本发明属于消声器领域，尤其涉及一种空气预热型发动机消声器及其方法。
背景技术：
严寒地区的北方，由于环境温度较低，发动机在进气冲程的过程中会中会吸入大量冷空气，燃烧室需要提高额外的热量来为冷空气加热，降低了能源利用率；消声器是发动机的重要部件，现有的消声器存在消声性能低下，若要提高其消声性能就需要提高其消声器的体积来弥补，而这样就造成了占用空间的新问题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种充分利用烟气余热的一种柴油发动机消声器及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种空气预热型发动机消声器，包括第一节消声预热单元、第二节消声预热单元、发动机排气管、第一节消声器排气管、第二节消声器排气管、空气预热过渡管、空气预热进气管和空气预热出气管；
所述发动机排气管连接所述第一节消声预热单元的尾气进气端，所述第一节消声预热单元的尾气出气端连接所述第一节消声器排气管；所述第一节消声器排气管的尾气排出端连接所述第二节消声预热单元的尾气进气端，所述第二节消声器排气管的尾气排出端连接所述第二节消声器排气管；
所述空气预热进气管的连接所述第二节消声预热单元的冷空气进气端，所述第二节消声预热单元的预热空气出口端与所述第一节消声预热单元的预热空气入口端通过所述空气预热过渡管导通连接；所述第一节消声预热单元的预热空气排出端连接所述空气预热出气管；所述空气预热过渡管外侧还同轴心密封包袱有绝热管，所述绝热管和所述空气预热过渡管之间形成绝热间隙。
进一步的，所述第二节消声预热单元为圆柱形密闭腔室结构，所述第二节消声预热单元内部为横向姿态的圆柱形消音预热室；所述第一节消声器排气管的排气出口位于所述消音预热室的一端；所述消音预热室中还包括散烟罩，所述散烟罩为与所述消音预热室同轴心的圆柱形罩体结构，所述散烟罩的圆柱壁面均匀分别有若干漏烟网孔，所述散烟罩的罩顶密封设置，所述散烟罩的罩口罩于第一节消声器排气管的排气出口；
所述消音预热室中还包括螺旋换热管，所述螺旋换热管成螺旋状盘绕于所述散烟罩外壁和所述消音预热室内壁之间，且所述螺旋换热管与所述散烟罩外壁和所述消音预热室内壁保持间隙；所述螺旋换热管的入口端导通连接所述空气预热进气管的出口端，所述螺旋换热管的出口端导通连接所述空气预热过渡管的入口端。
进一步的，所述第一节消声预热单元内部延长度方向依次包括第一膨胀室、过渡换热腔、第二膨胀室、第三膨胀室，所述第一膨胀室、过渡换热腔、第二膨胀室和第三膨胀室分别为相互同轴心的柱腔结构；所述第一膨胀室和过渡换热腔之间具有第一隔层，所述过渡换热腔和第二膨胀室之间具有第二隔层，所述第二膨胀室和第三膨胀室之间具有第三隔层；
还包括夹于内层腔壁和外层腔壁之间的预热隔音空气层，所述预热隔音空气层包覆于所述过渡换热腔、第二膨胀室和第三膨胀室外侧；所述过渡换热腔的圆周壁面上呈圆周阵列镂空设置有若干空气导通孔，所述空气导通孔将所述过渡换热腔和所述预热隔音空气层相互导通；
还包括第一膨胀室管、第二膨胀室管、空气换热管束和储气箱；所述第一膨胀室管同轴心穿过所述过渡换热腔，且所述第一膨胀室管两端分别伸入所述第一膨胀室和第二膨胀室中；所述第二膨胀室管同轴心穿过所述第三隔层，且所述第二膨胀室管两端分别伸入所述第二膨胀室和第三膨胀室中，所述发动机排气管的出气端伸入所述第一膨胀室中；所述第一节消声器排气管的尾气排出入口伸入所述第三膨胀室中；所述空气预热过渡管的空气出气口伸入所述预热隔音空气层，且所述空气出气口位于预热隔音空气层远离过渡换热腔的一端；
所述储气箱一体化设置于所述第一膨胀室的膨胀室包壁外侧，且所述储气箱位于所述第一膨胀室远离所述过渡换热腔的一端；所述储气箱内部为储气腔；
