizzato per aspirare vapori di benzina normale, super e super senza piombo. In una realizzazione esemplificativa e preferita, ma non limitativa, della presente invenzione, l'unità elettronica 22 provvede al controllo della velocità del motore 27, di tipo "brushless", ed è alimentata in corrente alternata monofase, garantendo un funzionamento corretto per una tensione di alimentazione pari a 230 Volt (valore nominale) ed una frequenza della tensione di alimentazione di 50 Hertz.

In pratica, l'unità elettronica di controllo 22 riceve in ingresso una serie di segnali di riferimento, che vengono elaborati opportunamente in modo da rendere virtualmente lineare la funzione che lega il volume del vapore recuperato dal sistema 35 con il volume del carburante erogato, funzione che, realmente, segue un andamento non lineare.

Per tale ragione, si è reso necessario introdurre una curva di compensazione che stabilisce, per alcuni valori (determinati tramite una preventiva taratura di valori impostabili su una pompa di aspirazione 26 reale) di un segnale di riferimento in velocità inviato all'entrata dell'unità di controllo 22, una effettiva velocità della pompa di aspirazione 26; l'ingresso riferimento di velocità dell'unità 22 è pilotato da un segnale ad onda quadra con frequenza compresa tra 0 e 200 Hertz, il quale è fornito normalmente dalla testata elettronica 21 attraverso il generatore di impulsi 20. L'unità di controllo 22 dispone di un regolatore per potersi adattare alle diverse ampiezze (tipicamente 5V...+12V ovvero 12V...+35V) del segnale “proveniente dal generatore di impulsi 20, in modo da potersi interfacciare con i generatori di impulsi più diffusi attualmente sul mercato, il cui stadio di uscita può essere del tipo "NPN open collector", "PNP open collector", "totempole", "push-pull".

I coefficienti di velocità della curva di compensazione sono ottenuti grazie ad un dispositivo che permette di individuare automaticamente tali valori alle diverse portate di erogazione; alternativamente, tali coefficienti possono essere calcolati tramite un programma applicativo installato su elaboratore elettronico, che permette di memorizzarne fino a 100 in un intervallo di frequenza del riferimento di velocità che varia da 0 a 100 Hertz.

La curva di compensazione può essere ulteriormente modificata aggiungendo o sottraendo un valore costante ottenuto da un "trimmer" o tramite un coefficiente impostabile attraverso l'elaboratore; l'intervallo di regolazione della velocità è compreso entro il 20%, mentre il senso di rotazione del motore 27 è impostabile tramite un "dip-switch" o con l'elaboratore stesso.

L'unità elettronica di controllo 22 dispone altresì di un ingresso per il collegamento di un sensore di temperatura alloggiato all'interno del motore 27; quando la temperatura degli avvolgimenti supera un valore prestabilito si interrompe l'erogazione di energia finché la temperatura non scende oltre questo limite. In queste condizioni, un diodo LED di indicazione dello stato di funzionamento segnala l'anomalia accendendosi in modo intermittente; dopo un prefissato numero di blocchi e riavviamenti (impostabile), in un certo arco di tempo (impostabile), il sistema recupero vapori va definitivamente in blocco.

In alternativa al sensore di temperatura del motore 27 può essere collegato un sensore di misura della temperatura ambiente.

Lo stadio di potenza dell'unità di controllo 22 è dotato di un sensore che rileva la temperatura, in modo che, quando la stessa eccede un valore attorno a 85 C viene arrestata l'erogazione di energia al motore 27 ed il diodo LED di segnalazione dello stato di funzionamento si accende; tale condizione permane finché la temperatura non scende oltre tale limite. Oltre alla protezione termica è presente anche quella di massima corrente, che entra in funzione quando viene superato un valore prestabilito di intensità di corrente, interrompendo l'erogazione di energia al motore 27 e, quindi, autoripristinandosi, dopo un numero di tentativi programmabile da un minimo di uno ad un massimo di otto.

L'unità di controllo 22 dispone anche di una porta di comunicazione seriale del tipo RS485 per interiacciarsi ad un elaboratore elettronico e ad un dispositivo per la calibrazione e la diagnosi del sistema; in particolare, in forme di realizzazione preferite, ma non limitative, si prevede un'interfaccia seriale asincrona tipo RS 485 "Half/Duplex", a 1200 baud, con 8 bit di dati, 1 bit di stop e "no parity".

