CN105593496A - 用于改进的催化剂起燃的早排气阀门打开 - Google Patents

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Abstract

用于与内燃机关联的催化剂的加速加热的能量可以通过热燃烧产物以显热(热量)的形式被提供。在一些变型方式中，排气阀门的打开和/或关闭的正时可以被操纵以在废气中增加传递到该催化剂的显热。

Description

用于改进的催化剂起燃的早排气阀门打开
相关申请交叉引用
当前的申请要求于2013年7月26日提交的序列号为61/859,036的美国临时专利申请的优先权，其通过引用在此被全文并入。
技术领域
本文描述的主题涉及内燃机，例如使用催化剂以化学地转换在废气中的燃烧副产品的内燃机。
背景技术
一旦催化剂材料已经达到足够高的温度，催化转化器在将污染物转换成良性气体中具有难以置信的效用。例如，在废气中的烃和一氧化碳通过使用少量的过量氧气、在催化剂存在的情况下产生水和二氧化碳。在三效催化剂中，氮的氧化物(例如NO和NO2，它们统称为NOX)也通过还原反应产生氮气(N2)和水而被除去。然而，催化转化器通常需要加热到超过200℃或甚至250℃的温度才能发挥效用。在温度高于350℃时，通常会产生很少的，如果有的话，目标污染物的传递。该催化剂对污染物的去除产生效用时的温度可以被称为起燃温度或它的最小目标操作温度。在升温阶段，未处理的废气污染物从系统中排出，而废气中的显(热)能量被用来加热催化剂，直到足够温暖时，催化所需的污染物去除反应。在许多情况下，这些未经处理的污染物可以构成整个驱动循环过程中排放的总污染物的显著的(在某些情况下是大部分)部分。
先前描述的方法来解决冷催化剂污染物排放的问题是聚焦在预加热催化剂，例如，通过电解水来产生氢气和氧气，其可在发动机启动阶段被传递到催化剂，使得氢气和氧气的自发的催化重组可以迅速地提高催化剂基底的温度到所需的污染物去除反应有效发生的温度。这样的方法并非是所期望的，因为需要额外的能量输入，这可以导致更高的运行成本。增加的系统复杂性，涉及包括水源和电解装置也通常是不希望的。
现有的催化转化器的另一个问题是在排气岐管内的额外的新鲜空气的注射，这被称为二次空气注射，以更迅速地将催化转化器带至起燃温度。当发动机冷却时，该二次空气能够提供最佳的混合组合物，以增加催化剂对在发动机加热过程中产生的额外富余的废气的反应，从而产生有助于加热催化转化器的热量。在达到催化转化器的起燃温度后，二次空气提供了足够的氧气以提供一氧化碳和未燃烧的烃的转化。然而，这样的系统需要泵有效地来注射空气，其可以产生对发动机的额外的负荷，从而增加能量的使用。
相关的、共同未决的和共同拥有的申请(申请号为14/274,612的美国专利申请)讨论了，除其他特征外，调整在发动机的燃烧室中的燃料混合物的燃料-空气比，以提高在低温操作中传递到催化剂的废气中的氢气(H2)的量。所得的氢气在相对低的温度与催化剂和有效的氧气(O2)反应，并且所得的氧化反应释放能量和热量以加速催化剂的加热，从而导致催化剂更快速地达到有效的温度，并且对在发动机启动之后马上将污染化合物从废气流中去除进行改进。
所期望的是提供一种改进方法，能够减少催化剂或催化转化器加热到有效的操作温度的时间，例如在发动机起动过程中，它可以被用于代替或附加于化学能量的方法。
发明内容
当前的主题的实现方式可以包括关于更快速地，从不能够有效地移除废气污染物的低温加热到能够有效地从发动机废气中有效地移除这种污染物的操作温度的加热催化剂或催化转化器的特征。在一些示例中，加热催化剂的能量可以以显热(热量)的形式通过热燃烧产物被提供，而不是(或除了)以化学能量，例如，一氧化碳、碳氢化合物、NOx、氢气或其它部分反应的燃烧产物的形式来提供。例如那些在此描述的方法可以在冷或凉发动机启动的情况下加热催化剂。除此之外，如果催化剂由于低废气温度或延长的起燃使用变得更冷时，变型情况可以是在正在进行的发动机操作过程中被应用。
在一个方面中，系统包括排气阀门，其控制内燃机的气缸的气体的流动，以及控制器系统，其被配置为执行内燃机的操作。该控制器系统其被配置为执行操作，其包括根据第一阀门正时打开排气阀门，该第一阀门正时相对于第二阀门正时是提前的，并且当催化剂达到最低目标操作温度时改变为第二正时，这包括晚打开该排气阀门。该打开导致了从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧中提取减少的做功量，这是由于由该燃料空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留。该打开进一步导致具有过量的显热的废气被传递到催化剂以导致催化剂的加速的加热。
在另一方面，一种方法包括以第一阀门正时打开内燃机的排气阀门，该第一阀门正时相对于用于排气阀门的打开的第二阀门正时是提前的，从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧中提取减少的做功量，该气缸具有由排气阀门控制的排气口，该减少的做功量是由以提前的第一阀门正时打开排气阀门造成的，并使得由燃料-空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留。将具有过量的显热的废气被传递到催化剂，使得催化剂加速加热。当催化剂达到最低目标操作温度时，对第二阀门正时进行改变。
在可选的变型形式中，一个或多个下列特征可以被包括在任何可行的组合中。例如，内燃机可以包括对置活塞发动机，并且该对置活塞发动机可以可选地包括附接到两个相应的对置活塞的两个机轴。该对置活塞发动机可以进一步包括用于改变活塞正时的定相机构，由此，两个相应的对置活塞达到各自的上止点位置。从第一阀门正时改变为第二阀门正时可以包括改变排气阀门的驱动，从两个机轴的领先机轴到两个机轴的滞后机轴。从第一阀门正时改变为第二阀门正时可以可选地包括定相机构的操作，该定相机构，相对于内燃机的至少一个机轴，改变内燃机的至少一个阀门凸轮的凸轮正时。
