CN104854330A - 发动机超速检测电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于确定发动机超速状况的发动机超速检测电路。该电路包括：检测单元(13)，其被配置成发送指示发动机速度的脉冲信号；电抗性阻抗(20)，其被配置成在接收到脉冲信号的脉冲之后以该脉冲信号限定的速率进行放电；比较器单元(25)，其用于将电抗性阻抗(20)的电压值或电流值与阈值进行比较，并以脉冲信号的速率输出所述比较的结果。

Description

发动机超速检测电路和方法
技术领域
本发明总体上涉及发动机监控系统，并且更具体地涉及可操作以检测发动机超速的检测电路。
背景技术
发动机可以以可能导致造成损坏的超速运行。可能存在限制发动机运行的速度的已知系统。这些已知系统可以响应于指示发动机速度的信号，以防止发动机以超过预定阈值的速度运行。
美国4090480可以描述一种用于防止发动机的速度超过预定值的电气控制系统。该控制系统可以包括连接到发动机节气门控制器的可逆电动机。电动机控制电路可以被连接以便接收对应于发动机的速度的输入。当发动机的速度超过预定值时，控制电路可启动节气门控制器以将发动机速度限制到预定值。
美国4964385可以描述一种用于多缸内燃机的发动机超速控制电路。该超速控制电路可以根据超过阈值的量对汽缸逐渐切割点火。单稳态多谐振荡器可以通过给定汽缸的点火脉冲来设置以启动固定持续时间的给定定时间隔。充电电容器电路可以具有第一电容器，该第一电容器在定时间隔期间由单稳态多谐振荡器的输出进行充电，并且在第二定时间隔期间直到给定汽缸的下一个点火脉冲才进行放电。锁存比较器可以通过给定汽缸的点火脉冲来设置，并且可以禁用断路开关，该断路开关又允许点火脉冲到达汽缸。随着发动机速度增加，给定汽缸的点火脉冲可以在时间上更紧密，并且第二定时间隔可以是给定汽缸的点火脉冲之间的时间的较小部分，使得第一电容器的放电时间变得更短，并且第一电容器和第二电容器上的电压开始从较高的最小值沿着正斜率斜坡增加，使得第二电容器上的电压在给定汽缸的点火脉冲之后的较早时间达到阈值电压。
本发明的目的是至少部分地改进或克服现有技术系统的一个或多个方面。
发明内容
在第一方面，本发明描述了发动机超速检测电路，该发动机超速检测电路包括：检测单元，其被配置成发送指示发动机速度的脉冲信号；电抗性阻抗，其被配置成在接收到脉冲信号的脉冲之后以该脉冲信号限定的速率进行放电；比较器单元，其用于将电抗性阻抗的电压值或电流值与阈值进行比较，并以脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
在第二方面，本发明描述了发动机超速检测方法。该方法可包括以下步骤：检测单元发送指示发动机速度的脉冲信号；在接收到脉冲信号的脉冲之后以该脉冲信号限定的速率对电抗性阻抗进行放电；将电抗性阻抗的电压值或电流值与阈值进行比较；以及以脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
附图说明
当伴随附图一起阅读时，从下面各种实施例的描述中，将更全面地理解本发明的上述和其他特征以及优点，其中：
图1是根据本发明的发动机超速检测电路的示意性框图；
图2是根据本发明的发动机超速检测电路图；
图3是示出了当发动机速度低于超速阈值时的发动机超速检测电路的运行的曲线图；以及
图4是示出了当发动机速度高于超速阈值时的发动机超速检测电路的运行的曲线图。
具体实施方式
本发明总体上涉及一种发动机超速检测电路10以及一种发动机超速检测方法。
发动机超速检测电路10可包括检测单元13。检测单元13可以被配置成发送指示发动机速度的脉冲信号。检测单元13可以被配置成检测发动机部件的运动。发动机部件的运动可以指示发动机速度。检测单元13可以在检测到发动机部件的运动之后发出脉冲信号。
检测单元13可以包括速度传感器电路14和接口电路16。速度传感器电路14可以包括速度传感器。该速度传感器可以为可变磁阻速度传感器。速度传感器电路14可以发出指示发动机速度的信号。指示发动机速度的信号可以是模拟信号。速度传感器电路14的输出信号可以近似于正弦波。
输出模拟信号可具有由速度传感器限制的频率。输出模拟信号在最大正常发动机速度下可具有从1KHz至12KHz范围的频率。输出模拟信号在最大正常发动机速度下可具有从2KHz至7KHz范围的频率。
在一个实施例中，检测单元13可以包括具有传感器的接口电路16，所述传感器以与发动机速度相关的频率进行输出。传感器可以是霍尔传感器或光学传感器。
