本发明涉及汽车动力技术领域，尤其是一种生物乙醇动力系统及其控制方法。
背景技术：
近年来，各大能源消费国竞先寻求替代石油的新能源。美国和欧洲不约而同地都选择生物燃料乙醇作为主要的替代运输燃料，并制订了雄心勃勃的开发计划。2007年1月，美国在《国情咨文》中宣称，美国计划在今后10年中将其国内的汽油消费量减少20%，其中15%通过使用替代燃料实现，计划到2017年燃料乙醇的年使用量达到1325亿升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。
继2008年增长60%后，欧盟2009年的乙醇生产量又继续增长，增长了31%，欧盟乙醇生产量已从2008年28亿升增长到2009年37亿升。虽然一些国家，包括奥地利和瑞典，其2009年乙醇产能大大增加，法国仍然是最大的生产国。法国乙醇生产量从2008年10.00亿升增长到2009年12.50亿升。德国也不甘落后，该国2009年乙醇生产量增长32%，至7.50亿升，而第三大生产国西班牙生产量为4.65亿升。总计欧盟18个乙醇生产国家中有6个生产量未增长或保持不变。奥地利和瑞典是唯一乙醇生产量增加一倍以上的生产国，奥地利生产量增加了102%，瑞典生产量增加了124%。他们现在的排名分别位列第四和第五大生物燃料生产国。欧盟的乙醇总消费量也在上升，欧盟2009年消费量约为43亿升。较2008年的35亿升有大幅度增长。德国消费11.43亿升，使其成为最大的乙醇消费国。法国是第二大消费国，消费7.98亿升；其后是瑞典，消费3.77亿升。预计到2020年，所有欧洲汽油的13%都必须来自于可再生原料。欧洲汽油现仅3.5%来自可再生来源生产，预计在今后10年内可再生运输工业将以超过10倍的速度增长。
在g7领导人达成2100年在全球范围内终结化石燃料使用的协议之后，发展生物能源特别是燃料乙醇的呼声又起。作为我国战略性新兴产业，生物燃料乙醇是世界上替代汽油数量最多、应用最广泛的可再生能源。
但是在我国推广乙醇汽油或者燃料乙醇，依然困难重重。燃料乙醇企业早就开始重点发展非粮乙醇生产技术了。2008年，中粮建成了第一个以木薯为原料的20万吨燃料乙醇工厂；2012年，河南天冠建成万吨级纤维素乙醇试点项目；2013年，龙力生物建成以玉米芯为原料的5万吨燃料乙醇生产线投产；2014年，中兴能源建成以甜高粱为原料的3万吨燃料乙醇生产厂。几年间，燃料乙醇不仅在技术上得以改进，政府也下达了补贴政策，但燃料乙醇的推广依旧很难。
有资料显示，乙醇的热值是普通汽油的60%，若汽车不作任何改动就使用含乙醇的混合汽油，发动机的油耗会增加。通过采用提高压缩比、涡轮增压等发动机新技术，发动机的动力性能得到了很大的提高。然而燃气发动机的电控系统多采用半自动化控制模式，很难实现控制的全自动化，并且系统分散，过于冗余，集成度、模块化程度不高，使得系统抗干扰能力差，响应速度慢，对空燃比控制精度低，从而导致系统不可靠，燃烧效率低。当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是污染环境。因此开发一款适合混合乙醇燃料，并且可靠性、稳定性好的混合动力系统成为发动机当前必须解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的技术问题，提供一种性能优异的生物乙醇动力系统及其控制方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种生物乙醇动力系统，是利用发动机排气管的热量加热生物乙醇发生器得到生物乙醇燃料，再导入发动机燃烧做功的系统，发动机的排气管通过尾气流量控制阀连接生物乙醇发生器，生物乙醇发生器与生物乙醇储存罐连接，生物乙醇发生器内设有温度传感器，尾气流量控制阀和温度传感器分别与控制器连接，生物乙醇发生器将生物乙醇燃料输送到冷却器冷却后，送入混合器中，混合器将辅料罐送入的燃油辅料剂与生物乙醇燃料混合得到混合燃料，混合燃料进入发动机燃烧做功，通过传动机构驱动车轮行走；
冷却器和混合器之间设有生物乙醇流量控制阀，辅料罐和混合器之间设有辅料流量控制阀，发动机和混合器之间设有混合燃料流量控制阀，生物乙醇发生器与生物乙醇储存罐之间设有输送泵，发动机的输出线与发动机控制器连接，生物乙醇流量控制阀、辅料流量控制阀、混合燃料流量控制阀和输送泵分别与发动机控制器连接。