在其它可选的变型形式中，第一阀门正时可以包括当在气缸内往复的活塞是在内燃机的四冲程循环的做功冲程上的上止点后约20°和下止点前约60°之间时，开始打开排气阀门。该第一阀门正时可以进一步包括在做功冲程后的排气冲程结束之后关闭排气阀门。第一阀门正时可以包括在排气冲程结束之前关闭排气阀门，以至于在排气冲程之后的进气冲程的开始阶段，废气的一些被保留在气缸内。第一阀门正时可以包括进气阀门的延迟打开，以至于活塞做功压缩并增加所保留的废气的显热。当进气阀门打开时，将所保留的废气的至少一些可被抽入到内燃机的进气歧管。在第一阀门正时过程中打开进气阀门可以在第二阀门正时过程中早。进气阀门的较早打开可以减少内燃机所需的泵送做功。在一些示例中，将抽入到进气歧管的保留的废气与空气和/或燃料混合，以产生用于内燃机的下一个循环的下一燃料-空气混合物。该混合可以导致下一燃料-空气混合物的温度在下一燃料-空气供料被传递到气缸之前增加。在进气冲程的剩余过程中下一燃料-空气混合物可以被传递到气缸，用于下一个做功冲程过程中的燃烧。至少大约与第一阀门正时同时，内燃机可以以第一压缩比操作，该第一压缩比高于至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。该第一压缩比有助于在燃料-空气混合物的稀释过程中稳定燃烧，该燃料-空气混合物的稀释是由被抽入到进气歧管中的保留的废气的混合所造成的。
在其它可选的变型形式中，至少大约与第一阀门正时同时，该内燃机可以以第一压缩比操作内燃机。第一压缩比高于被至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。第一压缩比可以在大约12∶1到25∶1的范围内。为了在低温发动机操作的过程中的燃烧稳定性，可以使用第一压缩比，而不是富集燃料-空气混合物以过量的燃料。在其它变型形式中，至少大约与第一阀门正时同时使用的该第一压缩比低于至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。该较低的第一压缩比可以进一步减少从燃料-空气混合物的燃烧中提取的减少的做功量，从而导致更大量的显热被保留用于递送到催化剂。这种较低的第一压缩比的示例可以是在约8∶1到10∶1的范围内。
在各种实现方式中，可以确定催化剂的温度低于催化剂的最低目标操作温度。基于该确定，根据该第一阀门正时，一个或多个排气口的打开可以被执行。
热量也可以通过化学过程在第一阀门正时过程中被添加到催化剂，其可以包括通过操纵在内燃机的气缸中/或气缸和至少一个其它气缸中的燃烧条件生成氢气和氧气以导致重整反应，并且递送所生成的氢气和氧气用于在催化剂处反应。
与该方法相同的系统和方法也同物品一样包括一具体实施的机器可读介质，其可操作地使一个或多个机器(例如计算机等)产生在此描述的操作。相似地，所述计算机系统也可被描述为可以包括处理器和耦接到处理器的存储器。该存储器包括一个或多个程序，该程序使处理器执行一个或多个所述操作。例如在上面讨论的控制器系统可以包括被配置为执行各种与所描述的方法一致的操作。可替代地或另外地，该控制器系统可以包括一个或多个可编程的处理器，其从机器可读介质接收指令。该指令可以导致一个或多个可编程的处理器以执行所描述的操作。
在此描述的本主题的一个或多个变型的详细内容会在以下附图和说明书中陈述。在此描述的本主题的其它特征和优点从说明和附图，以及权利要求中将会是显而易见的。
附图说明
附图说明包含在说明书中并构成本说明书的一部分，示出了本文所公开的主题的某些方面，并且与说明书一起帮助解释了与所公开的实现方式相关联的原理。在附图中，
图1示出了系统的方面的视图，显示了与当前主题的实现方式相一致的特征；以及
图2示出了阀门正时的示例的图表；
图3示出了过程的流程图，显示了具有与当前主题的实现方式相一致的一个或多个特征的方法的方面。
当可行时，相似的参考标号表示相似的结构、特征或元素。
具体实施例
当前的主题的方面可以提供改进的方法以尽快加热催化转化器的催化剂以达到操作温度，例如通过增加被传递到催化剂的废气的温度。与这样的催化转化器相关联的内燃机的操作可在催化剂被确定为低于最低目标操作温度的情况下进行调节。该可调节的操作的一个方面是在发动机循环中的点，在该点处，到发动机的燃烧室的一个或多个排气口被打开。在燃烧循环中，如果排气口比通常处于正常发动机操作条件下要提前地被打开，相较于正常的循环，较少的功可以从那个循环的做功冲程中被提取，这导致相较于其他情况，能够在废气中保留更多的热量。这些废气可以通过做功冲程的排气冲程被转移到催化剂或被保留用于随后的发动机循环，使得那个随后的循环的废气相较于常规的发动机循环的废气具有提高的温度。本领域技术人员应该理解的是，进气和排气阀门的打开和关闭分别是直接与进气和排气口相关的。在下文中，提及端口和阀门的打开和关闭意味着类似的效果且两个术语是可有效地互换使用的。
图1示出了示例性发动机100的视图，示出了与当前主题的一个或多个实现方式相一致的特征。本领域普通技术人员应当理解，在图1中示出的特征仅仅是示例性的，并非旨在以任何方式进行限制。当前主题的实现方式与各种发动机配置和操作模式兼容，包括火花点火和压缩点火发动机、燃料喷射和化油器式(carbureted)燃料输送系统等。
在一些示例中，发动机100可以是对置活塞发动机，其中两个活塞占据气缸，活塞的运动使其各自的活塞顶在上止点正时相对接近并在下止点发动机正时相对远离。在共同拥有的美国专利号7,559,298中这样的发动机的非限制性示例被描述。对置活塞发动机的操作并不需要两个对置的活塞具有相同的正时，例如，如在共同拥有的美国专利号8,413,619中被描述的。在其它实施方式中，发动机100可以是常规的发动机，其中，一个活塞占据内燃机的每个汽缸。
发动机100可以具有任何数量的气缸，其每一个可包括燃烧室，其至少部分由至少一个活塞顶以及还可以任选的一个或多个汽缸盖、作为发动机组的一部分形成的汽缸壁、第二活塞顶(例如，在对置活塞发动机中)、套筒阀体(例如，在发动机中，服务于燃烧室的一个或多个进气或排气口是由往复套式筒阀控制的)，或其它发动机结构形成。燃料和空气(或其它氧化剂)被提供到燃烧室，以形成燃烧混合物。来自燃烧混合物的至少部分燃烧的废气从燃烧室经由一个或多个排气口排出，如下所述。对于本公开内容的其余部分，术语“汽缸”意为一般等同于术语“燃烧室”，除非这样的解释与该术语所使用的上下文是不相称的。