检测单元13可以被配置成检测齿轮齿12的通过。发动机部件可以是发动机的环形齿轮11。检测单元13可以被配置成检测旋转式或往复式发动机部件的通过。检测单元13可以被配置成检测环形齿轮11的齿12的通过。在一个实施例中，检测单元13可以被配置成检测交流发电机皮带轮的通过。
发动机速度可由可变磁阻磁性速度传感器进行监控，该可变磁阻磁性速度传感器被适当地设置在发动机舱中，以便检测环形齿轮11上的齿12的通过。
速度传感器电路14的输出模拟信号可以取决于最大正常发动机速度和发动机的环形齿轮11上的齿12的数目。
输出模拟信号可以被发送到接口电路16。该模拟信号可以由接口电路16转换为脉冲信号。接口电路可以是在控制板上的接口集成电路。
发动机超速检测电路10可包括电抗性阻抗20。电抗性阻抗20可以连接到检测单元13，以便接收脉冲信号。电抗性阻抗20可以被配置成在接收到脉冲信号的脉冲之后进行放电。电抗性阻抗20可以被配置成以脉冲信号限定的速率进行放电。电抗性阻抗20在放电时可具有电压或电流。
电抗性阻抗20可以是电容器20。在一个实施例中，电抗性阻抗20可以是电感器。
电容器20可以由电压源24进行充电。电容器20可以与电阻器21串联连接。电容器20可通过电阻器21进行充电。
发动机超速检测电路10可包括有源开关18。有源开关18可以连接到电抗性阻抗20。有源开关18可以连接在电路10中，使得来自检测单元13的脉冲信号可以被发送到有源开关18。有源开关18可以被配置成在接收到脉冲信号之后接通。有源开关18可以在接收到脉冲信号的脉冲之后被接通。有源开关18可以连接到电抗性阻抗20，使得电抗性阻抗20在有源开关18接通时进行放电。
有源开关可以是连接到电容器20的晶体管18。晶体管18可并联连接到电容器20。电容器20可通过晶体管18进行放电。在一个实施例中，有源开关可以是连接到电感器的晶体管18。晶体管18可以串联连接到电感器。
发动机超速检测电路10可以包括用于将电抗性阻抗20的电压值或电流值与阈值进行比较的比较器单元25。比较器单元25可以被配置成以脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
比较器单元25可以连接到检测单元13，以便接收脉冲信号。比较器单元25可以连接到接口电路16，以便接收脉冲信号。比较器单元25可以连接到电抗性阻抗20，以便接收电抗性阻抗20的放电电压值或放电电流值。
比较器单元25可以设置有阈值电压值或阈值电流值。阈值电压值或阈值电流值可以在校准过程期间被预定。
可以通过电压源24向比较器单元25供应电压。来自电压源24的电压可由分压器19确定。该分压器可以包括电阻器23和电位计22。供应给比较器单元25的电压可以是电压源24处的电压的一部分。
比较器单元25可包括比较器26，该比较器26将电抗性阻抗20的放电电压值或放电电流值与阈值进行比较。比较器26可以将电容器20的放电电压值与阈值电压值进行比较。通过分压器19可以从电压源24获得电压值。比较器26可以基于所述比较的结果产生输出。
电压源24给电容器20提供充电电压并且给比较器单元25提供阈值电压值。阈值电压值与放电电压值的比较可以独立于电压源24处的电压。
比较器单元25可以包括超速锁存器28。超速锁存器28可以具有连接到检测单元13的时钟输入。该时钟输入可以接收来自检测单元13的脉冲信号。时钟输入可以连接到接口电路16。时钟输入可以接收来自接口电路16的脉冲信号。超速锁存器28可以具有连接到比较器26以便接收所述比较的结果的数据输入。超速锁存器28可以提供指示是否存在发动机超速状况的输出。
图2示出了发动机超速检测电路10的电路图。速度传感器电路14可包括发动机速度输入30。可以提供发动机速度测试输入32。在发动机的运行期间，将不向发动机速度测试输入32提供任何信号。可以通过发动机部件的通过，尤其是环形齿轮11的齿12的通过，向发动机速度输入30提供交流(AC)发动机速度信号。速度传感器电路14可以包括振荡器35。
交流发动机速度信号可以被发送到速度传感器34。交流发动机速度信号可以被发送到速度传感器34中的可变磁阻传感器。交流发动机速度信号可以经由固体状态输入选择继电器被发送。速度传感器电路14可以具有由速度传感器34发出的输出。该输出可以被发送到接口电路16。
