本发明属于尾气处理领域，尤其涉及一种发动机尾气处理系统及其方法。
背景技术：
发动机的尾气蕴含大量气体冲击动能，现有的尾气装置往往没有将其利用，或利用过程中会已损失排气阻力为代价；
同时，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尾气动能的一种发动机尾气处理系统及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种发动机尾气处理系统，包括尾气动能发电单元、消声及空气预热单元、尾气净化单元、发动机尾气排气管、尾气动能发电单元排气管、空气预热进气管、空气预热出气管、消声器排气管、尾气净化单元排气管；
所述发动机尾气排气管的连接所述尾气动能发电单元的尾气进气端，所述尾气动能发电单元的排气端连接所述尾气动能发电单元排气管，所述尾气动能发电单元排气管的出气端连接所述消声及空气预热单元的尾气进气端，所述消声及空气预热单元的尾气出气端连接所述消声器排气管，所述消声器排气管的出气端连接所述尾气净化单元的尾气进气端；所述尾气净化单元的排气端连接所述尾气净化单元排气管，所述尾气净化单元排气管导通外界；
所述空气预热进气管的一端导通外界，另一端导通连接所述消声及空气预热单元的冷空气进气端，所述消声及空气预热单元热空气出气端连接所述空气预热出气管；所述空气预热出气管连接发动机的进气管路；
所述尾气动能发电单元排气管外侧还同轴心密封包袱有绝热管，所述绝热管和所述尾气动能发电单元排气管之间形成绝热间隙；所述尾气净化单元为尾气触媒转换器。
进一步的，所述尾气动能发电单元包括发电机、气体动能转化器、传动轴；
所述发电机和所述气体动能转化器分别固定安装于支撑底座上；所述气体动能转化器的动力输出端与所述传动轴驱动连接，所述传动轴与所述发电机的机芯转子同步连接；所述气体动能转化器可驱动所述传动轴转动并带动发电机的机芯转子同步转动。
进一步的，所述气体动能转化器包括内壳体、外壳体、被动离心叶轮；
所述内壳体和外壳体为密闭壳体结构，所述外壳体包袱于所述内壳体外侧，且所述外壳体和所述内壳体之间的间隙形成隔音保温层；所述被动离心叶轮可转动设置于所述内壳体的壳腔中，且所述离心叶轮与所述传动轴同步连接；
发动机尾气排气管的出气端和尾气动能发电单元排气管的进气端分别伸入所述内壳体的壳腔中，且所述发动机尾气排气管的出气端和尾气动能发电单元排气管的进气端同轴心相对设置，且所述发动机尾气排气管的出气端和尾气动能发电单元排气管的进气端之间具有气体通道，所述被动离心叶轮位于所述气体通道正上方，且所述被动离心叶轮的轴线与所述气体通道的延伸方向垂直；所述气体通道之间的气流可带动离心叶轮上的离心叶片。
进一步的，所述消声及空气预热单元内部延长度方向依次包括第一舒张室、过渡换热腔、第二舒张室、第三舒张室，所述第一舒张室、过渡换热腔、第二舒张室和第三舒张室分别为相互同轴心的柱腔结构；所述第一舒张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舒张室之间具有第二隔层，所述第二舒张室和第三舒张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、第二舒张室和第三舒张室外侧；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；
还包括第一舒张室管、第二舒张室管、空气换热管束和储气箱；所述第一舒张室管同轴心穿过所述过渡换热腔，且所述第一舒张室管两端分别伸入所述第一舒张室和第二舒张室中；所述第二舒张室管同轴心穿过所述第三隔层，且所述第二舒张室管两端分别伸入所述第二舒张室和第三舒张室中，所述尾气动能发电单元排气管的出气端伸入所述第一舒张室中；所述消声器排气管的尾气排出入口伸入所述第三舒张室中；所述空气预热进气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舒张室的舒张室包壁外侧，且所述储气箱位于所述第一舒张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舒张室，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；所述空气换热管束分布于所述第一舒张室的半腔室，所述尾气动能发电单元排气管的出气端伸入所述第一舒张室的另一半腔室中。
进一步的，所述第一舒张室管伸入所述第二舒张室的一端呈喇叭口状扩开；所述第二舒张室中还包括第一导流锥，所述第一导流锥为锥形薄壁结构，所述第一导流锥同轴心于所述喇叭口和所述第二舒张室管之间，所述第一导流锥的尖端伸入所述喇叭口中，所述喇叭口锥面与所述第一导流锥的锥面相平行，且所述喇叭口锥面与所述第一导流锥的锥面之间形成环锥形型导音通道；