进一步参考图1，排气通道102可以从排气歧管104传送废气，该排气歧管104从一个或多个汽缸106接收排出的气体。从汽缸106进入排气歧管的废气流由一个或多个排气阀门(未示出)控制。空气和燃料(或在柴油机或其它直喷发动机中仅仅是空气)在一个或多个进气阀门(未示出)的控制下被提供给汽缸106。燃料控制设备108(例如，燃料喷射器、化油器，等)可以控制到汽缸(多个)106的燃料的流动。对于火花点火发动机，由进气歧管110传递的进入空气的空气流量以及由燃料控制设备108控制的燃料的流动可以产生所需的空气-燃料比，以用于传递到每个汽缸的燃烧混合物。燃料控制设备108可通过来自发动机控制模块(ECM)112的命令被控制，其也可以任选地控制点火控制设备114(例如，火花塞或火花塞控制)。ECM112还可以从一个或多个放置在废气通道(例如，催化转化器122的上游和下游)中的氧气传感器(OX)116接收数据信号。例如，催化剂的下游的氧气的测量百分比高于催化剂的上游表示催化剂正在有效地工作来减少氮氧化物，而催化剂的下游的氧气的测量百分比低于催化剂的上游则表示催化剂还没有达到足够的温度以有效地操作(例如，催化剂还没有达到，或已经下降到低于最低目标操作温度)。未燃烧或部分燃烧的燃料，例如碳氢化合物(HC)以及一氧化碳(CO)的转化率和浓度，也将影响在催化剂之前和之后的相对的氧气含量。本领域技术人员将容易理解的是，跨催化剂的氧含量差异可以提供催化剂是否正在其最低目标操作温度之上操作的指示。
ECM112还可以或可替代地从催化剂温度传感器120处接收数据，该传感器120被放置以测量废气通道102引导废气通过的催化转化器122的当前的温度。催化剂温度传感器(Tc)120可以是热电偶或以可再生的方式提供温度数据的任何合适的设备。该测量的温度提供指示，指出催化剂是否已经达到其最低目标操作温度并且相应地，其是否已经达到有效的操作温度。
与当前主题的实现方式相一致，直接在启动之后的排气阀门正时可以被提前，使得排气阀门在活塞达到在膨胀(做功)冲程的下止点之前提早打开。在一些示例中，其中对置活塞发动机包括可变的定相机构用于提供可变压缩比操作(例如，如在共同拥有的美国专利号8,413,619中所述)，排气阀门的正时可以有利地保持“固定”或以其他方式在可变的定相机构中在发动机关闭的时间被设置在提前的位置，使得排气阀门正时在正确的位置，用于冷启动的提前的排气阀门打开。在一示例中，提前的排气阀门打开正时可以是在膨胀冲程的下止点之前的大约150°曲柄角度。
在当前主题的第一个实现方式中，由于早排气阀门打开使得额外的热量可以被提供在离开气缸的废气中，同时保持排气阀门打开直到位于或接近紧接着四冲程发动机循环中的膨胀冲程之后的排气冲程的上止点位置。用于改变阀门事件的持续时间的系统可以允许早排气阀门打开，用于实现更快的催化剂起燃，并保持排气阀门关闭的正时不受影响。这种方法可能会导致排气阀门的持续长时间的打开，从而使在发动机加热过程中所生成的被使用的废气能够提供额外的热量给催化剂。打开排气阀门的较短持续时间可选地被用于正常的空转。在废气中的额外的显热/热量，作为早排气阀门打开的结果，可以通过那个发动机循环的排气冲程被转移到催化剂。
排气阀门打开和关闭事件的任一个或两个(或两个都不是)的正时可选地相对于在当前主题的各种实现方式中的其它发动机循环事件被定相(phased)。换句话说，排气阀门打开和关闭的任一个或两个的正时可以相对于一个或多个发动机机轴(例如，在对置活塞发动机中的任一个或两个机轴)的正时和/或进气阀门打开和/或关闭的正时被提前或滞后。阀门正时的定相可选地通过定相机构的操作发生，其可以包括任何类型的移相器(phaser)，适合用于与齿轮传动、链条传动、皮带传动，和/或在一个或多个旋转轴之间的其它连接一起使用(例如，机轴、凸轮轴等)。这种移相器的一些非限制性实例在共同拥有的美国专利号8,413,619中被描述。
在当前主题的一些实现方式中，排气阀门升程(lift)配置文件的持续时间保持不变或基本不变。在这种情况下，具有提前的打开正时的排气阀门在排气冲程的过程中在活塞达到上止点位置之前将提早关闭。以这种方式，在排气冲程的最后，热废气的相当大的体积可以在气缸106内被捕获并被压缩。如果进气阀门正时被维持在或至少接近于在常规的发动机操作中所使用的正时，以至于当活塞位置位于或接近在四冲程循环的进气冲程的起点的上止点时进气阀门打开，则在发动机循环的该点的进气阀门的打开可以将气缸106内的至少一些压缩的废气释放回到进气歧管110中。然后以这种方式，当远离上止点的活塞运动发生在进气冲程时，被释放进入进气歧管的废气可以被抽回到燃烧室。将先前的循环所剩余的热废气和较冷的进入的燃料供料(charge)和/或空气混合可以有效地预热该进入的供料。减少用于在冷操作过程中和加热过程中的稳定的燃烧所需的富集(enrichment)将减少发动机排放的排放物，该排放物来自未燃烧或部分燃烧的燃料，其缺少在气缸中的氧气来燃烧，但是也增加了在废气中的显热，这是由于燃料的蒸发冷却效果的减少。在一些示例中，进气正时可以被调整以优化逆向流动(例如废气进入进气歧管110的逆向流动)，以平衡进气供给与用于稳定的发动机操作的可容稀释水平。例如，进气正时可以被调整，使得一个或多个进气阀门的打开晚于在正常操作情况下，在处于上止点或接近于上止点处打开。
作为预加热的结果，其可能是由于进入到进气歧管110的捕获的废气的逆向流动，进入的气态混合物(以及在进入的混合物中的燃料或由直接喷射被添加到气缸的燃料)比在正常操作条件下热。额外的热量可任选地导致新添加的和预热的供料的更快和/或更完全地燃烧，从而降低在发动机冷启动状态期间的不完全燃烧的产物的生成。此外，预热的供料的额外的燃烧稳定性可以允许冷启动过程中的富集的减少以及二次空气喷射量的减小，这两者都可以提高在废气中的显(热)能量和催化剂起燃速度。由通过使用该升高温度的供料进行燃烧的做功冲程所产生的废气，可以比遵循常规做功冲程的废气更热，这是由于较高的开启温度和燃料的更快速的燃烧中的任一个或两者。这些废气可以被传递到催化转化器122的催化剂，从而有助于催化剂的加热，同时也有利地含有较低浓度的未燃燃料、一氧化碳，以及其它不完全燃烧产物。
图2示出了图表200，其显示了常规的阀门正时的示例和与当前的主题的实现方式相一致的经调节的阀门正时的示例。应该理解的是，所描绘的阀门正时仅仅是示例性的并且对当前的主题的概念是说明性的，并且并不旨在限制。升程是阀门密封边缘离开阀座的距离，间隙(lash)是在阀门改变方向中的机械游隙。
