(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータリー内燃機関および往復ピストン内燃機関において、均一燃焼を高め、点火を改善するためのプロセスを提供する。【解決手段】シリンダ周囲３６に組み込まれている副室３２を有しており、副室では、後のサイクルにおいて使用するためのラジカル点火種の生成が、その前のサイクルにおいて開始される。副室３２は、小さい導管４２を介して主室３４とつながっており、最終的に生成したラジカル点火種の量を調節する新規制御手段が、副室３２によって促進される進行と連携する。ラジカル点火種が存在することによって、後のサイクルにおける主燃焼点火メカニズムの優位な連鎖開始反応が変更されるか、または連鎖開始反応に制御される変更点が追加される。ラジカル点火種の存在によって、燃焼が改善されるとともに、排気が減少する。【選択図】図２Ａ
2011122598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合物を燃焼させ、燃焼サイクルを有する機関であって、
燃焼のために該燃料と該空気との該混合物を受容する少なくとも１つの燃焼室、
該燃焼室に、該燃料と該空気との該混合物を提供するための手段、
該燃焼に応答して移動する、少なくとも１つの動力発生部材、
該燃焼室において使用するために、事前の燃焼の間にＯＨラジカルによって誘導された還元を用いてラジカル点火種を生成するための手段、ならびに
該事前の燃焼サイクルよりも後に発生する燃焼サイクルのために、該燃焼室に使用するための該ラジカル点火種を選択的に調節する少なくとも１つの調節部
を備えている機関。
【請求項２】
請求項１に記載の機関であって、
前記調節部が、前記事前の燃焼サイクルの後に発生した前記燃焼サイクルに、複数の排ガスの再利用される部分に含まれて移送されるラジカル点火種の量を制御するものであり、
該調節部が、
（ａ）移送される該量を制御するために、該排ガスの該燃焼室に該再利用される部分の規模の調節、
（ｂ）移送される該量の割合を安定化することによって、該再利用される部分に含まれる、移送される該ラジカル点火種の量の割合の規模の調節、
（ｃ）該再利用される部分に含まれる、移送される該ラジカル点火種の量の規模の調節であって、移送される該量の配分比率を減少させることができるパラメーターを制御することによって達成される調節、
（ｄ）該再利用される部分に含まれる、移送される該ラジカル点火種の量の規模の調節であって、移送される該量の一部を生成するための、前記ＯＨラジカルによって誘導された燃料の還元に影響を及ぼすパラメーターを制御することによって達成される調節、および
（ｅ）前記燃料と前記空気との前記混合物の空気の部分の少なくとも一部と混合された該再利用される部分に含まれる、移送される該ラジカル点火種の量の規模の調節であって、移送される該量を一定量で生成するための、該ＯＨラジカルによって誘導された該燃料の還元に影響を及ぼすパラメーターを制御することによって達成される調節
の少なくとも１つを実行するように構成されているものである、機関。
【請求項３】
請求項１に記載の機関であって、
前記調節部が、前記事前の燃焼サイクルの後に発生する前記燃焼サイクルにおいて使用するために、前記燃焼室に、該事前の燃焼サイクルからのラジカル点火種を移送することを制御するものであり、
該調節部は、
（ａ）弁の動作、
（ｂ）特別な弁の動作、
（ｃ）吸気口と関連する動作、
（ｄ）排気口と関連する動作、
（ｅ）吸気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、
（ｆ）排気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、
（ｇ）吸気マニホールドの温度に影響を及ぼす動作、
（ｈ）該機関の圧縮比に影響を及ぼす動作、
（ｉ）吸気ガスのフローパターンに影響を及ぼす動作、
（ｊ）吸気ガスの流量に影響を及ぼす動作、および
（ｋ）排ガスの流量に影響を及ぼす動作
の少なくとも１つを制御するように構成されているものである、機関。
【請求項４】
前記調節部は、前記燃焼室と流体を流通するように連通した少なくとも１つの副室と関連しており、
該副室は、該燃焼室において使用するためのラジカル点火種を生成するための前記手段としての機能を果たし、
該調節部は、
（ａ）該副室内の燃料の濃度が管理されるように、該副室内へ制御燃料を分配する手段
（ｂ）該副室内の酸素の濃度が管理されるように、該副室へ該制御燃料を分配する手段、
（ｃ）該副室の容量が管理されるように、該副室の容量を変更する手段、
（ｄ）該副室内の温度が管理されるように、該副膝と関係する温度を変更する手段、
（ｅ）該副室内の圧力が管理されるように、該副室と関係する圧力を変更する手段、
（ｆ）制御可能な触媒表面
（ｇ）制御可能な表面積の触媒表面、
（ｈ）制御可能な燃料改質デバイス、
（ｉ）制御可能なプラズマ発生デバイス、
（ｊ）制御可能な、光を付加するデバイス、
（ｋ）制御可能なマイクロ波デバイス、
（ｌ）制御可能な化学添加物挿入デバイス、
（ｍ）制御可能な、熱を付加するデバイス
（ｎ）制御可能な、熱を除去するデバイス
（ｏ）該副室を該燃焼室に連結する流動装置内の流れを変更する手段
（ｐ）該副室の形態が管理されるように、該副室の形態を変更する手段、
（ｑ）該副室を該燃焼室に連結する流動装置の形態が管理されるように、該流動装置の形態を変更する手段、