Per comunicare con l'unità elettronica 22 è necessario disporre di un elaboratore elettronico ("Personal Computer"), la cui configurazione minima è la seguente: microprocessore 486, memoria RAM di 4 Mbyte, sistema operativo Windows 3.1 o successivi, dispositivo di interfaccia RS232-RS485; attraverso l'elaboratore è possibile impostare i seguenti parametri:

- risoluzione degli impulsi di ingresso generati dal generatore di impulsi 20 (100/200 impulsi per litro di carburante);

- risoluzione "encoder" del motore 27 (2/4/8 impulsi al giro);

senso di rotazione del motore 27 (orario/antiorario);

- campo di regolazione della velocità della pompa 26 (± 20%, da 5 a 60 litri di carburante al minuto);

- regolazione di velocità manuale;

- modalità velocità del motore 27 a giri fissi;

- campo di regolazione della velocità della pompa 26 a giri fissi (da 5 a 60 litri al minuto);

- selezione modalità giri fissi o variabili;

- numero dei coefficienti di compensazione;

- assegnazione dell'indirizzo per la comunicazione seriale ad azionamento;

- selezione della porta di comunicazione seriale.

I principali parametri indicabili sono (in coefficienti compresi fra 0 e 127):

- temperatura ambiente o temperatura degli avvolgimenti del motore 27;

- temperatura dello stadio di potenza dell'unità 22; - frequenza degli impulsi di ingresso (da 0 a 200); - frequenza degli impulsi provenienti dall'"encoder" del motore 27 (da 0 a 200) ;

- totalizzazione parziale del carburante erogato (da 0 a 9999 litri);

- coefficienti di correzione (da 0 a 120);

- offset della curva di compensazione (da 0 a 127, in cui lo zero è determinato dal numero 64);

- posizione del trimmer di regolazione;

- intensità di corrente che circola nel motore 27; - codice di errore (da 1 a 8).

Il funzionamento del dispositivo per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine dei distributori di carburante, secondo la presente invenzione, è sostanzialmente il seguente.

Il motore elettrico 27 comanda la rotazione della pompa di aspirazione dei vapori 26 ad una velocità, che dipende dai segnali di controllo ricevuti dall'unità 22 e convertiti in opportuni segnali di tensione da fornire al motore 27; in pratica, la velocità alla quale il motore 27 fa ruotare la pompa 26 e, dunque, la quantità di vapori recuperati sono dipendenti dalla tensione fornita al motore 27.

Si è già visto che, al fine di ottenere la massima efficienza del sistema di recupero 35, l'unità di controllo 22 deve comandare la pompa 26, in modo tale che la fase vapore venga recuperata ad una velocità che corrisponde al volume di vapore istantaneo che viene generato durante un'operazione di riempimento del serbatoio di un veicolo.

L'unità 22 determina, allora, un valore istantaneo ottimale di velocità della pompa di aspirazione 26, risolvendo una funzione non lineare a più variabili, dipendenti a loro volta da un insieme di variabili indipendenti, che sono responsabili delle variazioni nel volume di vapori generati durante l'introduzione del carburante nel serbatoio ovvero ricercando i corrispondenti valori in una matrice memorizzata all'interno di un microprocessore.

Le variabili indipendenti comprendono la velocità di erogazione del carburante, il volume di carburante erogato, la durata dell'erogazione, la temperatura ambiente, la temperatura del carburante, nonché gli eventuali restringimenti all'interno del condotto di ritorno 24 della fase vapore. Altre variabili indipendenti possono essere tenute in considerazione durante la procedura di controllo.

Per determinare la velocità opportuna della pompa di aspirazione 26, i valori delle variabili indipendenti devono essere misurati istantaneamente, tramite una serie di sensori e trasduttori, ed i corrispondenti segnali relativi alle variabili dipendenti devono essere inviati all'unità di controllo 22.

In particolare, si costruisce per punti la curva portata/velocità (P/v) relativa alla pompa di aspirazione 26 utilizzata, tenendo conto di tutte le variabili in gioco,· così, per esempio, un trasduttore del flusso di carburante invia un segnale proporzionale al flusso erogato all'unità di controllo 22, mentre i trasduttori di temperatura misurano la temperatura ambiente e del carburante ed inviano istantaneamente un segnale proporzionale all'unità 22.