在图2中的曲线显示了按照四冲程发动机循环(排气冲程、进气冲程、压缩冲程、做功或膨胀冲程)的曲柄角描绘的阀门升程，其具有在0°和720°发生的做功冲程开始时的上止点(称为TDC点火)，在180°发生的做功冲程结束和排气冲程开始的下止点，在360°发生的排气冲程结束和进气冲程起点(称为TDC重叠)的上止点，以及在540°发生的进气冲程结束和压缩冲程开始的上止点。压缩冲程结束和下一个发动机循环的做功冲程开始于720°。四冲程循环持续了两轮曲柄旋转，因此曲轴角度在图2中是从0°至720°的范围内。在图标的左侧的两条曲线是用于排气阀门，并且两条在右侧的曲线是用于进气阀门。用实线画出的曲线示出了在常规的发动机操作条件下的先排气、后进气阀门的运动。排气阀门在85°左右开始打开(在做功冲程上的BDC之前95°)并且在区域264°达到最大升程，然后开始再次关闭，在循环中的443°回到阀座(在排气冲程结束和进气冲程开始的上止点之后大约80°到85°)。以实线画出的曲线的右侧示出了在常规的发动机操作条件下进气阀门的运动。进气阀开始在大约293°、在进气冲程上的TDC之前大约70°开始打开(在循环中标示为293°)。它在区域TDC之后的107°(在循环中的约450°)达到最大升程，然后开始再次关闭，在BDC之后的约80°重新回到阀座(在循环中标示为641°)。应该注意的是，存在进气和排气阀门都至少部分打开的曲柄角的一个范围，在这个示例中是在293°和443°之间。
对于与上述第一实现方式相一致的排气阀门提早打开的情况，排气阀门打开的起始可以根据第一阀门正时，其中排气阀门打开的起始比根据第二阀门正时更接近TDC点火，该第二阀门正时被用在内燃机的常规操作过程中(例如，当催化剂处于或高于最低目标操作温度时)。进一步参考图2，这种早打开的示例被示为虚线206。这表示排气阀门打开的起始是在BDC之前的约150°，这将会导致从做功冲程的废气中提取的做功减少，如之前所述。曲线206表示最大的排气阀门升程处于在常规的发动机操作过程中大约相同的曲柄角处，并且排气阀门关闭也与常规的操作一致。因此，在这个示例中，排气阀门的打开的持续时间被改变为更长的持续时间，并且可以看出，相比于标准曲线202，虚线曲线206的形状变宽。在这样的实现方式中，具有提升了温度的废气(例如，过量的显热)可以被传递到催化转化器122的催化剂中，从而有助于加热。一旦催化剂已达到最低目标操作温度，第一阀门正时可以被转换到第二阀门正时，其中该排气阀门打开是典型的“常规”发动机操作。
在另一示例中，与实现方式相一致，其中当第一阀门正时被使用时排气阀门打开持续时间不改变，该“常规”操作排气阀门曲线202可以在图2中向左移动，使得第一阀门正时包括提前的排气阀门配置，其具有早于常规的打开和关闭。这样的示例由图2中的示例性曲线208表示的，在其之后为早打开更长持续时间的曲线204，从排气阀门打开的开始朝向最大升程，然而其没有变的更宽，而是这个曲线208类似于常规的操作曲线202的形状。其已不再遵循如更长的持续时间的曲线的该曲线208的后半部分由点画线示出。因此，排气阀门打开的持续时间基本上类似于在常规的操作中的打开时间，导致在所示的实例中在约380°排气阀门回到阀座(例如，在TDC重叠后不久，在排气冲程的最后)。这种类型的操作允许至少一些废气被保持并且随后交换进入进气歧管110以造成在图2中的在360°和540°之间的进气冲程过程中进入气缸的进入的燃料-空气混合物的预加热。如上所述，进入的供料的预加热可以有助于在低发动机温度提供燃烧稳定性。在其它实现方式中，排气门打开持续时间可被缩短，从而导致相对于曲线208的变窄的曲线(未示出)。
可能有接近TDC重叠的期间(例如，在排出冲程结束时)，在该期间之后排气阀门关闭，而在这之前进气阀门打开，这将会导致活塞压缩残余的供料并提升其温度。如果进气打开正时被设定为在活塞已经行进回在冲程下方一足够的距离(重膨胀该压缩的气体)、通过活塞做功添加到残留的气体中的额外的热量可以当进气阀门打开时被迫进入进气端，并且额外的热量由此被添加到引导的供料中。可替代地，使用早关闭排气阀门(208)，其可能需要排气升程配置的固定的持续时间(正时转移)，类似的早进气凸轮正时可以被实施以在重叠处减少与残余气体的压缩有关的泵送做功。这对于与压缩气体有关的通过活塞进行的泵送做功是有益的，并且可能胜过添加额外的热量到进入的供料的优点。
在当前的主题的一些实现方式中，进气阀门打开和/或关闭的时间也可以变化。例如，相比于常规的操作情况，进气阀门在冷启动条件下可任选地稍后打开，使得在气缸燃烧室中的残留气体处于或接近进气歧管压力。在这些条件下，残留的气体会更可能地保留在气缸燃烧室中，从而保持在提高的温度上，不太可能造成逆火等。在这个示例中，进气阀门在TDC前约20°打开。阀门的打开被示出为双点划线，然后当阀门达到最大升程时与常规的发动机操作的曲线204合并，并开始关闭。对于进气阀门打开正时的这种改变的一个结果是进气和排气阀门在一段更短的时间内都处于打开状态，从而减少了进入的供料直接通过排气阀门离开的可能性。如果此进入的供料含有来自先前循环的某些废气，则减小的重叠可以提高残留在燃烧室中的这种提高了温度的气态混合物的保留。此进气打开正时的调节在当前的主题的实现方式中可以是有用的，其中排气阀门打开和排气阀门关闭在第一阀门正时的情况下被提前。
应该理解的是，相对于图2如以上所述的某些事件所发生的曲柄旋转的程度仅仅是常规操作条件和对其可能的调节的示例，并且可以与所示的与当前的主题相一致的特定曲柄角不同。凸轮轴和凸轮/阀门间隙的打开和关闭斜度可以以+/-30度影响正式的打开/关闭时间。例如，早排气阀门打开(例如根据第一阀门正时)可在做功冲程(在图2中的20°)处的TDC之后大约20°和在做功冲程上的BDC(在图2中的120°)之前约60°的范围内的任何位置发生，从而相对于第二阀门正时提前，该第二阀门正时在催化剂已达到最低目标操作温度时被使用。