（ｒ）該副室を該燃焼室に連結する流動装置を介して、該副室に流入する燃料成分の量を管理するデバイス
（ｓ）該副室内の燃料成分の濃度が管理されるように、少なくとも１つの燃料成分を該副室内に分配する手段、および
（ｔ）該副室を該燃焼室に連結する流動装置を介して、該副室に流入する制御燃料の量を管理する手段
の少なくとも１つである、機関。
【請求項５】
請求項１に記載の機関であって、
前記燃料と空気との混合物の特性に適切な少なくとも１つのデータ構造と連絡する少なくとも１つの装置のための、少なくとも１つの論理を使用するものであり、
該データ構造に保存されたデータは、負荷および速度の条件を含む機関の種々の運転条件下での運転に関連しており、
（ａ）該データ構造の少なくとも１つが燃焼履歴を含んでいること、
（ｂ）該データ構造の少なくとも１つが、燃焼履歴の援助管理のサブシステムを支援すること、
（ｃ）該論理の少なくとも１つが、センサーによって指示されること、
（ｄ）該論理の少なくとも１つが多重センサーによって指示されること、
（ｅ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのマイクロコンピュータと連絡していること、
（ｆ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのコンピュータと連絡していること、
（ｇ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのプロセッサーと連絡していること、
（ｈ）該データ構造の少なくとも１つが、該調節部が指示することを容易にすること、
（ｉ）該装置の少なくとも１つが機械的に指示すること、
（ｊ）該データ構造の少なくとも１つが、該調節部が機械的に指示することを容易にすること、
（ｋ）該論理の少なくとも１つが該機関の少なくとも１つの排気物質の条件に応答すること、
（ｌ）該論理の少なくとも１つが、該機関の少なくとも１つの温度条件に応答すること、および
（ｍ）該論理の少なくとも１つが、該機関の少なくとも１つの圧力条件に応答すること
の少なくとも１つをさらに適用する、機関。
【請求項６】
請求項５に記載の機関であって、以下の（ａ）〜（ｋ）の均一な燃焼を行うラジカル点火のサブプロセスの少なくとも１つを実行する際に、前記論理が該機関に指示する、機関、
（ａ）燃料の直接噴射によって完全に均一な燃焼を行うラジカル点火のプロセスであって、該ラジカル点火種が前記燃焼サイクルにおける点火に優勢である、プロセス、
（ｂ）予混合チャージによって完全に均一な燃焼を行うラジカル点火のプロセスであって、該ラジカル点火種が該燃焼サイクルにおける点火に優勢である、プロセス、
（ｃ）燃料の直接噴射と予混合チャージとを組み合わせて完全に均一な燃焼を行うラジカル点火のプロセスであって、該ラジカル点火種が該燃焼サイクルにおける点火に優勢である、プロセス、
（ｄ）ラジカル点火種によって増加される、予混合チャージによる圧縮点火（ＰＣＣＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける予混合チャージによる圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｅ）ラジカル点火種によって増加される、均一なチャージによる圧縮点火プロセス（ＨＣＣＩ）であって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける均一なチャージによる圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｆ）ラジカル点火種によって増加される、層状給気による圧縮点火（ＳＣＣＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける層状給気圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｇ）ラジカル点火種によって増加される、直接噴射式の圧縮点火（ＤＩＣＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける直接噴射式の圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｈ）ラジカル点火種によって増加される、予混合チャージによる火花点火（ＰＣＳＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける予混合チャージによる火花点火を増加させる、プロセス、
（ｉ）ラジカル点火種によって増加される、均一なチャージによる火花点火プロセス（ＨＣＳＩ）であって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける均一なチャージによる火花点火を増加させる、プロセス、
（ｊ）ラジカル点火種によって増加される、層状給気による火花点火（ＳＣＳＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける層状給気による火花点火を増加させる、プロセス、および
（ｋ）ラジカル点火種によって増加される、直接噴射式の火花点火（ＤＩ  ＳＩ）プロセスであって、該ラジカル点火種が、該燃焼サイクルにおける直接噴射式の火花点火を増加させる、プロセス。
【請求項７】
ロータリー機関である、請求項６に記載の機関。