Una prima taratura del sistema di recupero vapori 35 viene effettuata per mezzo di una pompa campione 26 e la funzione che lega le variabili portata vapore V (di recupero) / portata liquido L (carburante erogato) viene istantaneamente risolta da un microprocessore per regolare, di conseguenza, la velocità ottimale del motore 27, in relazione alla variazione di tutte le variabili in gioco, durante un'operazione di rifornimento, che causano le non linearità della funzione V/L.

In particolare, nell'esempio realizzativo dello schema elettrico illustrato nelle figure 4A-4D, relativo al dispositivo di controllo secondo l'invenzione, sono visibili i "pins" di collegamento di otto connettori utilizzati in una scheda elettronica di un sistema per il recupero di vapori, indicato genericamente con il riferimento 35 in figura 3.

Nella figura 4A sono mostrati i collegamenti elettrici ai poli o "pins" Pl-1, Pl-2, Pl-3, Pl-6,' Pl-7, Pl-8, Pl-9, Pl-10, Pl-11, Pl-12 del connettore PI della scheda, che permette lo scorrimento dei segnali elettrici da e verso il generatore di impulsi ("pulser") 20 o la scheda CPU dell'elaboratore elettronico, il diodo LED di segnalazione, il sensore di temperatura, l'"encoder" del motore "brushless" 27. In forme di realizzazione preferite, ma non limitative, il connettore PI a dodici poli è del tipo maschio verticale, per esempio un "MSTBVA 2,5/12-G-5,08".

I poli Pl-1 e Pl-2 permettono la connessione con il generatore di impulsi 20 (segnale in ingresso, polo negativo e positivo, rispettivamente), mentre al "pin" Pl-3 è disponibile una alimentazione (a 14,3 Volt, 100 mA) del "pulser" 20 esterno; inoltre, i poli Pl-8, Pl-9 e Pl-10 consentono il fluire in ingresso alla scheda dei segnali relativi all' "encoder" del motore 27 (secondo le tre coordinate spaziali X, Y e Z, rispettivamente), mentre il polo Pl-11 è connesso al positivo (a 6,2 Volt) dell'alimentazione del motore "brushless" 27 ed il polo Pl-12 rappresenta un riferimento in tensione di 0 Volt.

I poli Pl-6 e Pl-7 si riferiscono ad ingressi a disposizione e ad un riferimento di tensione a 0 Volt, mentre i "pins" Jl-4 e Jl-6 sono relativi ad un connettore Jl, del tipo maschio verticale a sei poli, per esempio un "AMP M0DU1280372-2", e costituiscono, rispettivamente, un polo di uscita di un segnale di "pulser" isolato verso una scheda di interfaccia, (che è utilizzata nel caso in cui si abbia un sistema di recupero dei vapori 35 per un distributore multiprodotto ovvero per una colonnina 10 a più pistole erogatrici 18 di diversi prodotti) ed un polo relativo ad un ingresso a disposizione.

Nella figura 4A sono rappresentate altresì le connessioni ai "pins" P5-1, P5-2, P5-3, P5-4 del connettore P5 a quattro poli della scheda elettronica di recupero dei vapori; in particolare, il connettore P5, del tipo maschio verticale, per esempio un "AMP MODU2 280371-2", permette il fluire dei segnali elettrici da e verso l'interfaccia di tipo "RS485" o "RS422" o il terminale di programmazione.

Così, per esempio, il polo P5-1 è connesso al positivo dell'alimentazione (a 5 Volt) dell'interfaccia, i poli P5-2 e P5-3 di ingresso ed uscita sono connessi a due linee ove scorrono i segnali da e verso l'interfaccia, mentre il polo P5-4 è riservato alla connessione ad un riferimento di 0 Volt.

La figura 4B illustra i collegamenti della scheda ai "pins" P2-1, P2-2, P2-3, del connettore P2, di tipo maschio verticale, a tre poli, per esempio un "MSTBVA 2,5/3-G-5,08", e ai "pins" Pl-4 e Pl-5 del connettore PI; i poli P2-1, P2-2, P2-3 consentono ai segnali elettrici in uscita di raggiungere il motore "brushless" 27 e sono relativi alle varie fasi di tale motore elettrico 27, mentre i poli Pl-4 e Pl-5 consentono il fluire in uscita di un segnale elettrico relativo all'alimentazione (polo positivo e polo negativo) di un diodo LED di segnalazione visiva. Il "pin" Jl-5 del connettore J1 è relativo ad un segnale in uscita di "fault".