与当前的主题的实现方式相一致，具有可变压缩比性能的发动机的几何压缩比可以是有利地设置在非常高的值(例如，第一压缩比与第一阀门正时至少大约是同时的(concurrent))用于冷或低发动机负荷的情况，其通常仅在发动机启动后发生。第二、减小的压缩比可被用于常规的发动机操作中，例如，与第二阀门正时至少大约是同时的。许多当前的发动机在启动的过程中需要燃料富集以保证稳定的燃烧。比常规的燃料混合物更丰富可以显著增加在废气中的碳氢化合物、一氧化碳以及其它污染物的排放。若使用尚未达到其有效温度的催化剂，则这些污染物被定量地排放到大气，从而显著地影响了车辆总排放量。在可变压缩比发动机的一个示例中，在启动时第一压缩比可以是约20∶1(或可选地，大约12∶1至25∶1的范围，大约15∶1至25∶1的范围，大约12∶1至20∶1的范围，大约12∶1至18∶1的范围，大约13∶1至23∶1的范围，大约14∶1至21∶1的范围，大约18∶1至22∶1的范围，等)，以提高燃烧稳定性并减少或潜在地消除在冷发动机启动过程中对富集的需要。压缩比可以被变化，其作为环境、发动机温度、以及其它影响燃烧稳定性、效率或排放等方面的函数。在发动机启动时使用较大的第一压缩比，相对于发动机在其操作温度下操作时所使用的第二压缩比，也可以与以上讨论的方法结合，其中该第一阀门正时包括排气阀门的提前的打开和提前的关闭，使得废气被保留在气缸内并允许与进入的燃料-空气供料进行混合以提供预加热，并进一步增强在较低发动机温度时的燃烧稳定性。可变压缩比的使用可以提供一个或多个益处，例如在燃烧的稳定性上的辅助，允许发动机在较高的稀释比下操作(例如，在理论配比的空气-燃料比中的过量的空气的添加和/或废气的再循环)并且在加热过程中减少发动机排出的发动机排放物。
在当前的主题的一些实现方式中，在催化剂处于或高于最低目标操作温度的常规的发动机操作过程中，与第一阀门正时至少大约同时使用的第一压缩比可以相对于与第二阀门正时至少大约同时使用的第二压缩比被降低。在一些示例中，第一压缩比可以在约8∶1至10∶0或可替代地在约9∶1的范围内。该降低的第一压缩比可以进一步减少从燃料-空气混合物的燃烧中提取的减少的做功量，从而导致通过废气传递到催化剂的额外的显热。
在其它可能的技术中，那些在若干个共同未决和共同拥有的专利出版物中所描述的，包括美国专利第7,559,298号、美国专利第8,413,619号、美国公开第2012-0089316号以及美国公开第2014/0000567A1号，其公开内容通过引用在此被全部并入，可被用于实现可变的压缩比。
在此被描述的阀门正时方法可以通过一个或多个凸轮定相方法来实现。在一些非限制性的示例中，可变的阀门正时方法如那些在共同未决和共同拥有的专利出版物中描述的，包括美国专利号8,776,739中所述的可以被使用。这种排气凸轮定相方法可以被应用到固定压缩比发动机中，也可以被应用到运行更普遍的例如10∶1压缩比的传统的单活塞发动机中。高压缩比可以使燃烧混合物更接近于其自动点火温度，从而提供更简单的火花点火和火焰传播。相应地，高压缩比可以支持稳定的燃烧，甚至是对于从进气歧管110抽入气缸106的燃烧供料中具有高水平的残留废气，例如在示例中，第一阀门正时包括排气阀门的提前打开和提前关闭。这样的混合物可以容易被点燃，特别是提高的压缩比情况下。
与各种包括那些以上描述的实现方式相一致，在燃烧的混合物被完全膨胀之前(或潜在地甚至完全燃烧)，该排气阀门被打开。排气阀门更早地打开使得从燃烧/被燃烧的燃烧混合物中提取更少的做功并且可以使得通过排气口离开气缸106的废气比使用普通正时打开的排气阀门热得多。在废气中的额外的显热/热能量可以被转移到催化器中以加速催化剂加热到目标操作温度。在当前主题的一些有利的实现方式中，催化剂可位于靠近燃烧室，或者以某种方式使得在从排气歧管104到催化转化器122的行进中来自废气的热损失可以最小化。
与当前主题的实现方式相一致的发动机的操作模式的示例中，具有排气阀门提早打开的操作可以在发动机启动之后被维持一初始段时间。例如，在常规的20℃启动环境中初始阶段可以是10到15秒的操作，或在较冷的启动温度环境中更长。如果发动机和/或催化剂在启动的时间是热的(例如，在某个温度之上)，则初始段可以更短或完全消除。来自被置于催化转化器122之前和/或内部、和/或之后的氧气传感器116或其它排气传感器(例如废气温度传感器、催化剂温度传感器120等)的反馈，可以被用于提供反馈到发动机控制模块112，有关于催化剂的起燃和转换效率。一旦热气体协助加热催化剂122以实现起燃和有效操作，则阀门正时可以恢复到正常。在以上描述的催化剂加热模式之后用于发动机的持续操作的压缩比目标(例如，在具有可变压缩比性能的发动机中)然后可以由“热”发动机的所需操作条件所定义。
在当前主题的一些实现方式中，如在此讨论的早排气阀门打开方法可以与化学能加热方法结合使用，如在相关的申请美国专利申请号14/274,612中讨论的，其公开内容通过引用并入本文。例如，在低温条件下，或如果催化剂温度低于它的最低目标工作温度，氢气可以在内燃机的气缸内生成，并且被传递到废气中的催化剂中，通过包括燃烧具有第一空气-燃料比的第一混合物的方法，其相对于理论配比的空气-燃料比(富混合物)具有过量的燃料，使得在第一燃烧混合物燃烧的过程中重整反应发生在气缸内，以从第一混合物的燃烧的废气中生成氢气。氧气可以通过燃烧第二混合物在被传递到催化剂的废气中被提供，该第二混合物顺序地在相同的气缸中或在另一气缸中，其具有第二空气-燃料比，其相对于理论配比的空气-燃料比(贫混合物)具有过量的氧气，使得氧气保持在由这第二混合物生成的废气中。催化剂的加热可以被增强，即使是处于低温、烃和一氧化碳的定量氧化不足的情况下，通过反应至少一些氢气和至少一些氧气传送到催化剂中。
另外，在一些示例中，可变压缩比在对置活塞发动机中可以实现，通过调整正时的偏移，使得两个对置的活塞达到它们各自的TDC位置(例如，使用曲柄定相，如在共同拥有的美国专利号8,413,619中所述)，最小的燃烧室容积，例如用于气缸的有效TDC，被移位。例如，如果领先机轴的活塞在0度到达其各自的TDC，并且机轴是定相的，则第二、滞后的机轴的活塞在第一活塞滞后20度达到其各自的TDC，活塞之间的最小容积出现在第一活塞到达后10度和第二活塞到达前10度，所以燃烧和循环相对于每个机轴移位10度。因此，固定的排气阀门正时可以被提前或滞后，如果其是由领先或滞后机轴分别驱动的。这允许排气(或进气)阀门事件相对于有效TDC被定相，而无需机轴移相器。