正向脉冲信号可能出现在交流发动机速度信号的各个正向过零点上。正向脉冲信号可以被发送到晶体管18。正向脉冲信号可以被发送到三个锁存器28a、28b、28c。这三个锁存器28a、28b、28c可以相互并联连接。这三个锁存器28a、28b、28c提供代表性输出：NEARLY MAX；CALIBRATION；和OVERSPEED。
OVERSPEED可以是用于确定超速状况的信号。NEARLY MAX可以用来指示发动机接近超速跳变点。可以以两种方式使用NEARLY MAX输出：
i.对超速校准给出置信度。指示器(例如，发光二极管(LED)灯)可由NEARLY MAX信号启动。如果发动机以正常最大速度运行，那么NEARLY MAX发光二极管可以接通。
ii.如果速度传感器电路14进入测试模式，则在NEARLY MAX变为有效时可能发生超速跳闸和发动机关闭。这可以允许通过使发动机以正常最大速度运行测试关闭功能。发动机不需要超过正常最大速度运行，以便测试超速关闭功能。
在超速校准期间可以使用CALIBRATION来正确地设置电位计，使得OVERSPEED输出可以以较高的速度变得有效并且NEARLY_MAX输出可以以较低的速度变得有效。
在一个实施例中，正向脉冲信号可以由信号反相器36反相。反相脉冲信号可以被发送到用于检测发动机运行的发动机运行检测器38。发动机运行信号可以与油压传感器结合使用作为诊断。如果存在油压(例如，当发动机运行时)但是不存在速度信号，则可能产生速度传感器故障。
超速检测电路10可以在发动机速度脉冲的频率下运行。为了允许以较低的速度运行，可以对发动机速度信号进行分频以允许以较低的速度运行。
反相脉冲信号可以被发送到分频器40，以输出指示正在工作的发动机速度的脉冲信号。分频器40可以减小反相脉冲信号的信号强度。分频器40可以将输入脉冲信号8分频，以产生较低频率的方波信号。分频脉冲信号可以被发送到晶体管18。分频脉冲信号可以被发送到锁存器28a、28b、28c。
在一个实施例中，分频脉冲信号可以首先被发送到门42。此后，脉冲信号可以被发送到晶体管18和锁存器28a、28b、28c。
门42可以使得馈送给晶体管18的发动机速度信号被切断，以便允许测试一些电路功能，例如电容器20充足电，使比较器和锁存器输出进入已知状态。可以在发动机起动之前针对超速检测电路10的每次运行执行这些测试。
电容器20可通过电阻器21进行充电。当来自接口电路16的脉冲信号为低时，电容器20可通过电阻器21进行充电。
电容器20可通过晶体管18放电。当来自接口电路16的脉冲信号为高时，电容器20可通过晶体管18放电。在通过晶体管18接收到脉冲信号的脉冲之后，电容器20可通过晶体管18放电。
电容器20的放电电压可以被发送到每个电压比较器26a、26b、26c。这三个电压比较器26a、26b、26c可以相互并联连接。电容器20的放电电压可以指示放电时发动机的运行速度。可以将电容器20的放电电压与三个阈值电压值进行比较。这三个电压比较器26a、26b、26c可以用来产生OVERSPEED、NEARLYMAX和CALIBRATION输出。每个输出具有不同的速度信号。每个阈值电压值表示三个速度阈值。这三个速度阈值中的每一个可以通过以最大正常速度运行的发动机执行的校准过程进行设置。可以将电容器放电时的发动机速度与三个速度阈值电压进行比较。
阈值电压值可以由分压器19确定。分压器19可包括电阻分压器链44。阈值电压值可以由包括电阻23a、23b、23c的电阻分压器链44确定。电阻分压器链44可以连接到带缓冲的可变电压源。可变电压源可以包括连接到电阻器46a、46b的可电调节的电位计22。可以从电阻分压器链44获得每个比较器26a、26b、26c的阈值电压值。可以通过相应的电阻器23a、23b、23c获得每个比较器26a、26b、26c的阈值电压值。
三个电压比较器26a、26b、26c可以相互并联连接到电阻分压器链。每个比较器26a、26b、26c可以具有连接到电抗性阻抗20的第一输入端和连接到电阻分压器链44的第二输入端。每个比较器26a、26b、26c可以具有连接到电容器20的第一输入端和连接到电阻分压器链44的第二输入端。
来自电压比较器26a、26b、26c中的每一个的输出可以被发送到相应的锁存器28a、28b、28c。
来自比较器26a、26b、26c中的每一个的输出可以被发送到三个缓冲晶体管27a、27b、27c。缓冲晶体管27a、27b、27c可以反相每个输出。来自每个缓冲晶体管27a、27b、27c的反相输出可以被发送到相应的锁存器28a、28b、28c。