La figura 4C mostra le connessioni ai poli P3-1, P3-2, P3-3, P3-6, P3-7, P3-8, P3-9, P3-10, P3-11, P3-12 del connettore P3 (dello stesso tipo ed avente le medesime funzioni del connettore PI) e dei poli J2-4 e J2-6 del connettore J2 (dello stesso tipo ed avente le medesime funzioni del connettore Jl).

La figura 4D, infine, mostra le connessioni ai "pins" P3-4, P3-5 del connettore P3, le connessioni ai "pins" Jl-1, Jl-2, Jl-3 del connettore Jl, le connessioni ai "pins" J2-1, J2-2, J2-3, J2-5 del connettore J2, le connessioni ai "pins" J3-1, J3-2 del connettore J3 (del tipo maschio verticale, a due poli, per esempio un "AMP M0DU1280609-2, che consente il fluire dei segnali da e verso il connettore J1 e l'alimentazione a 36 Volt della scheda elettronica del recupero vapori) e le connessioni ai "pins" P4-1, P4-2, P4-3 di un connettore P4, del tipo maschio verticale, a tre poli, per esempio un "MSTBVA 2,5/3-G-5,08, che consente il collegamento in uscita con il motore elettrico 27, in quanto i segnali uscenti ne controllano la fase.

Nel caso di figura 5, che si riferisce ad uno schema elettrico di controllo di un motore "brushless" digitale, sono individuabili i "pins" Pl-1, Pl-2 (relativi agli ingressi del generatore di impulsi 20), Pl-3, Pl-4 (relativi alle uscite del LED di segnalazione), Pl-5, Pl-6 (relativi alla connessione del sensore di temperatùra), Pl-7, Pl-8, Pl-9 (relativi ad altre connessioni a dispositivi sensori) e Pl-10, PI-11, P4-1, P4-2 (relativi alla connessione alla rete di alimentazione in corrente continua).

Inoltre, i "pins" P2-1, P2-2 e P2-3 si riferiscono a connessioni alle fasi dello statore del motore "brushless", mentre i poli P3-1, P3-2, P3-3, P3-4 garantiscono le connessioni alla linea seriale RS485. Al fine di risolvere la funzione che lega il volume di vapore recuperato (V) al volume di liquido erogato {L), il microprocessore 40, sulla base di una serie di dati sperimentali, calcolati su un sistema di recupero dei vapori con una pompa di aspirazione campione e pre-impostati, crea una tabella di valori relativi alle variabili dipendenti, che vengono immagazzinati in una matrice singola o multi-dimensionale {contenute in memorie non volatili) a seconda del numero di variabili indipendenti da cui dipende la funzione V=f(L) da risolvere.

L'intervallo di valori che può assumere ciascuna variabile indipendente è selezionabile, in modo da coprire un "range" opportuno e misurabile durante l'intera operazione di rifornimento; inoltre, il microprocessore 40 utilizza la medesima tabella di valori e li aggiorna per ogni successiva operazione di rifornimento di carburante.

Le variabili indipendenti sono selezionate in modo tale da simulare al meglio le condizioni operative tradizionali di un sistema di recupero dei vapori, durante una fase di riempimento del serbatoio di un veicolo. A tale proposito, risulta ulteriormente necessario prevedere opportune caratteristiche di capacità delle memorie non volatili utilizzate.

La soluzione della funzione V=f(L), resa lineare, è utilizzata, quindi, per generare un segnale di controllo di velocità della pompa di aspirazione 26; infine, per assicurare un controllo più accurato, il motore 27 viene collegato al microprocessore 40 dell'unità 22, tramite un "feedback" di controreazione, in modo che il segnale di controreazione sia inviato questa volta dal motore 27 al microprocessore 40 e quest'ultimo possa generare i segnali di controllo opportuni per determinare la velocità istantanea della pompa 26, tenendo conto della reazione.