所述第二舒张室管伸入所述第二舒张室的端部与所述第一导流锥的锥壁内侧一体化连接，且所述第二舒张室管靠近所述第一导流锥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；
所述第二舒张室中还包括导流环壁，所述环形导流壁为与所述第二舒张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导流锥的粗端一体化连接；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；所述第一导流锥与所述环形导流壁之间形成第一小舒张室，所述第三隔层和所述第一导流锥内侧之间形成第二小舒张室。
进一步的，所述第三舒张室中还包括第二导流锥，所述第二导流锥为与所述第三舒张室同轴心的锥形薄壁结构，所述第二导流锥靠近所述尾气排出入口的一端为尖端，所述第二舒张室管伸入所述第三舒张室的端部与所述第二导流锥的锥壁内侧一体化连接，且所述第二舒张室管靠近所述第二导流锥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；所述第二导流锥内侧与所述第三隔层之间形成第三小舒张室。
进一步的，一种发动机尾气处理系统的方法：
尾气路径：尾气通过从柴油发动机的燃烧室排气口经发动机尾气排气管排向尾气动能发电单元中的壳腔中，然后壳腔中的尾气经过尾气动能发电单元排气管导入至第一舒张室中，所述第一舒张室中的烟气累积后通过第一舒张室管导入到第二舒张室中，然后第二舒张室中的烟气通过第二舒张室管导入到第三舒张室中，最终烟气从第三舒张室排入消声器排气管中；
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；
发电、消声、预热空气加热过程：
发动机尾气排气管的出气端连续间歇式向壳腔冲出蕴含冲击动能的尾气，并沿气体通道流向尾气动能发电单元排气管的进气端，并流进尾气动能发电单元排气管，此时气体通道上的冲击性高速气流带动被动离心叶轮旋转，进而带动发电机中的机芯转子转动，该气体通道的设置使壳腔内的尾气流动顺畅，极大减少尾气阻力的前提下发电，避免了增加排气阻力的弊端；进一步的尾气动能发电单元排气管中的尾气导入至第一舒张室中时在扩张式抗性消音效应下，噪音在第一舒张室中的声波强度第一次衰减，与此同时第一舒张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舒张室管中，并从第一舒张室管的喇叭口冲出，从喇叭口出来的冲击波在第一导流锥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，在第一小舒张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舒张室中，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，进入第二小舒张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舒张室和第二舒张室中的热量，并将热量传递给渡换热腔中的空气，与此同时第一舒张室和第二舒张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；由于第二小舒张室中的冲击波已经衰减到一定程度，此时第二小舒张室中的冲击波随烟气经过若干进气孔网群进入第二舒张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舒张室中，经过两道孔网结构使其阻性消声，第三小舒张室中的冲击波被进一步被衰减，然后第三小舒张室中的冲击波最后经过第四小舒张室后从消声器排气管排出。
有益效果：本发明的结构简单，发电单元中采用气体通道的设置使壳腔内的尾气流动顺畅，极大减少尾气阻力的前提下发电，避免了增加排气阻力的弊端；采用导流锥结构，使第二舒张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，同时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。
附图说明
附图1为本发明整体结构第一示意图；
附图2为本发明整体结构第二示意图；
附图3为本发明整体结构立体剖视图；
附图4尾气动能发电单元局部剖视图；
附图5尾气动能发电单元局部立体剖视图；
附图6消声及空气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、结构说明：
