尾气处理装置和车辆的制作方法

1.本公开涉及车辆制造技术领域，具体地，涉及一种尾气处理装置和车辆。


背景技术：

2.目前，由于氢能发动机不会排出传统燃油车排出的co、ch、pm，汽车行业的氢能发动机的已经成为未来十年最具潜力的新能源发动机。但是，氢能发动机也会排放no
x
(氮氧化物)污染物。
3.相关技术中，通常通过降低发动机燃烧室内的温度，进而降低no
x
排放。但是这会使得发动机的燃烧效率下降，但是要确保发动机燃烧效率就要提高氢能发动机的燃烧室内温度，当温度在1300℃以上时，no
x
排放量要超过传统能源发动机，因此需要在燃烧效率和尾气排放间寻求平衡。


技术实现要素：

4.本公开的第一个目的是提供一种尾气处理装置，该尾气处理装置抑制氮氧化物排放，并保证发动机的燃烧效率。
5.本公开的第二个目的是提供一种车辆，该车辆配置有本公开提供的尾气处理装置。
6.为了实现上述目的，本公开提供一种尾气处理装置，用于处理尾气中的氮氧化物，所述氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，所述尾气处理装置包括：沿尾气的流向依次设置的第一处理部、第二处理部以及第三处理部；
7.其中，所述第一处理部用于吸附尾气中的氧气；
8.所述尾气处理装置还包括向所述第二处理部提供氢气的第一氢气喷射部件，在所述第二处理部，尾气中的一氧化氮与氢气反应生成氨气；
9.所述第三处理部用于将尾气中的二氧化氮与来自所述第二处理部的氨气反应生成水和氮气；
10.所述尾气处理装置还包括设置在所述第一处理部上游的第四处理部，所述第四处理部用于将所述尾气中的部分一氧化氮转化成二氧化氮。
11.可选地，
12.所述第一处理部包括具有第一通孔的第一载体，所述第一通孔中涂覆有用于吸附尾气中的氧气的第一涂层；
13.所述第二处理部包括具有第二通孔的第二载体，所述第二通孔中涂覆有用于促进一氧化氮和氢气反应的第二涂层；
14.所述第三处理部包括具有第三通孔的第三载体，所述第三通孔中涂覆有用于促进氨气和二氧化氮反应的第三涂层；
15.所述第四处理部包括具有第四通孔的第四载体，所述第四通孔中涂覆有用于促进一氧化氮转化成二氧化氮的第四涂层，
16.其中，所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔和所述第四通孔分别形成为尾气流通通道。
17.可选地，所述第一涂层包括二氧化硅涂层、所述第二涂层包括铂涂层、所述第三涂层包括五氧化二钒涂层、所述第四涂层包括二氧化铈涂层。
18.可选地，所述二氧化硅涂层中混合有氧化铝助剂、所述铂涂层中混合有氧化铝助剂。
19.可选地，所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔和所述第四通孔的数量分别为多个。
20.可选地，尾气处理装置还包括罩设在所述第一载体和所述第四载体外侧的第一壳体、罩设在所述第二载体外侧的第二壳体以及罩设在所述第三载体部外侧的第三壳体，所述第一壳体、所述第二壳体以及所述第三壳体依次通过管路连通。
21.可选地，所述第一壳体、所述第二壳体以及所述第三壳体分别构造为轴筒，所述第一载体、所述第二载体以及所述第三载体分别构造为轴线与所述轴筒的轴线平行的圆柱型结构，所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔和所述第四通孔分别平行于所述轴筒的轴线。
22.可选地，所述轴筒包括：
23.主体段，用于容纳所述第一载体、所述第二载体以及所述第三载体和所述第四载体；和
24.连接段，沿轴向连接在所述主体段的两端，所述连接段与所述管路相连，所述连接段的直径小于所述主体段的直径；以及
25.锥形段，连通设置在所述主体段和所述连接段之间。
26.可选地，所述尾气处理装置还包括设置在所述第一处理部下游且位于所述第二处理部上游的第一氮氧传感器。
27.可选地，所述第三处理部下游设置有第二氮氧传感器。
28.本公开的第二个方面，提供一种车辆，包括以上所述的尾气处理装置；和
29.氢能发动机，所述氢能发动机的排气口与第一壳体的进气口连通；以及
30.第二氢气喷射部件，靠近所述排气口设置，用于向发动机气缸喷射氢气。
31.上述技术方案，本公开提供的尾气处理装置，通过在壳体内部设置沿尾气流动方向布置的第一处理部、第二处理部以及第三处理部和第四处理部，通过第一处理部对尾气中存在的氧气进行吸附，以保证第二处理部和第三处理部对尾气中的氮氧化物的处理过程没有氧气的参与，通过设置第四处理部提供二氧化氮，确保了二氧化氮的含量能够与第三处理部产生的氨气相对应，避免氨气转化地不彻底，提高尾气处理装置对尾气的效果，且尾气经过尾气处理装置的多次处理，生成无毒无害的水和氮气后排出，有效地抑制了氮氧化物排放，不需要降低发动机燃烧温度来减少氮氧化物的排放，确保了发动机的燃烧效率。
32.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
33.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