Praticamente, durante un'operazione di riempimento di carburante, da parte di un utilizzatore, il sistema di recupero di vapori 35 monitorizza, come variabili, la temperatura ambiente ed il volume di carburante erogato. La temperatura ambiente è misurata direttamente da un trasduttore di temperatura ed un segnale relativo è inviato al microprocessore 40 dell'unità elettronica 22, mentre il volume di carburante erogato è determinato misurandone il flusso, tramite un trasduttore specifico; infatti, durante l'erogazione, il generatore o "pulser" 20 invia una serie di impulsi, attraverso la testata 21, al microprocessore 40, il quale immagazzina in memoria il numero di impulsi che è stato raggiunto al termine dell'operazione di rifornimento del veicolo e calcola il volume di carburante erogato in base a tale numero. Il microprocessore 40, inoltre, continua a ricevere, il segnale reazionato dal motore 27, al fine di ottenere un preciso controllo di velocità della pompa 26, compensando le non linearità.

Il microprocessore 40 dell'unità elettronica di·controllo 22 può inoltre comprendere un dispositivo temporizzatore, che misura l'intervallo di tempo che intercorre tra due rifornimenti successivi, in modo tale che, se tale intervallo di tempo risulta maggiore di un certo valore prestabilito e, quindi, i dati immagazzinati (variabili dipendenti) relativi ai risultati sperimentali ed impostati sulla curva V/L risultano poco accurati, nuovi valori delle variabili vengono misurati sperimentalmente e memorizzati nell'unità elettronica 22.

Alternativamente alla soluzione precedentemente descritta, in un'ulteriore forma di realizzazione, esemplificativa ma non limitativa della presente invenzione, nell'unità elettronica 22 con microprocessore 40 è possibile memorizzare una tabella o matrice, a 120 righe e due colonne, ove nella prima colonna si trovano i valori relativi alla frequenza di ingresso (in un intervallo di frequenze tra 0 e 100 Hz) corrispondente al segnale proveniente dal generatore di impulsi 20 e nella seconda una serie di valori di frequenza in uscita corrispondente al numero di giri a cui deve funzionare la pompa di aspirazione e recupero vapori 26.

Le righe della matrice sono previste in numero di 120, vale a dire venti in più rispetto all'intervallo di frequenze 0-100 Hz, in modo da poter ottenere un ragionevole margine di regolazione.

Un sistema di regolazione di questo tipo permette di correggere la curva caratteristica della pompa di aspirazione 26 ed il rapporto V/L dell'intero sistema di recupero 35 dei vapori in presenza di un diverso battente a valle del sistema 35.

La matrice è inserita in un apposito elemento di memoria non volatile (per esempio, una memoria EEPROM), integrato nel microprocessore 40, che permette di mantenere i dati anche in assenza di alimentazione e di poterli altresì modificare in qualsiasi istante. La matrice viene quindi completata con una serie di dati ricavati sperimentalmente da un insieme campione di pompe di aspirazione 26, in modo tale che la curva di compensazione venga ricavata per interpolazione (procedimento effettuato da un elaboratore elettronico associato) di alcuni punti in cui viene testato l'intero sistema di recupero dei vapori 35.

L'interpolazione avviene grazie ad un apposito sistema elettronico di calibrazione, in grado di trasferire i risultati ottenuti all'unità di controllo 22 del sistema di recupero 35.

La regolazione del sistema di recupero vapori 35 in questione può essere ottenuta tramite un potenziometro (trimmer) presente sulla scheda elettronica del sistema 35, che consente di traslare una curva di "default" memorizzata nel microprocessore 40, ovvero traslando tale curva tramite l'invio di un dato alla porta seriale presente sulla scheda elettronica del sistema di recupero 35, l'esclusione della funzione "trimmer" e l'abilitazione di un registro con le medesime funzioni di "trimmer".

Tramite un dispositivo di calibratura esterno, accoppiato con un misuratore, si può, inoltre, simulare una serie di erogazioni a varie portate, i cui risultati vengono interpolati per ottenere la curva caratteristica direttamente disponibile sull'unità elettronica di comando 22.