【請求項８】
４ストロークの往復機関である、請求項６に記載の機関。
【請求項９】
２ストロークの往復機関である、請求項６に記載の機関。
【請求項１０】
機関の燃焼室内の、燃焼サイクルの間に多量の燃料に点火するために必要な熱を低下するためのプロセスであって、
該機関の少なくとも１つの事前の燃焼サイクルの間に、該燃料の、ＯＨ−ラジカルによって誘導された還元を用いて、ラジカル点火種を生成する工程、
該ラジカル点火種の一部を調節する工程、および
該事前の燃焼サイクルよりも後の燃焼サイクルの間に、該ラジカル点火種の一部を用いて該燃焼室における該燃料の点火を選択的に調節する工程、
を包含している、プロセス。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプロセスであって、
前記ラジカル点火種の一部を調節する工程は、前記燃焼室と流体を流通するように連通した少なくとも１つの副室における該ラジカル点火種の生成を、副室におけるラジカル点火種の生成を調節するデバイスを少なくとも１つ用いて制御することによって達成され、
該副室におけるラジカル点火種の生成を調節するデバイスは、
（ａ）酸素の濃度およびラジカル点火種の濃度に関連して該副室における燃料の濃度を管理すること、
（ｂ）燃料の濃度およびラジカル点火種の濃度に関連して該副室における酸素の濃度を管理すること、
（ｃ）燃料の濃度、酸素の濃度およびラジカル点火種の濃度に関連して該副室における他の化学種の濃度を管理すること、
（ｄ）該副室において維持される温度を管理すること、
（ｅ）該副室の容量を調節すること、ならびに
（ｆ）触媒表面を有する装置、触媒表面を有し、表面積を変更可能な装置、燃料を改質する装置、化学添加物を挿入する装置、プラズマを発生させる装置、光を付加する装置、熱を付加する装置、熱を除去する装置マイクロ波の装置、および圧力を変更する装置
を含んでいる装置のリストにおける少なくとも１つの装置の役割を果たすこと
という機能の少なくとも１つを実行するように構成されている、プロセス。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプロセスであって、
前記ラジカル点火種の一部を調節する工程は、前記事前の燃焼サイクルよりも後の燃焼サイクルにおいて使用するために、該事前の燃焼サイクルから再利用された複数の排ガスの一部に含まれた該ラジカル点火種の回収を、排ガスを用いてラジカル点火種の増加を調節するデバイスを少なくとも１つ用いて制御することによって達成され、
該排ガスを用いてラジカル点火種の増加を調節するデバイスは、
（ａ）該再利用された排ガスの一部の大きさを調節すること、
（ｂ）該再利用された排ガスの一部内におけるラジカル点火種の質量分率を安定化すること、
（ｃ）該再利用された排ガスの一部内におけるラジカル点火種の質量を低減すること、
（ｄ）該再利用された排ガスの一部内におけるラジカル点火種の質量を増加すること、および
（ｅ）該再利用された排ガスの一部内におけるラジカル点火種に、化学的な種を添加すること
という機能の少なくとも１つを実行するように構成されている、プロセス。
【請求項１３】
請求項１０に記載のプロセスであって、
前記ラジカル点火種の一部を調節する工程は、吸気ガスを用いてラジカル点火種の生成および増加を調節するデバイスの少なくとも１つによって達成され、
前記燃焼サイクルの吸気イベントの間に、該デバイスは、該事前の燃焼サイクルから再利用された複数の排ガスの一部に含まれた該ラジカル点火種の一部と、前記機関に流入する新しい空気のチャージとの両方を使用して、該吸気イベントの間に、該機関に流入する該ラジカル点火種を増加させるものである、プロセス。
【請求項１４】
請求項１０に記載のプロセスであって、
前記ラジカル点火種の一部を調節する工程は、
（ａ）弁の動作、
（ｂ）特別な吸気弁の動作、
（ｃ）特別な排気弁の動作、
（ｄ）吸気口と関連する動作、
（ｅ）排気口と関連する動作、
（ｆ）吸気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、
（ｇ）排気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、
（ｈ）吸気マニホールドの温度に影響を及ぼす動作、
（ｉ）該機関の圧縮比に影響を及ぼす動作、
（ｊ）吸気ガスのフローパターンに影響を及ぼす動作、
（ｋ）吸気ガスの流量に影響を及ぼす動作、および
（ｌ）排ガスの流量に影響を及ぼす動作
の動作の少なくとも１つを実行することができる特別な移送を制御するデバイスを少なくとも１つ用いて、前記事前の燃焼サイクルの間に生成した該ラジカル点火種の一部の少なくともいくつかが前記燃焼室へ移送されることを調整することによって実施される、プロセス。
【請求項１５】
請求項１０に記載のプロセスであって、
前記燃料に適切な少なくとも１つのデータ構造と連絡する少なくとも１つの装置を管理するための少なくとも１つの論理を必要とし、
該データ構造に保存されたデータは、負荷および速度の条件を含む機関の種々の運転条件下での運転に関連しており、
（ａ）該データ構造の少なくとも１つが燃焼履歴を含んでいること、
（ｂ）該データ構造の少なくとも１つが、燃焼履歴の援助管理のサブシステムを含んでいること、
（ｃ）該論理の少なくとも１つが、センサーによって指示されること、
（ｄ）該論理の少なくとも１つが多重センサーによって指示されること、