可以将在放电的点处电容器20上的电压与每个速度阈值电压进行比较。电容器20中存储的电压可通过经由电阻器21充电上升至放电的点。在接收到来自接口电路16的脉冲之后可以进行放电。如果在每个电压比较器26a、26b、26c中放电电压处于或高于阈值电压，发动机速度可以低于超速阈值并且可以不存在发动机超速状况。如果在每个比较器26a、26b、26c中放电电压低于阈值电压，发动机速度可以大于超速阈值并且可以存在发动机超速状况。
每个缓冲晶体管27a、27b、27c的输出最初可以为低。当在每个比较器26a、26b、26c中电容器电压达到阈值电压时，可将每个输出切换到高。
接口电路16的逻辑的一部分可以在发动机时钟脉冲的频率(或其一部分)下运行。剩余的逻辑可在固定的时钟频率下运行。异步输入(OVERSPEED、NEARLY MAX和CALIBRATION)在使用前可能需要同步到同步逻辑。
使电容器20放电以及比较器26a、26b、26c中的每一个的输出锁存与发动机速度同步的逻辑可包含在接口电路16中。这些锁存的速度信号是瞬时的并且不与接口电路16的时钟同步。可以使用信号机将锁存的速度比较器信号传送到接口电路16时钟同步逻辑。
参照图3，如果电容器在通过下一个发动机速度脉冲放电之前其电压上升到比较器阈值电压，那么发动机速度可以低于超速阈值。在T1和T2之间，来自接口电路16的脉冲信号的脉冲可以由被切换到接通的晶体管18接收。电容器20可以被放电。
在T2处，来自接口电路16的信号可以为低，并且可以由被关断的晶体管18接收。电容器20可以开始充电且电容器电压可在T3处达到阈值电压。比较器26的输出在T3处可以为高。
在T4处，来自接口电路16的信号可以为高，并且可以由被接通的晶体管18接收。电容器20可以放电且比较器26的输出可以为低。
超速锁存器28可以在决策点X处被切换到高。超速锁存器28的输出可指示不存在超速状况。
参照图4，如果电容器在通过下一个发动机速度脉冲放电之前其电压没有上升到比较器阈值电压，那么发动机速度可以高于超速阈值。在T1和T2之间，来自接口电路16的脉冲信号的脉冲可以由被接通的晶体管18接收。电容器20可以被放电。
在T2处，来自接口电路16的信号可以为低，并且可以由被关断的晶体管18接收。电容器20可以开始充电。当由可以被接通的晶体管18接收到脉冲时，电容器电压在T3处可以达到比阈值电压低的电压。电容器20可以放电且比较器26的输出可以为低。
超速锁存器28可以在决策点Y处被切换到低。超速锁存器28的输出可以指示存在超速状况。
电路10可以进一步包括紧急停止机构以便在检测到发动机超速状况之后使发动机停止。电路10可以包括控制发动机的运行的关闭阀。关闭阀可以是空气阀或燃料阀。空气阀可以中断对发动机的空气供应。燃料阀可以中断对发动机的燃料供应。
如果没有关闭输入是有效的，那么关闭阀可以保持打开。在关断输入是有效的情况下，关闭阀可以被关闭，且系统可以进入关闭状态。发动机的运行可以通过关闭输入中的任何一个或多个进行关闭。
在可燃性气氛中，即使燃料供应被中断，发动机仍可以继续运行。在发动机超速状况的情况下，除了中断燃料供应，还可中断空气供应。
发动机超速检测方法可包括以下步骤：检测单元发送指示发动机速度的脉冲信号；在接收到脉冲信号的脉冲之后以脉冲信号限定的速率对电抗性阻抗进行放电；将电抗性阻抗的电压值或电流值与阈值进行比较；以及以脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
该方法可以包括将电抗性阻抗的电压值或电流值与三个阈值进行比较。
技术人员将理解的是，前述实施例可以被修改或组合，以获得本发明的电路10和方法。
工业实用性
本发明描述了一种发动机超速检测电路10和一种发动机超速检测方法。电路10和方法可以在车辆发动机中实现。电路10和方法可以在柴油发动机中实现。电路10和方法可以监控超速状况的发动机。如果存在过量的可燃材料，那么可能出现超速状况。如果检测到超速状况，则可停止发动机。
因此，本发明包括适用的法律所允许的所附权利要求书中所陈述的主题的所有修改和等价物。此外，除非本文另外指明，否则本发明包括其所有可能变化中的上述元素的任意组合。
在任一项权利要求中提到的技术特征后面跟有附图标记时，包括这些附图标记的唯一目的是增加权利要求的可理解性，因此，附图标记以及它们的不存在对如上所述的技术特征和任何权利要求元素的范围没有任何限制作用。
本领域的技术人员将认识到本发明可以在不背离本发明或其基本特征的情况下以其他具体形式来实施。因此，前述实施例应被认为在各方面是说明性的而不是限制本文所描述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求而非前面的说明指出，并且因此，在权利要求的等价物的含义和范围内的所有变化都意在被包括在其中。