L'utilizzo del dispositivo di controllo elettronico secondo l'invenzione è quindi in grado di limitare la variazione della grandezza critica richiesta (il rapporto V/L) al variare delle possibili condizioni di funzionamento del sistema di recupero dei vapori; infatti, la principale variazione della condizione di funzionamento è data dalla variazione della portata, che, per un distributore con monoblocco da 50 litri/min. può essere considerata variabile tra circa 50 e 5 litri/min. Una misura qualitativa della bontà del sistema di recupero vapori è ovviamente data dal fatto che la curva V/L o L/V sia il più possibile costante all'interno del campo di funzionamento ed una misura oggettiva di bontà è costituita dalla variazione più o meno ampia del parametro V/L, cioè:

Δν/L = V/L max. - V/L min.

I risultati sperimentali condotti hanno dimostrato la piena validità del sistema secondo la presente invenzione; in effetti, accanto ad un sistema di recupero dei vapori secondo l'invenzione sono stati presi in considerazione due sistemi tradizionali per una rapida e chiara comparazione dei dati: un sistema di recupero dei vapori con pompa a giri variabili controllata elettronicamente (in cui il numero di giri della pompa risulta proporzionale, secondo una costante di proporzionalità, alla portata erogata) ed un sistema con pompa a giri fissi controllata meccanicamente dal motore e dotato di valvola proporzionale (in cui il numero di giri dalla pompa risulta proporzionale, secondo una costante di proporzionalità, al numero di giri effettuati dal motore).

Il grafico cartesiano di figura 6 si riferisce ai dati sperimentali del rapporto V/L (in percentuale), in funzione di una serie di valori di portate (in litri/min.), che sono stati ottenuti con un sistema con pompa a giri fissi controllata meccanicamente.

Il grafico cartesiano di figura 7 mostra, d'altra parte, i dati sperimentali del rapporto V/L (in percentuale), in funzione di una serie di valori di portate (in litri/min.), che sono stati ottenuti con un sistema con pompa a giri variabili controllata elettronicamente.

Confrontando i grafici, pur se è evidente che, nel caso di un sistema con pompa a giri variabili controllata elettronicamente, si ottiene una migliore prestazione, rispetto al caso di sistema con pompa a giri fissi controllata meccanicamente, in termini di costanza del rapporto V/L, si osserva, tuttavia, che non è possibile eliminare completamente con tale sistema la variazione di V/L nel campo di funzionamento, come evidenzia la curva mediata sui valori sperimentali ottenuti di figura 7.

Da quest'ultima curva è però possibile desumere una curva di valori correttivi di taratura da utilizzare nel sistema di recupero dei vapori secondo la presente invenzione, al fine di linearizzare la risposta del sistema. Infatti, nel grafico di figura 8 è riportata la curva dei fattori correttivi, al variare del punto di funzionamento o portata Q, ed utilizzabili nel sistema di recupero secondo l'invenzione: in questo caso, il numero di giri della pompa utilizzata risulta funzione dipendente dalla portata erogata. Il gran numero di punti in cui è possibile valutare la curva (circa 100) permette una linearizzazione praticamente continua del sistema conducendo ad uno stretto controllo del rapporto V/L o L/V su tutto il campo di funzionamento; al contrario, si nota come entrambi i sistemi di recupero tradizionali mostrino seri limiti in corrispondenza degli estremi del campo di funzionamento (si vedano le figure 6 e 7), limiti assolutamente non correggibili se non ricorrendo ad un sistema di controllo di tipo non lineare, quale quello descritto in precedenza.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo e del procedimento per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine dei distributori di carburante, così come è chiaro che dispositivo e procedimento secondo l'invenzione presentano notevoli vantaggi rispetto 'alla tecnica nota; tra essi meritano menzione almeno i seguenti: - rapidità di esecuzione;

- massima accuratezza dei risultati;

- costi minori, in termini di esercizio, rispetto alle tecniche note, in virtù dei vantaggi conseguiti; - velocità di impostazione e dì risoluzione delle funzioni di controllo.