（ｅ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのマイクロコンピュータと連絡していること、
（ｆ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのコンピュータと連絡していること、
（ｇ）該データ構造の少なくとも１つが、該装置としてのプロセッサーと連絡していること、
（ｈ）該装置の少なくとも１つが機械的に指示すること、
（ｉ）該データ構造の少なくとも１つが、該調節部が機械的に指示することを容易にすること、
（ｊ）該論理の少なくとも１つが該機関の運転に関係する少なくとも１つの排気物質の条件に応答すること、
（ｋ）該論理の少なくとも１つが、該機関の運転に関係する少なくとも１つの温度条件に応答すること、および
（ｌ）該論理の少なくとも１つが、該機関の運転に関係する少なくとも１つの圧力条件に応答すること
の少なくとも１つをさらに適用する、プロセス。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプロセスであって、
該プロセスに関する、以下の（ａ）〜（ｋ）のラジカル点火種によって均一な燃焼を行うラジカル点火のサブプロセスの少なくとも１つの範囲内で、前記論理が該プロセスの使用を指示する、プロセス、
（ａ）該プロセスに関する、ラジカル点火種の予混合チャージによる圧縮点火プロセスであって、該ラジカル点火種が、予混合チャージによる圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｂ）該プロセスに関する、ラジカル点火種の直接噴射式の圧縮点火プロセスであって、該ラジカル点火種が、直接噴射式の圧縮点火を増加させる、プロセス、
（ｃ）該プロセスに関する、ラジカル点火種の予混合チャージによる火花点火プロセスであって、該ラジカル点火種が、予混合チャージによる火花点火を増加させる、プロセス、
（ｄ）該プロセスに関する、ラジカル点火種の直接噴射式の火花点火プロセスであって、該ラジカル点火種が直接噴射式の火花点火を増加させる、プロセス、
（ｅ）該プロセスに関する、燃料を直接噴射して全に均一な燃焼を行うラジカル点火プロセスであって、該ラジカル点火種が点火に優勢である、プロセス、
（ｆ）該プロセスに関する、予混合チャージによって完全に均一な燃焼を行うラジカル点火プロセスであって、該ラジカル点火種が点火に優勢である、プロセス、
（ｇ）該プロセスに関する、燃料の直接噴射と予混合チャージとを組み合わせて完全に均一な燃焼を行うラジカル点火プロセスであって、該ラジカル点火種が点火に優勢である、プロセス。
【請求項１７】
４ストロークの往復機関に適用される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
ロータリー機関に適用される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
２ストロークの往復機関に適用される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
請求項１０に記載のプロセスであって、前記点火を引き起こす主要な点火手段が、前記ラジカル点火種の一部によって、ラジカルの作用によって増加され、
該点火を引き起こす主要な点火手段は、
（ａ）圧縮、
（ｂ）触媒作用、
（ｃ）プラズマジェット、
（ｄ）火炎ジェット、
（ｅ）内部エネルギーを急速に増加させること、および
（ｆ）火花
の少なくとも１つを少なくとも介したものである、プロセス。
【請求項２１】
前記燃料が、前記機関に直接注入されるガソリンを含んでいる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項２２】
４ストロークの往復機関に提供される、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
ロータリー機関に適用される、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２４】
２ストロークの往復機関に適用される、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２５】
（ａ）層状給気による圧縮点火（ＳＣＣＩ）、
（ｂ）均一なチャージによる圧縮点火（ＨＣＣＩ）、
（ｃ）直接噴射式の圧縮点火（ＤＩ  ＣＩ）、
（ｄ）層状給気による火花点火（ＳＣＳＩ）、
（ｅ）均一なチャージによる火花点火（ＨＣＳＩ）、および
（ｆ）直接噴射式の火花点火（ＤＩ  ＳＩ）
に従う少なくとも１つの点火の事例において点火を増加させるために用いられる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記点火の事例に関して同一の運転条件および同一の燃料条件下において、前記ラジカル点火種の一部を用いた前記点火を成功させるために必要とされる前記燃焼室における前記燃料と空気との混合物の温度が、該ラジカル点火種の一部を用いない該点火を成功させるために必要とされる該燃焼室における該混合物の温度よりも低い、請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記機関からの熱の遮断を低下させる手段を少なくとも１つ用いることをさらに含んでいる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項２８】