所述空气换热管束由若干空气换热管并列成束状结构，且相邻空气换热管之间间距设置；所述空气换热管束沿轴线方向穿过所述第一膨胀室，且所述空气换热管束两端分别伸入所述储气腔和过渡换热腔中；所述空气预热出气管的热空气入口伸入所述储气腔中。
进一步的，所述空气换热管束分布于所述第一膨胀室的半腔室，所述发动机排气管的出气端伸入所述第一膨胀室的另一半腔室中。
进一步的，所述第一膨胀室管伸入所述第二膨胀室的一端呈喇叭口状扩开；所述第二膨胀室中还包括第一引流伞，所述第一引流伞为锥形薄壁结构，所述第一引流伞同轴心于所述喇叭口和所述第二膨胀室管之间，所述第一引流伞的尖端伸入所述喇叭口中，所述喇叭口锥面与所述第一引流伞的锥面相平行，且所述喇叭口锥面与所述第一引流伞的锥面之间形成环锥形型导音通道；
所述第二膨胀室管伸入所述第二膨胀室的端部与所述第一引流伞的锥壁内侧一体化连接，且所述第二膨胀室管靠近所述第一引流伞的一端侧壁均匀镂空设置有若干进气孔，若干进气孔形成孔网群；
所述第二膨胀室中还包括导流环壁，所述环形导流壁为与所述第二膨胀室同轴心的环壁结构，所述环形导流壁靠近所述第三隔层的一端与所述第一引流伞的粗端一体化连接；所述环形导流壁围合于所述喇叭口外侧，所述环形导流壁靠近所述第二隔层的一端与所述第二隔层间距设置；所述第一引流伞与所述环形导流壁之间形成第一小膨胀室，所述第三隔层和所述第一引流伞内侧之间形成第二小膨胀室。
进一步的，所述第三膨胀室中还包括第二引流伞，所述第二引流伞为与所述第三膨胀室同轴心的锥形薄壁结构，所述第二引流伞靠近所述尾气排出入口的一端为尖端，所述第二膨胀室管伸入所述第三膨胀室的端部与所述第二引流伞的锥壁内侧一体化连接，且所述第二膨胀室管靠近所述第二引流伞的一端侧壁均匀镂空设置有若干出气孔，若干所述出气孔形成孔网群；所述第二引流伞内侧与所述第三隔层之间形成第三小膨胀室。
进一步的，一种空气预热型发动机消声器的方法：
尾气路径：通过从柴油发动机的燃烧室排气口经发动机排气管导入至第一膨胀室中，然后第一膨胀室中的烟气累积后通过第一膨胀室管导入到第二膨胀室中，然后第二膨胀室中的烟气通过第二膨胀室管导入到第三膨胀室中，进一步的尾气从第三膨胀室排入第一节消声器排气管中；然后第一节消声器排气管中的尾气导入至散烟罩中，进而散烟罩中的烟气从各漏烟网孔溢出至消音预热室中，最终消音预热室中的尾气通过第二节消声器排气管排出外界；
预热空气路径：空气预热出气管连接发动机的进气管路，在柴油发动机的进气冲程作用下，空气预热出气管连续形成负压，进而外界冷空气在负压作用下经过空气预热进气管连续进入到螺旋换热管中，然后螺旋换热管中的空气在负压作用下经过空气预热过渡管连续进入到预热隔音空气层中，然后通过若干空气导通孔进入到过渡换热腔中，然后过渡换热腔中的空气经过空气换热管束吸入至储气腔中，最终储气腔中的空气经过空气预热出气管吸入至发动机的进气管路中；
消声以及预热空气加热过程：发动机排气管导入至第一膨胀室中时在扩张式抗性消音效应下，噪音在第一膨胀室中的声波强度第一次衰减，与此同时第一膨胀室中的烟气对空气换热管束进行加热，进而对其空气换热管束内部的空气加热；被第一次衰减的声波随烟气冲击波进入第一膨胀室管中，并从第一膨胀室管的喇叭口冲出，从喇叭口出来的冲击波在第一引流伞作用下在环锥形型导音通道中形成逐渐扩张的环形冲击波，其冲击波强度被逐渐扩张的趋势稀释；进一步的，在第一小膨胀室中进一步衰减后经过导流环壁和内层腔壁之间的间隙导入到第二小膨胀室中，在冲击波经过导流环壁和内层腔壁之间的间隙过程中造成内层腔壁振动，并将部分振动能量分散至隔音空气层中，并部分转化成隔音空气层的内能，使其冲击波能量被进一步稀释，与此同时在热传导作用下内层腔壁被烟气加热的热量也部分传递给了隔音空气层并对其内部的空气加热，进入第二小膨胀室中的冲击波强度被进一步衰减，与此同时，再热传导作用下第一隔层和第二隔层分别吸收第一膨胀室和第二膨胀室中的热量，并将热量传递给渡换热腔中的空气，与此同时第一膨胀室和第二膨胀室中部分振动声波能也部分传递给渡换热腔中的空气，进而部分转化成渡换热腔的内能；由于第二小膨胀室中的冲击波已经衰减到一定程度，此时第二小膨胀室中的冲击波随烟气经过若干进气孔网群进入第二膨胀室管中时受到的流体阻力较小，然后从若干出气孔中导出到第三小膨胀室中，经过两道孔网结构使其阻性消声，第三小膨胀室中的冲击波被进一步被衰减，然后第三小膨胀室中的冲击波最后经过第四小膨胀室后从第一节消声器排气管排出；