34.图1是本公开另一个示例性实施方式提供的尾气处理装置的原理图；
35.图2是本公开示例性实施方式提供的尾气处理装置的局部结构示意图；
36.图3是本公开示例性实施方式提供的尾气处理装置中第一载体，或第二载体，或第三载体，或第四载体的局部示意图；
37.图4是本公开提供的车辆中氢能发动机的局部结构示意图。
38.附图标记说明
39.11
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第一载体
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12
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第二载体
40.13
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第三载体
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14
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第四载体
41.21
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第一壳体
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22
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第二壳体
42.23
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第三壳体
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201
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主体段
43.202
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连接段
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203
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锥形段
[0044]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬套
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41
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第一氢气喷射部件
[0045]
42
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第二氢气喷射部件
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51
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第一氮氢传感器
[0046]
52
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二氮氢传感器
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61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
排气口
[0047]
62
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发动机气缸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
63
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活塞
具体实施方式
[0048]
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0049]
在本公开中，在未作相反说明的情况下，“上游”“下游”是根据尾气排放过程的流动方向定义的。“内”“外”通常是针对相应零部件的本身轮廓而言的。本公开中使用的术语如“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，下面的描述在涉及附图时，不同附图中的同一附图标记表示相同或相似的要素。
[0050]
本公开提供的一种尾气处理装置，该尾气处理装置可以用于处理发动机(如：燃油发动机、氢能发动机等)尾气中的氮氧化物，氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮。参照图4，该尾气处理装置可以包括沿尾气的流向依次设置，用于处理尾气的第一处理部、第二处理部以及第三处理部，以对尾气进行多次处理。第一处理部可以用于吸附尾气中的氧气，通过第一处理部将氧气吸附，以避免氢能发动机燃烧不彻底时，剩余的氧气流向第一处理部的下游，参与第一处理部下游发生的反应，从而避免氧气影响对尾气中的一氧化氮和二氧化氮进行的处理。尾气处理装置可以还包括能够向第二处理部提供氢气的第一氢气喷射部件41，在第二处理部，尾气中的一氧化氮可以与氢气反应生成氨气，以为后续生成无毒无害的气体反应提供反应物，同时氢气也能够和一氧化氮反应，并生成一部分水和无毒无害的氮气，以减少尾气中氮氧化物的含量。第三处理部可以用于将尾气中的二氧化氮与来自第二处理部的氨气反应生成水和氮气，水和氮气可以经过出气口排出，有效地控制了二氧化氮的排放，避免了氢能发动机尾气排放对空气造成的污染。避免了需要降低氢能发动机的燃烧温度来抑制尾气中氮氧化物的排放，有效地确保了氢能发动机的燃烧功率。
[0051]
参照图1，尾气处理装置还可以包括设置在第一处理部上游的第四处理部，第四处理部可以用于将尾气中的部分一氧化氮转化成二氧化氮。根据本公开上面提供的实施例，尾气流经第一处理部后在第二处理部产生的氨气含量可能会达到30％，但是发动机排出的
二氧化氮大概在10％，也就是说存在氨气过量的情况。因此，通过设置第四处理部将尾气中的部分氧化氮转化成二氧化氮，可以使经第二处理部流出的氨气与二氧化氮充分地反应，提高了尾气处理装置的工作效率，保证了尾气中的氮氧化物能够被更彻底地转化为无毒无害的气体。第四处理部可以与第一处理部共同设置在第一壳体21的内部，以使得被第四处理部转化成二氧化氮的一氧化氮能够及时地进入到第一处理部，提高尾气处理效率。
[0052]
通过上述技术方案，本公开提供的尾气处理装置，通过沿尾气流动方向布置第一处理部，第二处理部以及第三处理部和第四处理部，通过第一处理部对尾气中存在的氧气进行吸附，以保证第二处理部和第三处理部对尾气中的氮氧化物的处理过程没有氧气的参与，通过设置第四处理部提供二氧化氮，确保了二氧化氮的含量能够与第三处理部产生的氨气相对应，避免氨气转化地不彻底，提高了尾气处理装置对尾气的处理效果，且尾气经过尾气处理装置的进行多次处理，生成无毒无害的水和氮气后排出，有效地抑制了尾气中氮氧化物排放量，且不需要降低发动机燃烧温度来减少氮氧化物的排放，确保了发动机的燃烧效率。
[0053]
具体地，在第二处理部，反应过程如下：
[0054]
no+1/2h2→
h2o+nh3；h2+no
→
h2o+1/2n2，
[0055]
即在第二处理部，氢气与一氧化氮反应后会产生无害的氮气和水，以及有害的需要后续进一步处理的二氧化氮。由于在第一处理部中，尾气中的氧气已经被吸附，从而不会影响上述两个反应过程的进行。
[0056]
在第三处理部，反应过程如下：
[0057]
4nh3+3no2→
7/2n2+6h2o，
[0058]
即在第三处理部，氨气和二氧化氮反应后会产生无害的氮气和水，至此，经过第一处理部、第二处理部以及第三处理部的处理，尾气中的一氧化氮、二氧化氮以及中间产物氨气均已被处理，最终以无害的氮气和水的形式排出。
[0059]
在第四处理部，反应过程如下：
[0060]
ceo2+3no+2o2
→
ce(no3)3；ce(no3)3
→
ceo2+3no2+1/2o2，
[0061]
即在第四处理部，通过上述两阶段的化学反应，尾气中的部分一氧化氮转化成二氧化氮，从而可以解决第三处理部产生的氨气过量的问题。
[0062]
参照图1和图2，第一处理部可以包括具有第一通孔111的第一载体11，第一通孔111可以中涂覆有用于吸附尾气中的氧气的第一涂层(图中未示出)，且第一通孔111可以形成为尾气流通的通道，当尾气流经时第一通孔111尾气中的氧气会被及时地吸附，使得第一处理部具有较高的吸氧效率，同时第一涂层涂覆在通孔内部，保证了第一涂层与尾气的接触效果，也有效地避免了第一涂层受到刮蹭而导致除氧效率的降低，提高了第一涂层的使用寿命，保证了对尾气的处理效果。
[0063]
第二处理部可以包括具有第二通孔121的第二载体12，第二通孔中涂覆有用于促进一氧化氮和氢气反应的第二涂层(图中未示出)，且第二通孔121可以形成为尾气流通的通道，当尾气从第一处理部流向第二处理部，在第二处理部流通时，第二涂层能够随着尾气的流动，及时促进尾气中的一氧化氮与氢气反应，以提高第二处理部对尾气的处理效率，同时，第二涂层可以涂覆在第二通孔121内部，能够保证第二涂层与尾气的接触效果，也有效地避免了第二涂层受到剐蹭而引起导致尾气处理效率的降低，提高了第二涂层的使用寿
命，保证了对尾气的处理效果。
[0064]
第三处理部可以包括具有第三通孔131的第三载体13，第三通孔131中涂覆促进有氨气和二氧化氮反应的第三涂层(图中未示出)，第三通孔131可以形成为尾气流通通道，当尾气从第二处理部流向第三处理部时，第三处理部能够随着尾气的流动的同时，及时地促进氨气与二氧化氮的反应，以提高第三处理部对尾气的处理效率，同时，第三涂层可以涂覆在第三通孔131内部，保证了第三涂层与尾气的接触效果，也有效地避免了第三涂层受到刮蹭而引起导致尾气处理效率的降低，提高了第三涂层的使用寿命，保证了对尾气的处理效果。