４ストロークの往復機関に提供される、請求項２７に記載のプロセス。
【請求項２９】
ロータリー機関に適用される、請求項２７に記載のプロセス。
【請求項３０】
２ストロークの往復機関に適用される、請求項２７に記載のプロセス。
【請求項３１】
燃焼サイクルの間に、内燃機関の燃焼室内における燃料に点火するための酸素濃度に対する要求される燃料の濃度を減少させるためのプロセスであって、
該内燃機関の少なくとも１つの事前の燃焼サイクルの間に、ＯＨラジカルによって誘導された、燃料の還元を用いてラジカル点火種を生成する工程、
該ラジカル点火種の一部を調節する工程、および
該事前の燃焼サイクルよりも後の燃焼サイクルの間に、該燃焼室における該燃料の点火を、該ラジカル点火種の一部を用いて選択的に調節する工程
を包含している、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、米国仮特許出願第６０／７８９，９３３号明細書（２００６年４月７日出願）、米国仮特許出願第６０／８６５，７０９号明細書（２００６年１１月１４日出願）、米国仮特許出願第６０／８８５，２７９号明細書（２００７年１月１７日出願、および米国仮特許出願第６０／８９２，３３２号明細書（２００７年３月１日出願）の優先権を主張するものである（なお、これらの内容は、参照することによって完全に組み込まれる）。
【０００２】
〔発明の分野〕
実施形態は、一般的に、選抜されたラジカル点火種を使用することによって、機関において水素、アルコールおよび炭化水素燃料ならびに燃料／水性燃料の組み合わせの、燃焼を増加させることと、改善された制御点火とに関与する、通常の熱流体反応速度論的プロセスに関する。
【０００３】
〔関連技術の記載〕
内燃（「ＩＣ」）機関は、約８０年間にわたって基本的な動力源であり続けている。したがって、多くの取り組みが、新しい概念の機関（電気、燃料電池、ハイブリッドなど）の開発に捧げられているが、より多くの取り組みが、未だ循環式内燃機関（往復機関およびとロータリー機関）を引き続き改良することに向けられている。この発展について近年、「燃料設計」と「機関の設計」とを互いにより良好に適合させるようにそれらを共同で発展させる取り組みがなされている。またこの作業のほとんどは、燃焼の開始（「ＳＯＣ」）のための火花点火（「ＳＩ」）モードと圧縮点火（「ＣＩ」）モードの周辺に未だ集中している。しかしながら、多くの関連した進歩があったにもかかわらず、従来の形式のこれら点火モードに関係する不利な点や制限が存在し続けており、さらに、これらの２つのモードに変わる最近のモード（permutation）に関係する不利な点や制限も存在し続けている。これらの抑制の理由は、上記モードの燃焼の性質に由来する。
【０００４】
従来の火花点火によって開始される火炎伝播燃焼では、燃料と空気との均一混合物は、炎を維持するのに十分濃く、火花によって一点で点火され、火炎核は、燃焼前面（combustion front）として点火点から形成された後、発展する。しかしながら、この燃焼前面は、それ自身が持つ本来の速度で主室に広がるため、該燃焼前面をそれ以上どのようにも効果的に制御することができない。さらに、化学的に活性なこの燃焼帯（燃焼前面）の範囲内では、反応種の特定の発熱力と滞留時間とを制御することはできない。発熱エネルギーの放出により、この移動する燃焼帯が急速に拡張することによって、その反応粒子が、（移動する燃焼前面から）時期尚早に排出される傾向がある。このため燃焼率は減少し、燃焼は不適当な排出を伴った不完全なものになる。
【０００５】
従来の直接噴射（「ＤＩ」）による圧縮点火では、燃料は、かなりの流入速度でもって挿入される。燃焼室に流入されると、燃料は小滴の集合体に霧化される。作製された小滴の集合体の数密度は、十分に密に間隔が空いている燃料液滴の雲を形成するほど十分高いものであり、このため炎が外皮（envelope）のように周囲に確立される。それから上記小滴の燃焼前面は、スプレーが挿入される際に、与えられる推進力によって、圧縮空気チャージを横切って動かされる。燃料が上記燃焼前面において完全に消費される一方で、酸素は炎の外皮の中で完全に枯渇する。燃料は炎の燃焼前面において、その最高温度に達し、これにより燃焼のプロセスが安定する。しかし、このことは、酸化窒素の形成を最大化することにも役立つ。さらに、酸素が欠乏している高温帯に、燃料が近づくにつれて、燃料は煤へと熱分解される（pyrolized）。従来の火花点火（ＳＩ）の場合のように、燃焼開始後では、この従来のプロセスにおける燃焼を、効率的にそれ以上どのようにも制御することはできない。このプロセスへの従来の改良は、一般に空気燃料混合の有効性に限られている。
【０００６】
従来の火花点火（ＳＩ）と従来の直接噴射圧縮点火（ＤＩＣＩ）とにおいて、点火プロセスは、比較的高温の反応速度メカニズムによって行われる。燃料に依存するが、これらのメカニズムを開始するのに関与する連鎖開始反応は、直接的な燃料の酸化または燃料の分離のどちらかと関与している。燃料の分離は、該燃料自体の温度がより高くなることによって（熱解離）、またはより高い温度での（より高い温度に依存した）第３の物体の反応によって起こり得る。このように、従来の形式では、これらのモードの両方は、最近開発されたいくつかのモードにおける熱量と比べて、燃焼を開始するために比較的高い熱量を必要とする。また維持されることができるこれらのモードによって開始される燃焼については、通常必要とされる酸素に対する燃料の濃度は、これらのモードに代わる最近の点火モード（premutation）のいくつかに必要とされる濃度と比べて、比較的高くなっている。