E' chiaro, infine, che numerose varianti possono essere apportate al dispositivo di controllo ed al procedimento relativo, che sono oggetto della presente invenzione, senza per questo uscire dai princìpi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine (10) dei distributori di carburante del tipo monoprodotto o multiprodotto, comprendente almeno una pompa di aspirazione (26) dei vapori, connessa ad un motore elettrico (27), la cui velocità di rotazione è modulata sulla base di comandi provenienti da una unità elettronica (22) di controllo e di segnali diretti e/o di controreazione provenienti da un generatore di impulsi (20), attraverso una testata elettronica (21), caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica (22) comprende mezzi di elaborazione di una serie di segnali di ingresso, atti a rendere lineare una funzione tra variabili, dette variabili essendo relative ai volumi di vapore recuperato da detto sistema di recupero (35) e di carburante erogato, detti mezzi di elaborazione utilizzando almeno una curva di compensazione che stabilisce, per una pluralità di valori, determinati tramite una preventiva taratura di valori empirici di una pompa di aspirazione (26), di almeno un segnale di riferimento in velocità inviato all'ingresso di detta unità elettronica (22), una effettiva velocità di detta pompa di aspirazione (26).
2. 2. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto riferimento in velocità dell'unità elettronica (22) è pilotato da un segnale ad onda quadra con frequenza compresa tra 0 e 200 Hz.
3. 3. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica (22) di controllo prevede un dispositivo regolatore, atto ad adattarsi alle diverse ampiezze del segnale proveniente da detto generatore di impulsi (20).
4. 4 . Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta curva di compensazione presenta una serie di coefficienti, ottenuti automaticamente a diverse portate di erogazione del carburante ovvero calcolati tramite un programma applicativo installato su elaboratore elettronico.
5. 5. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti coefficienti vengono memorizzati all'interno di un supporto di memoria, fino ad un numero massimo prestabilito, in un intervallo di frequenza del riferimento di velocità che varia da 0 a 120 Hz.
6. 6. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alle rivendicazioni 1 e 4, caratterizzato dal fatto che detta curva di compensazione è modificabile aggiungendo o sottraendo un valore costante ottenuto da un "trimmer" o tramite un coefficiente impostabile su detto elaboratore elettronico.
7. 7. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alle rivendicazioni 1 e 6, caratterizzato dal fatto che l'intervallo di regolazione della velocità è compreso entro il 20%, mentre il senso di rotazione di detto motore (27) è impostabile tramite un "dip-switch" o per mezzo di detto elaboratore.
8. 8. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica (22) di controllo prevede un ingresso connesso ad un sensore di temperatura, che è alloggiato all'interno del motore (27).
9. 9. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica (22) di controllo prevede un ingresso connesso ad un sensore per la misurazione della temperatura ambiente.
10. 10. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (22) prevede una porta di comunicazione seriale quale interfaccia ad un elaboratore elettronico e ad un dispositivo di calibrazione e diagnosi.
11. 11. Dispositivo per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto elaboratore elettronico permette di impostare la risoluzione degli impulsi di ingresso inviati da detto generatore (20), il senso di rotazione di detto motore (27), gli intervalli di velocità di detta pompa (26), le modalità di regolazione e di velocità, il numero dei coefficienti di compensazione, le modalità di assegnazione di indirizzo per la comunicazione seriale.
12. 12 . Procedimento per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine (10) dei distributori di carburante, del tipo monoprodotto o multiprodotto, implementabile su un dispositivo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto motore (27) comanda la rotazione di detta pompa di aspirazione (26) dei vapori ad una velocità, che dipende da una pluralità di segnali elettrici di controllo ricevuti da detta unità elettronica (22) e convertiti in opportuni segnali di tensione da fornire a detto motore (27).
13. 13. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica (22) comanda detta pompa (26), in modo tale che la fase vapore venga recuperata ad una velocità che corrisponde al volume di vapore istantaneo che viene generato durante un'operazione di rifornimento di carburante, e che detta unità elettronica (22) determina almeno un valore istantaneo di velocità di detta pompa (26) risolvendo una funzione non lineare a più variabili dipendenti, a partire da una misurazione istantanea, tramite una serie di sensori e trasduttori, di dette variabili dipendenti, i corrispondenti segnali relativi a dette variabili essendo inviati a detta unità elettronica (22) di controllo.
14. 14 . Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che una pluralità di valori di variabili indipendenti sono utilizzati per effettuare una prima taratura su una pompa di aspirazione (26) campione ed una funzione tra una portata di vapore di recupero ed una portata di carburante erogato nell'unità di tempo corrispondente è risolta, al fine di regolare, di conseguenza, la velocità di detto motore (27).