控制器采用dcs控制系统、单片机或plc控制器中的任意一种；并设有报警功能模块、故障检测功能模块、保护功能模块和通信功能模块。
发动机控制器能接收生物乙醇流量控制阀、辅料流量控制阀和混合燃料流量控制阀传输过来的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理后向上述控制阀发出指令。
发动机控制器包括人机界面、温度控制电路、混合燃料浓度控制电路、点火控制电路和可编程控制器，混合器内安装有温度传感器和浓度传感器有引线接到发动机电控板的cpu输入端。
生物乙醇储存罐内加入利用淀粉类作物、糖类作物和菌草植物纤维原料生产出来的初级乙醇产品。
生物乙醇发生器内设有搅拌机构，搅拌机构与发动机控制器连接。
排气管上设有消声器和排气口。
燃油辅料剂包括柴油或汽油、混合芳烃、纳米二氧化钛颗粒和纳米二氧化铈颗粒，按100kg柴油或汽油添加混合芳烃5-10kg、纳米二氧化钛颗粒1-3kg和纳米二氧化铈颗粒0.5-1kg。
混合燃料中，生物乙醇燃料与燃油辅料剂的重量配比为：生物乙醇燃料75-80%，其余为燃油辅料剂。
生物乙醇动力系统，其控制方法包括以下步骤：
①操作人员通过发动机控制器的人机界面完成相关设定，发动机控制器完成自检；
②混合器中预先储备有混合燃料，发动机控制器打开混合燃料流量控制阀，混合燃料进入发动机燃烧做功并启动发动机运行；
③发动机温度上升，发动机控制器控制输送泵将生物乙醇储存罐中的初级乙醇产品输送到生物乙醇发生器中，同时发动机运行产生的高温废气经排气管进入生物乙醇发生器，并加热进入生物乙醇发生器中的初级乙醇产品，控制器通过温度传感器控制加热温度在65-75℃之间，同时发动机控制器控制搅拌机构工作，经过加热升温、充分搅拌后得到生物乙醇燃料；
④生物乙醇燃料进入冷却器,进过冷却后进入混合器中，混合器将辅料罐送入的燃油辅料剂与生物乙醇燃料混合得到混合燃料，混合燃料进入发动机燃烧做功，通过传动机构驱动车轮行走；
⑤当温度传感器检测到生物乙醇发生器内温度高于工作温度时，尾气流量控制阀关闭，发动机尾气通过排气口排出，当温度传感器检测到催化剂温度低于最低工作温度时，尾气流量控制阀开启，保证生物乙醇发生器长时间稳定工作；
⑥结束工作时，关闭发动机控制器，发动机关机，各阀门关闭。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明的生物乙醇动力系统及其控制方法，利用发动机排气管的热量加热生物乙醇发生器得到生物乙醇燃料，再导入发动机燃烧做功的系统，减少了目前汽油的废气污染，特别是在未来汽油资源即将衰竭的时候，能够利用生物质提供新的能源；
2、本发明使用混合燃料中添加有燃油辅料剂，能够减少对汽车密封橡胶及其它合成的非金属材料如输油管、油箱等产生腐蚀，避免使用传统的乙醇汽油而出现溶胀、软化和龟裂现象；
3、本发明的燃油辅料剂添加有混合芳烃、纳米二氧化钛颗粒和纳米二氧化铈颗粒，可改善汽油和柴油的清净分散性，防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，清除燃烧室积碳可达80～95％，具有燃烧促进效果、减少烟灰和氮氧化物，同时，纳米材料还作为载体，有助于燃油辅料剂在燃料中的分散及溶解，可以降低燃料消耗12～15％；
4、采用本发明生物乙醇动力系统的车辆加满初级乙醇产品到生物乙醇储存罐后，能够获得600公里的续航里程，这与传统燃油车加满一箱油所行驶的距离不相上下，而且能够有效降低汽车尾气对环境的污染,提高能源利用率。
附图说明
图1是本发明生物乙醇动力系统及其控制方法的结构示意图；
图中的名称序号为：
车轮1、传动机构2、发动机3、排气管4、消声器5、排气口6、尾气流量控制阀7、控制器8、温度传感器9、生物乙醇发生器10、冷却器11、生物乙醇流量控制阀12、混合器13、辅料罐14、辅料流量控制阀15、混合燃料流量控制阀16、发动机控制器17、生物乙醇储存罐18、输送泵19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种生物乙醇动力系统，是利用发动机排气管的热量加热生物乙醇发生器得到生物乙醇燃料，再导入发动机燃烧做功的系统，发动机3的排气管4通过尾气流量控制阀7连接生物乙醇发生器10，生物乙醇发生器10与生物乙醇储存罐18连接，生物乙醇发生器10内设有温度传感器9，尾气流量控制阀7和温度传感器9分别与控制器8连接，生物乙醇发生器10将生物乙醇燃料输送到冷却器11冷却后，送入混合器13中，混合器13将辅料罐14送入的燃油辅料剂与生物乙醇燃料混合得到混合燃料，混合燃料进入发动机燃烧做功，通过传动机构1驱动车轮1行走；