图3示出了流程图300，显示了与当前主题的实现方式相一致的方法的特征。一个或多个这些特征可被包括在其它实现方式中。在302，催化剂的温度可以可选地被确定为低于最低目标操作温度，通过该催化剂，内燃机的废气被通过以移除污染物。该确定可以包括对催化剂温度和/或进入和/或离开催化剂的气体的组成的实际测量。可选地，温度不足的推定可以是基于自发动机起动时起算的时间量、基于外部温度读数等。在另外的其它选项中，温度不足的假设可以是默认的条件，其覆盖了温度、进入和/或离开催化剂的气体组成的测量，或其它指示默认的假设是不精确的以及催化剂如预期一样操作的数据。此外，当处于开或闭环控制方法的操作中时，压缩比和/或排气阀门正时可以被调整，以保持最低催化剂操作温度或转化效率。冷启动和加热过程中的压缩比可以被调节以满足低压缩比或较高压缩比的较强需要，该低压缩比通过减少从膨胀中的气体所提取的做功来增加排气能量，而较高压缩比增加燃烧稳定性、减少富集以及提供更完全的燃烧以及更清洁但较低温度的排气。压缩比可以独立地被管理或具有排气和进气阀门正时策略。在304，发动机的排气阀门可以使用提前的正时被打开，该提前的正时是相对于发动机的普通操作的正时。该排气阀门可以使用提前正时打开，但关闭是使用与常规的发动机操作相一致的正时，其与以上描述的第一实现方式相一致。可替代地，排气阀门可以可选地使用提前正时关闭，例如，在气缸中的活塞到达上止点位置之前，其与以上描述的第二实现方式相一致。例如，具有可变的凸轮持续时间性能的发动机可以以提前的排气阀门打开事件进行操作，其独立于排气阀门关闭事件的正时。换句话说，排气阀门关闭事件可以比在发动机的常规操作情况下发生得更早、与发动机的常规操作同时、或相对于发动机的常规操作具有延迟的正时。以这种方式，提前打开事件可以是独立于提前关闭事件的。
在306，进气阀门的打开可选地与常规的正时一起发生，这在一些实现方式中可能会引起由排气阀门的提前的打开(以及可选的提前的关闭)而在气缸中捕获的废气被接纳到进气歧管中，在那里它们预加热进入的燃烧混合物。这种预加热在协助稳定燃烧中是有用的，甚至是在较低的发动机温度下。
可选择地或者另外地，在308，提高的压缩比可以任选地被用于气缸内，例如，以在较低的温度允许稳定的燃烧条件，而无需燃料混合物的富集，从而减少在催化剂被燃烧之前的排放。如上所讨论的，增加的压缩比还可以有助于稳定燃烧(例如，如果燃烧供料的稀释的发生由于通过排气阀门的早关闭被捕获并且随后被接纳到进气歧管110的废气，对于通过过量空气的加入而比理论配比操作更贫乏，对于再循环的废气，等)并且能够从而减少在加热过程中的发动机排出的发动机排放物(在催化剂起燃之前)。
可替代地，进气阀门打开可以被延迟，使得进气阀门打开接近于上止点或就在上止点(例如，在排气阀门关闭之后)以允许某些压缩做功以增加已热气体的热量。以这种方式，进气阀门打开可以被定时以利用活塞的机械做功以预压缩排气并将更多的可用的能量放入气缸。
在310，排气阀门的提早打开使得废气达到催化剂时具有升高的温度，这是由于相较于常规的发动机循环，更少的做功被提取。废气的升高的温度加热催化剂达到其有效的温度，通过在那个发动机循环中的气体的排出(根据以上描述的第一个实现方式)或遵循下一个做功冲程(根据以上描述的第二个实现方式)。
在312，当催化剂的温度被确定为已达到最低的目标操作温度时，发动机的操作可以被恢复使用“常规”的阀门正时。
本领域技术人员应当理解理解，ECM112的一个或多个方面或特征可以在数字电路、集成电路、专门设计的应用专用的集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种方面或特征可包括在一个或多个计算机程序中的实现方式，其在可编程系统上可执行和/或可说明，可编程系统包括指示一个可编程处理器，其可以是专用或通用的，被耦接以从其接收数据和指令，以及向其传输数据和指令，存储系统，至少一个输入设备，例如催化剂温度传感器120和氧气传感器116，和至少一个输出设备，如点火控制114和燃料控制108。这样的ECM112可以控制排气阀门和进气阀门的操作，从而控制排气和进气口的开关，如本文所述。
这些计算机程序也可以被称为程序、软件、软件应用、应用、组件或代码，包括用于可编程处理器的机器指令，并且也可以在高级程序和/或面向对象的编程语言和/或装备/机器语言中被执行。在此使用的术语“机器-可读介质”是指任何计算机程序产品、仪器和/或设备，例如磁盘、光盘、内存和可编程逻辑装置(PLD)，被用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据，包括能接收作为机器-可读信号的机器指令的机器-可读介质。术语“机器-可读信号”是指任何用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据的信号。机器-可读介质可非暂时地储存机器指令，例如非瞬间固态储存器或者磁性硬盘驱动器或者任何同等的储存介质。机器-可读介质可以任选地或另外地以短暂方式储存机器指令，例如处理器高速缓存或者其它连接于一个或多个物理处理器内核的随机存取内存。
在以上的说明书及权利要求中，诸如“至少一个”或“一个或多个”的短语之后可以跟随元素或特征的联合列表。术语“和/或”也可以出现在一个或多个元素或特征的列表中。除了以其他方式由使用其的上下文暗示或者清楚否定之外，这种短语旨在单独地表示列出的元素或特征中任何一个，或者表示记载的元素或特征中的任何一个与其他记载的元素或特征中任何一个相结合。例如，短语“A和B中的至少一个”、“A和B中一的一个或多个”以及“A和/或B”均旨在表示“单独的A、单独的B、或者A和B-起”。类似的解释也可以用于包括三个或更多个项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”每个旨在表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B-起、A和C一起，B和C一起、或者A和B和C一起”。上文和在权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分基于”，以使得未记载的特征或元素也是允许的。
上述说明中的实现方式并不代表所有与在此描述的主体一致的实现方式。相反，它们仅是一些与所述主体相关方面相一致的一些例子。虽然一些变化在此被详细描述，但是其它的修改或增补亦为可能。特别地，进一步的特征和/或变化可以除所述例子以外被提供。例如，上述实施方式可以针对公开的特征的组合和子组合，和/或那些在此公开的进一步的一个或多个特征的组合和子组合。另外，在此描述的和/或在附图中描述的逻辑流程并不必须要求所显示的特定顺序或连续次序以得到所需结果。所附权利要求的范围可以包括其它实现方式或实施例。