[0065]
参照图3，第四处理部可以包括具有第四通孔141的第四载体14，第四通孔141中涂覆有促进一氧化氮生成二氧化氮的第四涂层。第四通孔141可以形成为供尾气流通的通道，使得尾气在流经第四处理部过程中能够及时充分促进一氧化氮生成二氧化氮，以提高尾气的处理速率。同时，由于第四涂层涂覆在第四通孔141中，有效地提高了尾气与第四涂层的接触效果，也有效地避免了第四涂层受到刮蹭而引起导致尾气处理效率的降低，提高了第三四涂层的使用寿命，保证了对尾气的处理效果。
[0066]
根据本公开提供的一些实施例，第一涂层包括可以为二氧化硅涂层，其具有较强地吸附氧的能力，确保氧气不会流向第一处理部的下游，保证了尾气处理装置对尾气的处理效果。进一步地，二氧化硅涂层中还混合有氧化铝助剂，以有效地效提高二氧化硅涂层的活性和稳定性，确保对氧的吸附效果。
[0067]
根据本公开提供的一些实施例，第二涂层可以为铂涂层，铂涂层具有较强地催化氢气与一氧化氮反应的能力，以生成氨气、水以及氮气，保证了尾气处理装置对尾气的处理效果。进一步地，铂涂层中还可以混合有氧化铝助剂，以有效地提高铂涂层的活性和稳定性，以保证铂涂层的催化效果。
[0068]
根据本公开提供的一些实施例，第三涂层可以为五氧化二钒涂层，氨气能够被五氧化二钒分子筛吸附并与二氧化氮反应，生成无毒无害氮气和水，确保了尾气中氮氧化物的处理效果。
[0069]
根据本公开提供的一些实施例，第四涂层可以为二氧化铈涂层。二氧化铈能够与一氧化氮充分反应，且不溶于水，具有较强地稳定性。其中，二氧化铈的含量可以根据一氧化氮转为二氧化氮量设置，以确保由足够的一氧化氮，并避免一氧化氮提供过多造成资源浪费。
[0070]
参照图2和图3，第一通孔111、第二通孔121和第三通孔131以及第四通孔141的数量可以分别为多个。以提高第一涂层、第二涂层以及第三涂层和第四涂层的涂覆面积，并使得尾气能够充分地依次与第四涂层、第一涂层、第二涂层以及第三涂层接触，有效地提高了尾气处理装置对尾气的处理效率。
[0071]
参照图1和图2，尾气处理装置还可以包括分别罩设在第一载体11和第四载体14外侧的第一壳体21、罩设在第二载体12外侧的第二壳体22以及罩设在所述第三载体13外侧的第三壳体23，以分别保护第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14，并将第一载体11和第四载体14、第二载体12以及第三载体13有效间隔，提高对尾气处理过程的稳定性。其中，该第一壳体21、第二壳体22以及第三壳体23可以通过管路连接，本公开提供的尾气处理装置可以设置在氢能发动机的下游，在第一壳体21上与第二壳体22连接相对的一侧
可以形成为进气口，在第三壳体23上与第二壳体22连接相对的一侧可以形成为出气口，进气口一侧可以连通于下面将提到的氢能发动机的排气口61，当尾气从氢气发动机的排气口61排出时，经进气口通入到第一壳体21中，然后依次流经第四载体14和第一载体11、第二载体12以及第三载体13处理后再通过出气口流出。
[0072]
参照图2，第一壳体21、所述第二壳体22以及所述第三壳体23分别可以构造为轴筒，轴筒的内腔可以形成为容纳空间，第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14可以分别构造为轴线与轴筒的轴线平行的圆柱型结构，以容纳在轴筒中，使得尾气处理装置的整体性得到了提高，能够避免第一载体11、第二载体12以及第三载体13直接与外界接触，降低了第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14受到损坏的风险。第一通孔111、第二通孔121以及第三通孔131和第四通孔141可以分别平行于轴筒的轴线，使得通孔中的尾气流向与壳体2中的尾气整体流向一致，确保尾气能够单向、顺畅地排出。第一通孔111、第二通孔121、以及第三通孔131和第四通孔141可以位于同一水平高度，确保在第四通孔141和第一通孔111、第二通孔121以及第三通孔131内的气体能够稳定地流动。
[0073]
参照图1和图2，轴筒可以包括主体段201、连接段202和锥形段203。主体段201可以用于容纳第一处理部、第二处理部以及第三处理部和第四处理部，主体段201的内径不小于第一处理部、第二处理部以及第三处理部和第四处理部的外径，以确保轴筒能够为第一处理部、第二处理部以及第三处理部和第四处理部提供足够的容纳空间，使得流经主体段201的尾气能够充分的反应。连接段202可以沿轴向连接在主体段201的两端，连接段202可以形成为管路，且直径小于主体段201，不仅能够保证尾气能够在壳体内部流通，并通过轴筒自身的结构形成的管路，提高了第一壳体21、第二壳体22以及第三壳体23之间连接效果，同时还能够减小尾气处理装置的占用空间。锥形段203可以连通设置在主体段201和连接段202之间，例如通过锥形段203的两端分别与主体段201和连接段202焊接，以保证主体段201和连接段202的连接效果。