冷却器11和混合器13之间设有生物乙醇流量控制阀12，辅料罐14和混合器13之间设有辅料流量控制阀15，发动机3和混合器13之间设有混合燃料流量控制阀16，生物乙醇发生器10与生物乙醇储存罐18之间设有输送泵19，发动机3的输出线与发动机控制器17连接，生物乙醇流量控制阀12、辅料流量控制阀15、混合燃料流量控制阀16和输送泵19分别与发动机控制器17连接。
控制器8采用dcs控制系统、单片机或plc控制器中的任意一种；并设有报警功能模块、故障检测功能模块、保护功能模块和通信功能模块。
发动机控制器17能接收生物乙醇流量控制阀12、辅料流量控制阀15和混合燃料流量控制阀16传输过来的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理后向上述控制阀发出指令。
发动机控制器17包括人机界面、温度控制电路、混合燃料浓度控制电路、点火控制电路和可编程控制器，混合器13内安装有温度传感器和浓度传感器有引线接到发动机电控板的cpu输入端。
生物乙醇储存罐18内加入利用淀粉类作物、糖类作物和菌草植物纤维原料生产出来的初级乙醇产品。
生物乙醇发生器10内设有搅拌机构18，搅拌机构18与发动机控制器17连接。
排气管4上设有消声器5和排气口6。
燃油辅料剂包括柴油或汽油、混合芳烃、纳米二氧化钛颗粒和纳米二氧化铈颗粒，按100kg柴油或汽油添加混合芳烃5-10kg、纳米二氧化钛颗粒1-3kg和纳米二氧化铈颗粒0.5-1kg。
混合燃料中，生物乙醇燃料与燃油辅料剂的重量配比为：生物乙醇燃料75-80%，其余为燃油辅料剂。
生物乙醇动力系统，其控制方法包括以下步骤：
①操作人员通过发动机控制器17的人机界面完成相关设定，发动机控制器17完成自检；
②混合器13中预先储备有混合燃料，发动机控制器17打开混合燃料流量控制阀16，混合燃料进入发动机燃烧做功并启动发动机运行；
③发动机温度上升，发动机控制器17控制输送泵19将生物乙醇储存罐18中的初级乙醇产品输送到生物乙醇发生器10中，同时发动机运行产生的高温废气经排气管进入生物乙醇发生器10，并加热进入生物乙醇发生器10中的初级乙醇产品，控制器8通过温度传感器9控制加热温度在65-75℃之间，同时发动机控制器17控制搅拌机构18工作，经过加热升温、充分搅拌后得到生物乙醇燃料；
④生物乙醇燃料进入冷却器11,进过冷却后进入混合器13中，混合器13将辅料罐14送入的燃油辅料剂与生物乙醇燃料混合得到混合燃料，混合燃料进入发动机燃烧做功，通过传动机构1驱动车轮1行走；
⑤当温度传感器9检测到生物乙醇发生器10内温度高于工作温度时，尾气流量控制阀7关闭，发动机尾气通过排气口6排出，当温度传感器检测到催化剂温度低于最低工作温度时，尾气流量控制阀7开启，保证生物乙醇发生器10长时间稳定工作；
⑥结束工作时，关闭发动机控制器17，发动机3关机，各阀门关闭。
应用实施例1
2015年初，申请人与某汽车公司合作对五台运输卡车的动力系统改造成本申请的生物乙醇动力系统，用于在公路上运输农业资源与物料，装载重量为：6吨﹤总质量≤14吨，并由该汽车公司对这批运输卡车进行相关检测，在使用这批改造过的运输卡车一年后，证实其二氧化碳排放量比此前使用柴油引擎时减少了近90％。
应用实施例2
2016年8月～2016年11月，委托xx汽车公司，对装了本发明的生物乙醇动力系统的机动车和普通机动车在机动车排气检测中心进行机动车尾气污染物的检测，通过对比试验确定对汽车尾气污染物的影响和作用。对比数据见表1：
表1
此次检测通过对一辆柴油车和一辆汽油车检测结果表明，本申请的生物乙醇动力系统对汽车尾气污染物的降低效果越明显。
本申请的生物乙醇动力系统能有效地逐步清理了燃烧室内的积碳，使发动机恢复其设计工作点，减少了积碳导致气缸与气缸之间的周期性差异。它不但能有效地降低尾气污染物中的烟度、co和hc，还降低了由于周期性差异导致局部高温从而产生的nox，减少了这些有害气体的排放也同时控制了pm2.5的产生。