【０００７】
従来の火花点火（ＳＩ）および従来の圧縮点火（ＣＩ）と比べて、均一燃焼のプロセスでは、点火に要求される熱が下がること、および燃焼の持続に要求される酸素に対する燃料の比が下がることの両方が可能になる。均一燃焼は、点火の間の主燃焼室の空気−燃料チャージの大部分を同時に包囲することを伴っている。燃焼イベントは、混合物全体の至るところで開始され（すなわち多点点火）、炎の前面が眼に見えて移動することなく進行する。したがって、均一燃焼を採用する機関は、一般的には、圧縮され−点火され、攪拌される、化学反応炉のように振舞う。均一燃焼プロセスでは、燃料と空気との混合物の化学反応速度論は、種の濃度、温度またはそれらの組み合わせによって開始される。以下では、種の濃度によって、均一燃焼が化学的に誘導されることを、ＲＩ（「ラジカル点火」）と称し、温度によって誘導されることをＴＩ（「熱点火」）と称する。熱点火は、圧縮点火の置換（permatuartion）である。
【０００８】
ラジカル点火によって誘導される均一燃焼の初めの例は、米国特許第３，０９２，０８８号明細書、米国特許第３，２３０，９３３号明細書、米国特許第３，２８３，７５１号明細書、およびＧｏｏｓｓａｋの米国特許第３，８０２，８２７号明細書に記載されている。Ｇｏｏｓｓａｋの「ＬＡＧ」４ストローク往復内燃機関では、小さい予室において、燃料が豊富な混合物の火花点火が行われ、その後、より大きい主室において、燃料が少ない混合物の燃焼が行われる。これらの室を連結するために、Ｇｏｏｓｓａｋの低温点火機関は、小さいチャネルを利用している。このチャネルは、予室から放出される燃焼ガスを引き離して、冷却するので、炎は通過しない。むしろ燃焼していない不完全燃焼産物のマスジェット（mass jet）だけが主燃焼室に移送される。ある種の作動条件下では、そのとき燃焼は、予室のマスジェットの乱流後流によって誘導された産物の多くの小核（ｋｅｒｎｅｌ）から、主燃焼室の空気−燃料チャージの大部分において同時に発展することを見られる。そのような作動条件では、この多点点火は、上記核が実質的に準均一分散した後に起こる。
【０００９】
該多点点火は、ＬＡＧ機関の主燃焼室における早期点火と高速燃焼とを一緒に生じさせる（マスジェットによって生成される）高いレベルの乱流強度を伴う、（予室における濃混合気の不完全燃焼によって産生される）ＣＨ３、Ｈ２Ｏ２、ＣＨ２Ｏ、Ｃ２、ＣＨ、およびＨなどのラジカルおよび中間種によって誘導される高化学活性である。ＬＡＧ機関における成層均一燃焼に関与する種の全ては、ラジカルではないが、Ｇｏｏｓｓａｋおよび以下から、ラジカル点火は、高反応性の中間体種および／またはラジカル（併せて「ラジカル点火種」と呼ぶ）の存在によって、主として誘導される自己点火を意味していると理解される。残念ながら、ラジカル点火は、同じサイクルにおける産物の核の流体力学的分散に依存するので、ＬＡＧ機関は、全機関作動有効期間（engine operating regime）の限定された部分の間に、効果的に作動するように作成されることができるだけであった。
【００１０】
Ｂｌａｓｅｒらは、ラジカル点火のための異なるアプローチを発見した。このアプローチに対する研究がされた後に、いつかの実用的な４ストローク往復内燃機関のデザインがもたらされた（米国特許第４，８９８，１３５号明細書、米国特許第５，８６２，７８８号明細書、および米国特許第６，１７８，９４２号明細書）。このアプローチによって、ＬＡＧ機関の分散に関する制限を解決する様式で、あるサイクルにおいて次のサイクルに使用されるラジカル点火種を発生させることが可能になった。ＳＣＳ（「ソネックス（Ｓｏｎｅｘ）コンバッションシステム」）と呼ばれる最近の例では、ＬＡＧ機関における低温発火に見られる優性効果と同じ優性効果（すなわち、「ラジカル点火種」および激しい乱流）が、このピストンマイクロ室構造によってもたらされる。しかしながら、残念なことに、この技術は不便である。不便な点の１つは、該技術は、機関の効率の改善と排出の減少とを同時に行うための、全機関作動有効期間の平均的な最適化を提供できるだけということである。また、上記のピストンに基づく技術は、一般的に、全機関作動有効期間の条件用に最適化されなければならないので、該技術では、高負荷の間ではあまりにも多くのラジカルが生産され、低負荷の間では十分な量のラジカルが生産されない。この点を埋め合わせるためには、そのときに、上記機関の制御は、所望の時期に燃焼を開始するために、燃料注入の時期を過度に調節する必要がある。その結果、高負荷では、注入時期が、燃料を十分に混合するには遅すぎることになり、燃焼の均一度合いが低下し、ＣＯおよび他の汚染物質が増加する。このため、上記技術は、機関作動有効期間の全ての点において、ラジカル点火の全潜在能力を利用することはできない。また、上記技術は、作動のいくつかの点において機関の性能を実際に低下させる。
【００１１】