Claims (42)

1.一种用于加热与内燃机相关联的催化剂的方法，包括：
根据第一阀门正时打开所述内燃机的排气阀门，使得所述排气阀门打开相对于第二阀门正时是被提前的；
从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧中提取减少的做功量，所述气缸具有由所述排气阀门控制的排气口，所述减少的做功量是由于所述排气阀门的提前打开，并且使得由所述燃料-空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留；
将具有所述过量的显热的所述废气传递到催化剂，使得所述催化剂加速加热；以及
改变为所述第二阀门正时包括当所述催化剂达到最低目标操作温度时所述排气阀门的晚打开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述内燃机包括对置活塞发动机。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述对置活塞发动机包括附接到两个相应的对置活塞的两个机轴，并且所述对置活塞发动机进一步包括定相机构用于改变活塞正时，由此，所述两个相应的对置活塞达到相应的上止点位置，并且其中从所述第一阀门正时改变为所述第二阀门正时包括改变所述排气阀门的驱动，从所述两个机轴的领先机轴到所述两个机轴的滞后机轴。
4.根据权利要求1所述的方法，其中从所述第一阀门正时改变为所述第二阀门正时包括定相机构的操作，所述定相机构相对于所述内燃机的至少一个机轴，改变所述内燃机的至少一个阀门凸轮的凸轮正时。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其中所述第一阀门正时包括当在所述气缸内往复的活塞是在所述内燃机的四冲程循环的做功冲程上的上止点后约20°和下止点前约60°之间时，开始所述排气阀门的打开。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一阀门正时进一步包括在所述做功冲程后的排气冲程的结束之后关闭所述排气阀门。
7.根据权利要求5至6任一所述的方法，其中所述第一阀门正时包括在所述排气冲程结束之前关闭所述排气阀门，以至于在所述排气冲程之后的进气冲程的开始阶段，所述废气的一些被保留在所述气缸内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一阀门正时包括进气阀门的延迟打开，以至于活塞做功压缩并增加所保留的废气的所述显热。
9.根据权利要求7至8任一所述的方法，进一步包括：将所保留的废气的至少一些抽入到所述内燃机的进气歧管。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第一阀门正时过程中打开所述进气阀门早于在所述第二阀门正时过程中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述进气阀门的较早的打开减少了所述内燃机所需的泵送做功。
12.根据权利要求9至11任一所述的方法，进一步包括：
将抽入到所述进气歧管的所述保留的废气与空气和/或燃料混合，以产生用于所述内燃机的下一个循环的下一燃料-空气混合物，所述混合引起所述下一燃料-空气混合物的温度在下一燃料-空气供料被传递到所述气缸之前增加；以及
在所述进气冲程的剩余过程中将所述下一燃料-空气混合物传递到所述气缸，用于下一个做功冲程过程中的燃烧。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比高于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用，所述第一压缩比有助于在所述燃料-空气混合物的稀释过程中稳定燃烧，所述燃料-空气混合物的稀释是由被抽入到所述进气歧管中的所述保留的废气的所述混合所造成的。
14.根据权利要求1至12任一所述的方法，进一步包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比高于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用。
15.根据权利要求13至14任一所述的方法，其中所述第一压缩比在大约12∶1到25∶1的范围内。
16.根据权利要求13至15任一所述的方法，其中所述第一压缩比被使用，而不是在低温发动机操作的过程中富集具有过量的燃料用于燃烧稳定性的所述燃料-空气混合物。
17.根据权利要求1至12任一所述的方法，进一步包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比低于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用，所述第一压缩比进一步减少从所述燃料-空气混合物的燃烧中提取的所述减少的做功量。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一压缩比是在约8∶1到10∶1的范围内。
19.根据上述权利要求的任一所述的方法，进一步包括：
确定所述催化剂的温度低于所述催化剂的最低目标操作温度；以及
基于所述确定使用所述第一阀门正时。
20.根据上述权利要求的任一所述的方法，进一步还包括通过化学过程在所述第一阀门正时的过程中还添加热量到所述催化剂。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述化学过程包括通过操纵在所述气缸中，和/或所述气缸和所述内燃机的至少一个其它气缸的燃烧条件生成氢气和氧气导致重整反应，并且传递所生成的氢气和氧气用于在所述催化剂处反应。
22.一种系统包括：
排气阀门，其控制气体的流动用于内燃机的气缸；以及
控制系统，其被配置为执行所述内燃机的操作，所述操作包括：