如附图1至3所示的一种发动机尾气处理系统，包括尾气动能发电单元73、消声及空气预热单元32、尾气净化单元70、发动机尾气排气管72、尾气动能发电单元排气管15、空气预热进气管30、空气预热出气管1、消声器排气管31、尾气净化单元排气管71；
所述发动机尾气排气管72的连接所述尾气动能发电单元73的尾气进气端，所述尾气动能发电单元73的排气端连接所述尾气动能发电单元排气管15，所述尾气动能发电单元排气管15的出气端连接所述消声及空气预热单元32的尾气进气端，所述消声及空气预热单元32的尾气出气端连接所述消声器排气管31，所述消声器排气管31的出气端连接所述尾气净化单元70的尾气进气端；所述尾气净化单元70的排气端连接所述尾气净化单元排气管71，所述尾气净化单元排气管71导通外界；
所述空气预热进气管30的一端导通外界，另一端导通连接所述消声及空气预热单元32的冷空气进气端，所述消声及空气预热单元32热空气出气端连接所述空气预热出气管1；所述空气预热出气管1连接发动机的进气管路；
如图4，所述尾气动能发电单元排气管15外侧还同轴心密封包袱有绝热管69，所述绝热管69和所述尾气动能发电单元排气管15之间形成绝热间隙68；所述尾气净化单元70为尾气触媒转换器。
如图3至5所示，所述尾气动能发电单元73包括发电机75、气体动能转化器74、传动轴78；所述发电机75和所述气体动能转化器74分别固定安装于支撑底座76上；所述气体动能转化器74的动力输出端与所述传动轴78驱动连接，所述传动轴78与所述发电机75的机芯转子同步连接；所述气体动能转化器74可驱动所述传动轴78转动并带动发电机75的机芯转子同步转动。
本实施例中的气体动能转化器74包括内壳体65、外壳体63、被动离心叶轮61；所述内壳体65和外壳体63为密闭壳体结构，所述外壳体63包袱于所述内壳体65外侧，且所述外壳体63和所述内壳体65之间的间隙形成隔音保温层64；所述被动离心叶轮61可转动设置于所述内壳体65的壳腔66中，且所述离心叶轮61与所述传动轴78同步连接；发动机尾气排气管72的出气端和尾气动能发电单元排气管15的进气端分别伸入所述内壳体65的壳腔66中，且所述发动机尾气排气管72的出气端和尾气动能发电单元排气管15的进气端同轴心相对设置，且所述发动机尾气排气管72的出气端和尾气动能发电单元排气管15的进气端之间具有气体通道67，所述被动离心叶轮61位于所述气体通道67正上方，且所述被动离心叶轮61的轴线与所述气体通道67的延伸方向垂直；所述气体通道67之间的气流可带动离心叶轮61上的离心叶片62。
如图6，本实施例中，消声及空气预热单元32内部延长度方向依次包括第一舒张室17、过渡换热腔18、第二舒张室19、第三舒张室29，所述第一舒张室17、过渡换热腔18、第二舒张室19和第三舒张室29分别为相互同轴心的柱腔结构；所述第一舒张室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和第二舒张室19之间具有第二隔层22，所述第二舒张室19和第三舒张室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、第二舒张室19和第三舒张室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；
还包括第一舒张室管16、第二舒张室管28、空气换热管束3和储气箱21；所述第一舒张室管16同轴心穿过所述过渡换热腔18，且所述第一舒张室管16两端分别伸入所述第一舒张室17和第二舒张室19中；所述第二舒张室管28同轴心穿过所述第三隔层27，且所述第二舒张室管28两端分别伸入所述第二舒张室19和第三舒张室29中，所述尾气动能发电单元排气管15的出气端伸入所述第一舒张室17中；所述消声器排气管31的尾气排出入口31.1伸入所述第三舒张室29中；所述空气预热进气管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舒张室17的舒张室包壁20外侧，且所述储气箱21位于所述第一舒张室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舒张室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分布于所述第一舒张室17的半腔室4，所述尾气动能发电单元排气管15的出气端伸入所述第一舒张室17的另一半腔室中。