Claims (15)

1.一种发动机超速检测电路(10)，其包括：
检测单元(13)，其被配置成发送指示发动机速度的脉冲信号；
电抗性阻抗(20)，其被配置成在接收到所述脉冲信号的脉冲之后以所述脉冲信号限定的速率进行放电；
比较器单元(25)，其用于将所述电抗性阻抗(20)的电压值或电流值与阈值进行比较，并以所述脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
2.根据权利要求1所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述检测单元(13)检测齿轮齿(12)的通过。
3.根据权利要求1或2所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述检测单元(13)包括速度传感器电路(14)。
4.根据权利要求3所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述指示发动机速度的信号为模拟信号。
5.根据权利要求4所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述模拟信号由接口电路(16)转换成脉冲信号。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述电抗性阻抗(20)可以连接到有源开关(18)，该有源开关(18)在接收到所述脉冲之后被接通。
7.根据权利要求6所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述有源开关(18)是晶体管(18)并且所述电抗性阻抗(20)是电容器(20)，所述晶体管(18)并联连接到电容器(20)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述比较器单元(25)包括超速锁存器(28)，该超速锁存器(28)具有连接到所述检测单元(13)以便接收所述脉冲信号的时钟输入，以及连接到所述比较器单元(25)以便接收所述比较的结果的数据输入。
9.根据权利要求8所述的发动机超速检测电路(10)，其包括与所述超速锁存器(28c)并联连接的两个锁存器(28a，28b)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述比较器单元(25)包括比较器(26)，该比较器(26)具有连接到所述电抗性阻抗(20)的第一输入端和连接到产生所述阈值的源的第二输入端。
11.根据权利要求10所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述比较器单元(25)包括相互并联连接的三个比较器(26a，26b，26c)，每个比较器(26a，26b，26c)具有连接到所述电抗性阻抗(20)的第一输入端和连接到电阻分压器链(44)的第二输入端。
12.根据权利要求11所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述电阻分压器链(44)确定每个比较器(26a，26b，26c)的所述阈值。
13.根据权利要求12所述的发动机超速检测电路(10)，其中，所述电阻分压器链(44)连接到带缓冲的可变电压源，该带缓冲的可变电压源包括连接到电阻器(23a，23b，23c)的可电调节的电位计(22)。
14.一种发动机超速检测方法，其包括以下步骤：
发送指示发动机速度的脉冲信号；
在接收到所述脉冲信号的脉冲之后以所述脉冲信号限定的速率对电抗性阻抗(20)进行放电；
将所述电抗性阻抗(20)的电压值或电流值与阈值进行比较；以及
以所述脉冲信号的速率输出所述比较的结果。
15.根据权利要求14所述的发动机超速检测方法，其中，将所述电抗性阻抗(20)的电压值或电流值与阈值进行比较的步骤包括将所述电抗性阻抗(20)的电压值或电流值与三个阈值进行比较。
CN201280076620.2A 2012-10-30 2012-10-30 发动机超速检测电路和方法 Pending CN104854330A (zh)

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