从第一节消声器排气管导出的冲击波进入到散烟罩中，在散烟罩的网孔阻性消音效应作用声波再次被削弱，同时消音预热室也等效为一个声波膨胀室，进入消音预热室中的声波最后一次被衰减，与此同时从散烟罩上的各漏烟网孔溢出的尾气均匀喷向螺旋换热管，并对螺旋换热管连续加热，同时螺旋换热管也相应吸收消音预热室中的震荡能量，并部分转化成螺旋换热管的内能，与此同时消音预热室中的高温尾气通过热传导的形式再次将烟气中的热量传递给螺旋换热管，进而对螺旋换热管中的空气加热；最终声波和尾气从第二节消声器排气管排出外界。
有益效果：本发明的本发明的结构简单，充分利用尾气中蕴含的热量以及消声器中的振动能量，让进入燃烧室中的空气预先进行预热，从而达到了提高能源利用率的效果；
同时采用引流伞结构，使第二膨胀室中的冲击波强度被逐渐扩张的趋势稀释，提高消声强度，同等体积的情况下其消声强度要高于传统的柴油发动机，该逐渐扩张的结构极大降低流体阻力的同时有效稀释冲击波，有效降低发动机的排气阻力。
附图说明
附图1为本发明整体示意图；
附图2为本发明立体剖视图；
附图3为第二节消声预热单元局部正剖视图；
附图4为第二节消声预热单元内部示意图；
附图5为第一节消声预热单元局部正剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
1、结构介绍：如附图1至4所示的一种空气预热型发动机消声器，其特征在于：包括第一节消声预热单元32、第二节消声预热单元62、发动机排气管15、第一节消声器排气管31、第二节消声器排气管67、空气预热过渡管30、空气预热进气管63和空气预热出气管1；
所述发动机排气管15连接所述第一节消声预热单元32的尾气进气端，所述第一节消声预热单元32的尾气出气端连接所述第一节消声器排气管31；所述第一节消声器排气管31的尾气排出端连接所述第二节消声预热单元62的尾气进气端，所述第二节消声器排气管67的尾气排出端连接所述第二节消声器排气管67；
所述空气预热进气管63的连接所述第二节消声预热单元62的冷空气进气端，所述第二节消声预热单元62的预热空气出口端与所述第一节消声预热单元32的预热空气入口端通过所述空气预热过渡管30导通连接；所述第一节消声预热单元32的预热空气排出端连接所述空气预热出气管1；所述空气预热过渡管30外侧还同轴心密封包袱有绝热管54，所述绝热管54和所述空气预热过渡管30之间形成绝热间隙51。
本实施例中，第二节消声预热单元62为圆柱形密闭腔室结构，所述第二节消声预热单元62内部为横向姿态的圆柱形消音预热室56；所述第一节消声器排气管31的排气出口31.2位于所述消音预热室56的一端；所述消音预热室56中还包括散烟罩61，所述散烟罩61为与所述消音预热室56同轴心的圆柱形罩体结构，所述散烟罩61的圆柱壁面均匀分别有若干漏烟网孔60，所述散烟罩61的罩顶59密封设置，所述散烟罩61的罩口罩于第一节消声器排气管31的排气出口31.2；
所述消音预热室56中还包括螺旋换热管58，所述螺旋换热管58成螺旋状盘绕于所述散烟罩61外壁和所述消音预热室内壁57之间，且所述螺旋换热管58与所述散烟罩61外壁和所述消音预热室内壁57保持间隙；所述螺旋换热管58的入口端导通连接所述空气预热进气管63的出口端，所述螺旋换热管58的出口端导通连接所述空气预热过渡管30的入口端。