また、熱点火に関する初期の例は、ノグチらの米国特許第４，３１７，４３２号明細書に記載されている。この特許公報には、トヨタ−ソーケン（ＴＳ）燃焼と呼ばれるガソリンの２ストローク往復内燃機関における、低温自己点火燃焼プロセスが記載されている。この熱点火の改良型では、吸気口−排気口は、離脱する燃焼ガスと流入する新鮮なチャージとが重なるように設計されている。これによって、冷たい新鮮なチャージへ、熱を移動させたり、またある化学活性産物を持ち越したりすることができる。ＴＳ燃焼の特徴には、先行技術であるＬＡＧ機関およびＳＣＳ機関の特徴と似ているものがある。ほぼ同時期に開発された、ＡＴＡＣ（活性熱雰囲気燃焼（Active-Thermo- Atmosphere Combustion））機関も、ＴＳと同じ熱点火現象を本質的に含んでいる（SAE Paper No. 790501 [Onishiら]）。この機関の型式へと進歩する際に、IshibashiおよびAsai (SAE Paper No. 980757、および米国特許第５，６９７，３３２号明細書）によりラジカルの関与が強調されたが、ＬＡＧ機関およびＳＣＳ機関における全ラジカル活性と比較すると、ＴＳ機関およびＡＴＡＣ機関における全ラジカル活性は最小であることが分かった。また、ＳＣＳ機関と比べて、これらの機関には、あるサイクルから次のサイクルへのラジカル点火種の持ち込みはない。したがって、今日では、ＴＳおよびＡＴＡＣは共に、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）機関のファミリーに分類されている。予混合圧縮着火は、熱点火であり、このため圧縮点火の置換である（premutation）。
【００１２】
ＮａｊｔおよびＦｏｓｔｅｒ（SAE Paper No. 830264）は、４ストローク往復内燃機関において、排ガスの熱エネルギーの使用を延長することにより、熱点火（ＴＩ）による均一燃焼を引き起こした。彼らの研究および最近のＥＧＲによる数値計算（参照によって組み込まれるSAE Paper No. 2001-28-0048 [Blankら]）によって、熱点火が、チャージの加熱と酸素の希釈とにより均一燃焼が誘導されることが確認されている。また、ＬＡＧ機関およびＳＣＳ機関における自己点火誘導に関与することが分かった主要な「ラジカル点火種」は、この最近の燃焼研究であるＥＧＲの熱点火による燃焼の排ガスには、発見されていない。したがって、ラジカル点火種は、４ストロークＨＣＣＩの改良型には関与していない。ＨＣＣＩによる燃焼に関する他の様々な名称としては、予混合圧縮点火（ＰＣＣＩ）、および圧縮点火均一チャージ（ＣＩＨＩ）などが挙げられる。
【００１３】
その後多くの研究によって、２ストローク往復内燃機関および４ストローク往復内燃機関の両方の応用に対して、熱点火の適用性が拡張された。しかしながら、ＰＣＣＩ機関のある作動条件には、解決されていない課題が未だに存在する。ＨＣＣＩ機関では、圧縮によって「低」温の燃料−Ｏ２連鎖開始反応が誘導され、該連鎖開始反応によって自己点火が誘導されることによって、燃焼は開始される。燃料−空気チャージ混合物は、上死点（「ＴＤＣ」）の前に十分に形成されるので、点火は、圧縮プロセスの間の様々な時点において起こることができる。このため、機関の負荷（ｌｏａｄ）が増加すれば、点火時期は早まる傾向にあり、燃焼の割合は増加する傾向にある。さらに、上死点の前に早めに放熱が起こるために、熱効率は減少する可能性があり、早めにより高速の燃焼が起こるために、機関の作動は荒くなる可能性がある。反対に、機関の負荷が減少すれば、点火時期は遅れる傾向にある。これによって、最終的には、不着火が起こったり、排気が増加したりする可能性がある。また、機関の速度が増加すると、希釈された混合物の低温の予備反応に利用可能な時間が短くなるので、主要な熱放出のための時間が遅れる。この場合、上記利用可能な時間が不十分であれば、不着火が起こる可能性もある。
【００１４】
そのようなこと以外にも、これらのＰＣＣＩの課題は、圧縮比（「ＣＲ」）の観点から考えることができる。ある圧縮比において、特定の燃料を使用する開始条件の既定の組について、（圧縮点火を介した）自己点火が起こるとき、その圧縮比（以下、「有効チャージ圧縮比」と呼ぶ）が、「機関の機械的圧縮比」と同じである場合は、燃焼が「正確な」時間に起こる。すなわち、ピストンが上死点の位置にあるときに、燃焼が開始し、クランク角が１０°以内のときに、シリンダ圧が一般的にピークになる。しかしながら、有効チャージ圧縮比（自己点火圧縮比）が、機関の機械的圧縮比よりも小さい場合、燃焼は、ピストンが上死点の位置に達する前に開始し、機関は受け入れがたいほどのノッキングを起こす。自己点火圧縮比が機関の機械的圧縮比よりも大きい場合、不着火が起こり、機関は作動しない。それ故、熱点火の主な制限は、（燃料のセタンまたはオクタンの値、周囲の温度、負荷、機関速度などを含む）作動条件のあり得る範囲にわたって、予混合型のＨＣＣＩおよびＳＣＣＩ（層状給気圧縮点火）（集合的予混合チャージ圧縮点火）の開始を制御する許容可能な手段がないことである。
【００１５】
多くの研究によって、ラジカル点火モードの使用が拡張された。ＬＡＧの概念である熱化学的特徴に密接に基づき、Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍらは、パルスジェット燃焼（ＰＪＣ）点火システム、およびジェットプルームインジェクションアンドコンバッション（ＪＰＩＣ）システム（Jet Plume Injection and Combustion (JPIC) system）というより最近の第２システムを開発した（米国特許第４，９２４，８２８号明細書、米国特許第４，９２６，８１８号明細書、米国特許第４，９７４，５７１号明細書、および米国特許第５，２７１，３６５号明細書、ならびにSAE Paper Nos. 2000-01-0194および2000-01-0199）。しかしながら、彼らのＪＰＩＣシステムの燃焼制御は、反応組成物および流体力学に頼っており、このため該燃焼制御には、ＬＡＧ機関に見られる制限と同じ制限が科される。