根据第一阀门正时打开所述排气阀门，所述第一阀门正时相对于第二阀门正时是提前的，所述打开导致了从所述气缸中的燃料-空气混合物中提取减少的做功量，这是由于由所述燃料空气供料的所述燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以显热的形式保留，所述打开进一步导致具有过量的显热的所述废气被传递到所述催化剂以导致所述催化剂的加速的加热；
改变为所述第二正时包括当催化剂达到最低目标操作温度时所述排气阀门的晚打开。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述系统进一步包括：
两个机轴，其被附接到两个相应的对置活塞；以及
定相机构，其用于改变活塞正时，由此，所述两个相应的对置活塞达到相应的上止点位置；以及
其中从所述第一阀门正时改变为所述第二阀门正时包括改变所述排气阀门的驱动，从所述两个机轴的领先机轴到所述两个机轴的滞后机轴。
24.根据权利要求22所述的系统，进一步包括定相机构，其相对于所述内燃机的至少一个机轴改变所述内燃机的至少一个阀门凸轮的凸轮正时；并且其中从所述第一阀门正时改变为所述第二阀门正时包括所述定相机构的命令操作。
25.根据权利要求22至24任一所述的系统，其中所述第一阀门正时包括当在所述气缸内往复的活塞是在所述内燃机的四冲程循环的做功冲程上的上止点后约20°和下止点前约60°之间时，开始所述排气阀门的打开。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述第一阀门正时进一步包括在所述做功冲程后的排气冲程的结束之后关闭所述排气阀门。
27.根据权利要求25至26任一所述的系统，其中所述第一阀门正时包括在所述排气冲程结束之前关闭所述排气阀门，以至于在所述排气冲程之后的进气冲程的开始阶段，所述废气的一些被保留在所述气缸内。
28.根据权利要求27所述的系统，进一步包括进气阀门，并且其中所述第一阀门正时包括进气阀门的延迟打开，以至于活塞做功压缩并增加所保留的废气的所述显热。
29.根据权利要求27至28任一所述的系统，进一步包括进气歧管；并且其中所述操作进一步包括将所保留的废气的至少一些抽入到所述进气歧管。
30.根据权利要求29所述的系统，其中在所述第一阀门正时过程中打开所述进气阀门早于在所述第二阀门正时过程中。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述进气阀门的较早的打开减少了所述内燃机所需的泵送做功。
32.根据权利要求9至11任一所述的系统，其中所述操作进一步包括：
使得抽入到所述进气歧管的所述保留的废气与空气和/或燃料混合，以产生用于所述内燃机的下一个循环的下一燃料-空气混合物，所述混合引起所述下一燃料-空气混合物的温度在下一燃料-空气供料被传递到所述气缸之前增加；以及
使得在所述进气冲程的剩余过程中将所述下一燃料-空气混合物传递到所述气缸，用于下一个做功冲程过程中的燃烧。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述操作进一步包括包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比高于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用，所述第一压缩比有助于在所述燃料-空气混合物的稀释过程中稳定燃烧，所述燃料-空气混合物的稀释是由被抽入到所述进气歧管中的所述保留的废气的所述混合所造成的。
34.根据权利要求21至32任一所述的系统，其中所述操作进一步包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比高于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用。
35.根据权利要求33至34任一所述的系统，其中所述第一压缩比在大约12∶1到25∶1的范围内。
36.根据权利要求33至35任一所述的系统，其中所述第一压缩比被使用，而不是在低温发动机操作的过程中富集具有过量的燃料用于燃烧稳定性的所述燃料-空气混合物。
37.根据权利要求21至32任一所述的系统，其中所述操作进一步包括至少大约与所述第一阀门正时同时，以第一压缩比操作所述内燃机，所述第一压缩比低于第二压缩比，所述第二压缩比至少大约与所述第二阀门正时同时被使用，所述第一压缩比进一步减少从所述燃料-空气混合物的燃烧中提取的所述减少的做功量。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一压缩比是在约8∶1到10∶1的范围内。
39.根据权利要求21至38任一所述的系统，其中所述操作进一步包括：
确定所述催化剂的温度低于所述催化剂的最低目标操作温度；以及
基于所述确定使用所述第一阀门正时。
40.根据权利要求21至39任一所述的系统，其中所述操作进一步包括通过化学过程在所述第一阀门正时的过程中添加热量到所述催化剂。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述化学过程包括通过操纵在所述气缸中和/或所述气缸和所述内燃机的至少一个其它气缸的燃烧条件生成氢气和氧气导致重整反应，并且传递所生成的氢气和氧气用于在所述催化剂处反应。
42.一种计算机程序产品，包括将指令编码的计算机可读介质，当由至少一个可编程处理器执行时，使得所述至少一个可编程处理器执行或使得被执行内燃机的操作，所述操作包括：
根据第一阀门正时打开所述内燃机的排气阀门，使得所述排气阀门打开相对于第二阀门正时是被提前的；
从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧提取减少的做功量，所述气缸具有由所述排气阀门控制的排气口，所述减少的做功量是由于所述排气阀门的提前打开，并且使得由所述燃料-空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留；
将具有所述过量的显热的所述废气传递到催化剂，使得所述催化剂加速加热；以及
改变为所述第二阀门正时包括当催化剂达到最低目标操作温度时所述排气阀门的晚打开。
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