15. 15. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detta funzione viene linearizzata e risolta per mezzo di un microprocessore (40), sulla base di una serie di dati sperimentali calcolati su una pompa di aspirazione (26) campione e pre-impostati, il quale crea una tabella di valori relativi a dette variabili dipendenti, che vengono immagazzinati in matrici singole o multi-dimensionali contenute in supporti elettronici di memoria.
16. 16. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che ciascuna variabile indipendente assume un intervallo di valori prefissato e selezionabile, detti valori essendo aggiornati tra un'operazione di rifornimento di carburante e l'altra.
17. 17. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto motore elettrico (27) e detto microprocessore (40) sono collegati in un anello di controreazione, in modo che un segnale di controreazione sia inviato da detto motore (27) a detto microprocessore (40), detto microprocessore (40) generando segnali di controllo atti a determinare una velocità istantanea di detta pompa di aspirazione (26).
18. 18. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alle rivendicazioni 14 e 17, caratterizzato dal fatto che dette variabili comprendono temperatura ambiente e volume di carburante erogato.
19. 19. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alle rivendicazioni 12 e 18, caratterizzato dal fatto che, durante l'erogazione di carburante, detto generatore (20) invia una serie di impulsi, attraverso una testata (21), a detto microprocessore (40), il quale ne memorizza un numero pari al numero raggiunto al termine di un'operazione di rifornimento di carburante, in modo da calcolare il volume di carburante erogato.
20. 20. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto microprocessore (40) comprende almeno un dispositivo temporizzatore, atto a misurare un intervallo di tempo compreso tra due operazioni di rifornimento di carburante successive, in modo tale che, se tale intervallo di tempo risulta maggiore di un certo valore prestabilito, ulteriori valori di dette variabili vengono misurati sperimentalmente e memorizzati nell'unità elettronica (22).
21. 21. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che all'interno di detto microprocessore (40) di detta unità elettronica (22) è memorizzata almeno una tabella o matrice, contenente i valori relativi ad una frequenza di ingresso corrispondente ad un segnale proveniente da detto generatore di impulsi (20) e ad una frequenza di uscita corrispondente ad un numero di giri di funzionamento di detta pompa di aspirazione (26).
22. 22. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che detta matrice contiene un numero di righe tale da ottenere un opportuno margine di regolazione, in modo da correggere la curva caratteristica di detta pompa di aspirazione (26) ed il rapporto V/L di detto sistema di recupero (35) vapori, in presenza di un diverso battente a valle di detto sistema (35).
23. 23. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che detta matrice è inserita in un elemento di memoria non volatile integrato all'interno di detto microprocessore (40), in modo da mantenere i dati contenuti anche in assenza di alimentazione e di poterli altresì modificare in qualsiasi istante.
24. 24. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che detta matrice comprende una serie di dati ricavati sperimentalmente da un insieme campione di dette pompe di aspirazione (26), in modo tale che una curva di compensazione venga ricavata per interpolazione di una serie di punti in cui viene testato detto sistema di recupero (35) dei vapori.
25. 25. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che detta interpolazione è effettuata grazie ad un apposito sistema elettronico di calibrazione, in grado di trasferire i risultati ottenuti a detta unità elettronica (22) di controllo.
26. 26. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detta regolazione è ottenuta tramite almeno un potenziometro, che consente di traslare una curva prestabilita, memorizzata all'interno di detto microprocessore (40), ovvero traslando detta curva prestabilita tramite l'invio di un dato ad una porta seriale di detto sistema di recupero (35) dei vapori, l'esclusione di detto potenziometro e l'abilitazione di un registro avente le medesime funzioni di detto potenziometro.
27. 27. Procedimento per il controllo del recupero dei vapori come alla rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto di prevedere una fase di simulazioni di una serie di erogazioni a varie portate, che vengono effettuate tramite almeno un dispositivo di calibratura esterno a detto sistema di recupero (35) dei vapori, accoppiato con un misuratore, i risultati di dette simulazioni essendo interpolati, al fine di ottenere una curva caratteristica di detto sistema (35), che risulta direttamente disponibile su detta unità elettronica (22) di comando.
28. 28. Dispositivo e procedimento per il controllo del recupero dei vapori nelle colonnine (10) dei distributori di carburante sostanzialmente come descritti ed illustrati nelle figure allegate.