如图2和5所示，本实施例中，第一节消声预热单元32内部延长度方向依次包括第一膨胀室17、过渡换热腔18、第二膨胀室19、第三膨胀室29，所述第一膨胀室17、过渡换热腔18、第二膨胀室19和第三膨胀室29分别为相互同轴心的柱腔结构；所述第一膨胀室17和过渡换热腔18之间具有第一隔层18.1，所述过渡换热腔18和第二膨胀室19之间具有第二隔层22，所述第二膨胀室19和第三膨胀室29之间具有第三隔层27；
还包括夹于内层腔壁24和外层腔壁26之间的预热隔音空气层11，所述预热隔音空气层11包覆于所述过渡换热腔18、第二膨胀室19和第三膨胀室29外侧；所述过渡换热腔18的圆周壁面上呈圆周阵列镂空设置有若干空气导通孔5，所述空气导通孔5将所述过渡换热腔18和所述预热隔音空气层11相互导通；
还包括第一膨胀室管16、第二膨胀室管28、空气换热管束3和储气箱21；所述第一膨胀室管16同轴心穿过所述过渡换热腔18，且所述第一膨胀室管16两端分别伸入所述第一膨胀室17和第二膨胀室19中；所述第二膨胀室管28同轴心穿过所述第三隔层27，且所述第二膨胀室管28两端分别伸入所述第二膨胀室19和第三膨胀室29中，所述发动机排气管15的出气端伸入所述第一膨胀室17中；所述第一节消声器排气管31的尾气排出入口31.1伸入所述第三膨胀室29中；所述空气预热过渡管30的空气出气口30.1伸入所述预热隔音空气层11，且所述空气出气口30.1位于预热隔音空气层11远离过渡换热腔18的一端；
所述储气箱21一体化设置于所述第一膨胀室17的膨胀室包壁20外侧，且所述储气箱21位于所述第一膨胀室17远离所述过渡换热腔18的一端；所述储气箱21内部为储气腔2；
所述空气换热管束3由若干空气换热管并列成束状结构，且相邻空气换热管之间间距设置；所述空气换热管束3沿轴线方向穿过所述第一膨胀室17，且所述空气换热管束3两端分别伸入所述储气腔2和过渡换热腔18中；所述空气预热出气管1的热空气入口1.1伸入所述储气腔2中。
所述空气换热管束3分布于所述第一膨胀室17的半腔室4，所述发动机排气管15的出气端伸入所述第一膨胀室17的另一半腔室中。
所述第一膨胀室管16伸入所述第二膨胀室19的一端呈喇叭口33状扩开；所述第二膨胀室19中还包括第一引流伞25，所述第一引流伞25为锥形薄壁结构，所述第一引流伞25同轴心于所述喇叭口33和所述第二膨胀室管28之间，所述第一引流伞25的尖端伸入所述喇叭口33中，所述喇叭口33锥面与所述第一引流伞25的锥面相平行，且所述喇叭口33锥面与所述第一引流伞25的锥面之间形成环锥形型导音通道7；
所述第二膨胀室管28伸入所述第二膨胀室19的端部与所述第一引流伞25的锥壁内侧一体化连接，且所述第二膨胀室管28靠近所述第一引流伞25的一端侧壁均匀镂空设置有若干进气孔23，若干进气孔23形成孔网群；
所述第二膨胀室19中还包括导流环壁9，所述环形导流壁9为与所述第二膨胀室19同轴心的环壁结构，所述环形导流壁9靠近所述第三隔层27的一端与所述第一引流伞25的粗端一体化连接；所述环形导流壁9围合于所述喇叭口33外侧，所述环形导流壁9靠近所述第二隔层22的一端与所述第二隔层22间距设置；所述第一引流伞25与所述环形导流壁9之间形成第一小膨胀室8，所述第三隔层27和所述第一引流伞25内侧之间形成第二小膨胀室10。
所述第三膨胀室29中还包括第二引流伞13，所述第二引流伞13为与所述第三膨胀室29同轴心的锥形薄壁结构，所述第二引流伞13靠近所述尾气排出入口31.1的一端为尖端，所述第二膨胀室管28伸入所述第三膨胀室29的端部与所述第二引流伞13的锥壁内侧一体化连接，且所述第二膨胀室管28靠近所述第二引流伞13的一端侧壁均匀镂空设置有若干出气孔14，若干所述出气孔14形成孔网群；所述第二引流伞13内侧与所述第三隔层27之间形成第三小膨胀室12。
2、方法、过程以及技术原理整理：