所述第一舒张室管16伸入所述第二舒张室19的一端呈喇叭口33状扩开；所述第二舒张室19中还包括第一导流锥25，所述第一导流锥25为锥形薄壁结构，所述第一导流锥25同轴心于所述喇叭口33和所述第二舒张室管28之间，所述第一导流锥25的尖端伸入所述喇叭口33中，所述喇叭口33锥面与所述第一导流锥25的锥面相平行，且所述喇叭口33锥面与所述第一导流锥25的锥面之间形成环锥形型导音通道7；
所述第二舒张室管28伸入所述第二舒张室19的端部与所述第一导流锥25的锥壁内侧一体化连接，且所述第二舒张室管28靠近所述第一导流锥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；
所述第二舒张室19中还包括导流环壁9，所述环形导流壁9为与所述第二舒张室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的一端与所述第一导流锥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；所述第一导流锥25与所述环形导流壁9之间形成第一小舒张室8，所述第三隔层27和所述第一导流锥25内侧之间形成第二小舒张室10。
所述第三舒张室29中还包括第二导流锥13，所述第二导流锥13为与所述第三舒张室29同轴心的锥形薄壁结构，所述第二导流锥13靠近所述尾气排出入口31.1的一端为尖端，所述第二舒张室管28伸入所述第三舒张室29的端部与所述第二导流锥13的锥壁内侧一体化连接，且所述第二舒张室管28靠近所述第二导流锥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；所述第二导流锥13内侧与所述第三隔层27之间形成第三小舒张室12。
2、方法、过程以及技术原理整理：
尾气路径：尾气通过从柴油发动机的燃烧室排气口经发动机尾气排气管72排向尾气动能发电单元73中的壳腔66中，然后壳腔66中的尾气经过尾气动能发电单元排气管15导入至第一舒张室17中，所述第一舒张室17中的烟气累积后通过第一舒张室管16导入到第二舒张室19中，然后第二舒张室19中的烟气通过第二舒张室管28导入到第三舒张室29中，最终烟气从第三舒张室29排入消声器排气管31中；
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：发电、消声、预热空气加热过程：
发动机尾气排气管72的出气端连续间歇式向壳腔66冲出蕴含冲击动能的尾气，并沿气体通道67流向尾气动能发电单元排气管15的进气端，并流进尾气动能发电单元排气管15，此时气体通道67上的冲击性高速气流带动被动离心叶轮61旋转，进而带动发电机75中的机芯转子转动，该气体通道67的设置使壳腔66内的尾气流动顺畅，极大减少尾气阻力的前提下发电，避免了增加排气阻力的弊端；进一步的尾气动能发电单元排气管15导入至第一舒张室17中时在扩张式抗性消音效应下，噪音在第一舒张室17中的声波强度第一次衰减，与此同时第一舒张室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舒张室管16中，并从第一舒张室管16的喇叭口33冲出，从喇叭口33出来的冲击波在第一导流锥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导流锥25的尖端对侧的内凹结构扩增了第二小舒张室10的空腔体积，提高第二小舒张室10的舒张强度；进一步的，在第一小舒张室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舒张室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，进入第二小舒张室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分别吸收第一舒张室17和第二舒张室19中的热量，并将热量传递给渡换热腔18中的空气，与此同时第一舒张室17和第二舒张室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；由于第二小舒张室10中的冲击波已经衰减到一定程度，此时第二小舒张室10中的冲击波随烟气经过若干进气孔23网群进入第二舒张室管28中时受到的流体阻力较小，然后从若干出气孔14中导出到第三小舒张室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，进入第三小舒张室12中的冲击波被进一步被衰减，然后第三小舒张室12中的冲击波最后经过第四小舒张室29.1后从消声器排气管31排出。
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。