根据本公开提供的一些实施例，第四处理部可以与第一处理部设置在同一个主体段201内部，以提高第四处理部产生的二氧化氮向下游流动的速率，可以先将涂覆有第一涂层的第一载体11和涂覆有第四涂层的第四载体14、涂覆有第二涂层的第二载体12以及涂覆有第三涂层的第三载体13分别放置在主体段201内，再将主体段201分别与锥形段203连接，例如焊接，以提高主体段201与锥形段203的连接效果，然后锥形段203再通过连接段202连接，例如焊接，以提高锥形段203与连接段202的连接效果，这样使得第一壳体21、第二壳体22以及第三壳体23之间具有较强的连接效果，保证了第一壳体21、第二壳体22以及第三壳体23的整体效果更强，提高尾气处理装置的装配效率，降低了尾气处理装置的装配难度。同时，多段主体段201还能够将第一处理部和第四处理部、第二处理部、第三处理部有效地分隔开，保证尾气在尾气处理装置中反应的稳定性。
[0074]
参照图2，第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14的外侧还可以分别套设有衬套3，衬套3的外侧能够贴合于主体段201的内壁，有效地提高了第一壳体21与第一载体11和第四载体14、第二壳体22与第二载体12以及第三壳体23与第三载体13之间的密封效果，防止尾气在第一壳体21与第一载体11、第二壳体22内流通时，尾气会从第一壳体21的内壁与第一载体11和第四载体14的外壁、第二壳体22内壁与第二载体12外壁以及第三壳体23内壁与第三载体13外壁之间形成的孔隙中流通过，保证尾气能够依次从第四通孔141、第一通孔111、第二通孔121以及第三通孔131中通过，从而保证尾气能够被充分处理后排
出。根据本公开提供地一些实施例，衬垫3可以由柔性材质制成，不仅提高了第一壳体21与第一载体11和第四载体14、第二壳体22与第二载体12以及第三壳体23与第三载体13之间的密封效果，同时还能够起到缓冲作用，避免第一壳体21或第二壳体22或第三壳体23受到撞击或挤压导致第一载体11、第四载体14、第二载体12以及第三载体13的损坏。第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14可以由惰性材质制成，例如陶瓷、碳化硅等，使得第一载体11、第二载体12以及第三载体13和第四载体14具有较强地稳定性，并具有较长地使用寿命，以保证尾气流经第一处理部、第二处理部以及第三处理部时反应的稳定性，进而确保尾气的处理效果。
[0075]
参照图1，尾气处理装置还可以包括设置第一处理部下游且位于第二处理部上游的第一氮氧传感器51。第一氮氧传感器51可以用于检测经第一处理部流向第二处理部的尾气中氮氧化物的含量，第二处理部中的第一氢气喷射部件41可以依据第一氮氧传感器51检测到的氮氧化物的量来判断喷氢量，以对尾气进行处理，保证了第一氢气喷射部件41能够向第二处理部提供足够的氢气以满足对尾气的处理，又能避免氢气供应过多造成资源浪费或影响对尾气的处理效果。
[0076]
参照图1，第三处理部下游可以设置有用于检测氮氧化物排放的第二氮氧传感器52。通过第二氮氧传感器52能够实时监控排放尾气中的氮氧化物的含量是否超标，以便于用户能够实时地了解到尾气处理装置对尾气的处理情况，使得尾气处理装置发生故障或其他情况时，用户能够及时对尾气处理装置进行检修与维护，能够有效地提高尾气处理装置的使用寿命，并确保对尾气的处理效果。
[0077]
本公开的第二个方面提供一种车辆，包括氢能发动机以及根据以上所述的尾气处理装置，该车辆具有上述尾气处理装置的所有有益效果，这里不再赘述。氢能发动机的排气口61可以与上面提到第一壳体21的进气口连通，以使得经排气口61排出的尾气能够及时的经进气口依次流经第一壳体21、第二壳体22以及第三壳体23中，并依次在第一处理部、第二处理部以及第三处理部被处理后经出气口排出，使尾气中的氮氧化物能够被及时且充分地处理。
[0078]
进一步地，参照图1和图4，本公开提供的车辆还可以包括靠近排气口61设置的，能够向发动机气缸62喷射氢气的第二氢气喷射部件42。当第一氮氧传感器51检测到经第一处理部流出的尾气中含有氧气时，说明尾气源的氧气含量过高，此时，在活塞63缩回到缸体过程中，根据第一氮氧传感器51检测到的氧气量，可以通过发动机控制系统控制第二氢气喷射部件42向发动机气缸62内喷射适量地氢气，以与发动机燃烧剩余的氧气反应产生水，氢气能够经进气口流向第一处理部，与第一处理部中被第一涂层吸附的氧气反应生成水然后排出，为后续通入第一处理部的含有氧气的尾气提供吸附空间，以保证对尾气中氧气吸附的持续进行，有效地保证了氧气不会流向第一处理部的下游，确保了对尾气后续处理过程的稳定性。
[0079]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0080]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可
能的组合方式不再另行说明。
[0081]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。