尾气路径：通过从柴油发动机的燃烧室排气口经发动机排气管15导入至第一膨胀室17中，然后第一膨胀室17中的烟气累积后通过第一膨胀室管16导入到第二膨胀室19中，然后第二膨胀室19中的烟气通过第二膨胀室管28导入到第三膨胀室29中，进一步的尾气从第三膨胀室29排入第一节消声器排气管31中；然后第一节消声器排气管31中的尾气导入至散烟罩61中，进而散烟罩61中的烟气从各漏烟网孔60溢出至消音预热室56中，最终消音预热室56中的尾气通过第二节消声器排气管67排出外界；
预热空气路径：空气预热出气管1连接发动机的进气管路，在柴油发动机的进气冲程作用下，空气预热出气管1连续形成负压，进而外界冷空气在负压作用下经过空气预热进气管63连续进入到螺旋换热管58中，然后螺旋换热管58中的空气在负压作用下经过空气预热过渡管30连续进入到预热隔音空气层11中，然后通过若干空气导通孔5进入到过渡换热腔18中，然后过渡换热腔18中的空气经过空气换热管束3吸入至储气腔2中，最终储气腔2中的空气经过空气预热出气管1吸入至发动机的进气管路中；
消声以及预热空气加热过程：发动机排气管15导入至第一膨胀室17中时在扩张式抗性消音效应下，噪音在第一膨胀室17中的声波强度第一次衰减，与此同时第一膨胀室17中的烟气对空气换热管束3进行加热，进而对其空气换热管束3内部的空气加热；被第一次衰减的声波随烟气冲击波进入第一膨胀室管16中，并从第一膨胀室管16的喇叭口33冲出，从喇叭口33出来的冲击波在第一引流伞25作用下在环锥形型导音通道7中形成逐渐扩张的环形冲击波，其冲击波强度被逐渐扩张的趋势稀释，该逐渐扩张的结构极大降低流体阻力的同时有效稀释冲击波，同时其锥形形态的第一引流伞25的尖端对侧的内凹结构扩增了第二小膨胀室10的空腔体积，提高第二小膨胀室10的舒张强度；进一步的，在第一小膨胀室8中进一步衰减后经过导流环壁9和内层腔壁24之间的环柱形间隙导入到第二小膨胀室10中，在冲击波经过导流环壁9和内层腔壁24之间的间隙过程中呈环柱形冲击波推进，造成内层腔壁24剧烈振动，并将部分振动能量分散至隔音空气层11中，并部分转化成隔音空气层11的内能，使其冲击波能量被进一步稀释，与此同时在热传导作用下内层腔壁24被烟气加热的热量也部分传递给了隔音空气层11并对其内部的空气加热，进入第二小膨胀室10中的冲击波强度被进一步衰减，与此同时，再热传导作用下第一隔层18.1和第二隔层22分别吸收第一膨胀室17和第二膨胀室19中的热量，并将热量传递给渡换热腔18中的空气，与此同时第一膨胀室17和第二膨胀室19中部分振动声波能也部分传递给渡换热腔18中的空气，进而部分转化成渡换热腔18的内能；由于第二小膨胀室10中的冲击波已经衰减到一定程度，此时第二小膨胀室10中的冲击波随烟气经过若干进气孔23网群进入第二膨胀室管28中时受到的流体阻力较小，然后从若干出气孔14中导出到第三小膨胀室12中，经过两道孔网结构使其阻性消声，在有限的流体阻力情况下，进一步削弱声波强度，进入第三小膨胀室12中的冲击波被进一步被衰减，然后第三小膨胀室12中的冲击波最后经过第四小膨胀室29.1后从第一节消声器排气管31排出；
从第一节消声器排气管31导出的冲击波进入到散烟罩61中，在散烟罩61的网孔阻性消音效应作用声波再次被削弱，同时消音预热室56也等效为一个声波膨胀室，进入消音预热室56中的声波最后一次被衰减，与此同时从散烟罩61上的各漏烟网孔60溢出的尾气均匀喷向螺旋换热管58，并对螺旋换热管58连续加热，同时螺旋换热管58也相应吸收消音预热室56中的震荡能量，并部分转化成螺旋换热管58的内能，与此同时消音预热室56中的高温尾气通过热传导的形式再次将烟气中的热量传递给螺旋换热管58，进而对螺旋换热管58中的空气加热；最终声波和尾气从第二节消声器排气管67排出外界。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。