【００１６】
ＬＡＧの概念である触媒を基本とする拡張は、スマートプラグ（Smartplug）と呼ばれる先行技術である（米国特許第４，９７７，８７３号明細書、米国特許第５，１０９，８１７号明細書、米国特許第５，２９７，５１８号明細書、および米国特許第５，４２１，２９９号明細書）。スマートプラグの挿入は、予室へ燃料を供給するという複雑なことを追加することなく、火花によって点火される多燃料予室（fuel -rich pre-chamber）と同じ効果をもたらす。しかしながら、このことは、不完全な燃焼産物をマスジェットを介して伝えるというよりはむしろ、主に火炎ジェット（flame jet）を介して熱エネルギーを放出するという、熱点火の形態である。したがって、スマートプラグはラジカル点火を含んでおらず、その利点は、熱効率が低くなる可能性がある、予混合チャージの適用に主に限定されている。
【００１７】
最近、機関燃焼シリンダにおいて、増加する燃焼制御に素早く使用するために、不完全な燃焼産物を機関燃焼シリンダの外側に生成させるという２つの取り組みがなされている（米国特許第６，０９２，５１２号明細書および米国特許第６，３４５，６１０号明細書）。これら取り組みの両方では、各機関の作動条件に適切な、計量された量の不完全燃焼産物を調整して使用することができるが、第１の取り組みは、排ガスの条件を変化させることを頼りにしており、第２の取り組みは単純に、吸気マニホールドに移動されたＬＡＧ概念である。これらは、高速状況下、および高負荷状況下では効率的ではない。したがって、均一燃焼を起こすのに必要な制御を提供することができず、機関作動有効期間の全体にわたって作動することはできない。これらの理由から、ＬＡＧ技術を軽負荷においてのみ組み込むというデュアルモードのアプローチが示唆されている（米国特許第６，５９５，１８１号明細書を参照）。
【００１８】
この概要から、いくつかのことが明らかになる。主に、ラジカル点火および（圧縮点火の）熱点火の改良型のみが、内燃機関において均一燃焼を生じさせることができる。しかしながら、先行技術の有効な熱点火は、予混合燃料を適用することに限定され（このため、効率が低くなる）、また機関の作動有効期間の限られた部分の間で作動することに限定される。直接噴射式燃料挿入内燃機関の改良型では、より高い効率が提供される可能性があり、機関の作動有効期間は限定されていないが、該改良型は、不幸なことに均一燃焼の作動をすることができない。従来のラジカル点火機関において、燃料を直接噴射することによって、機関作動有効期間の全体にわたって１モードの均一作動できると示された唯一の改良型は、ＳＣＳ機関である。しかしながら、このラジカル点火の改良型では、燃焼の正確な制御は、あまりにも限定されており、この改良型は、機関作動有効期間のある部分の範囲内で実際に燃焼を低下させるものである。
【００１９】
〔要旨〕
一実施形態は、一般的に、機関の主燃焼室内において燃料に点火するために要求される熱および要求される酸素濃度に対する燃料濃度の、減少を制御する方法に関する。上記方法は、機関の主燃焼室に結合している副室における、少なくとも１つの事前の燃焼サイクルにおいて生成した複数のラジカル点火種を提供する工程を含んでいる。該複数のラジカル点火種は、少なくとも１つのＯＨ−ラジカル点火種により引き起こされる反応速度メカニズム（chemical kinetic mechanism）によって生成されるものである。また、上記方法は、複数のラジカル点火種の一部を主燃焼室に導く工程を含んでいる。さらに、上記方法は、主燃焼室における燃料の点火イベントを変更するように、上記ラジカル点火種の一部と、主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程を含んでいる。
【００２０】
他の実施形態は、一般的に、所定の量の複数のラジカル点火種を使用して、機関内における燃料の燃焼を化学的に変更するプロセスに関する。上記プロセスは、少なくとも１つの導管によって、容量可変の主燃焼室に連結された少なくとも１つの副室を提供する工程と、機関内の少なくとも１つの前のサイクルにおいて、少なくとも部分的に生成した所定の量の複数のラジカル点火種を、容量可変の主燃焼室へ導いて、主圧縮イベントが終わる前に、容量可変の主燃焼室の新しい空気チャージと混合する工程とを含んでいる。また、上記プロセスは、主圧縮イベントの間に、少なくとも１つの副室において、容量可変の主燃焼室の空気と、燃料との第２の一部を捕捉する工程、およびラジカルによる燃料分解を含んでいる過早点火の化学反応を引き起こすことによって、燃料の過早点火イベントを初めに活性化して、それからＯＨによる燃料分解を引き起こす点火イベントの点火化学反応を開始するための作用物質として作用する、所定量の複数のラジカル点火種を容量可変の主燃焼室において使用する工程を含んでいる。さらに、上記方法は、容量可変の主燃焼室から少なくとも１つの副室へＯＨおよびエネルギーを移動させるための、上記燃料の燃焼と上記点火イベントとによって生じる最大になった圧力を使用する工程を含んでいる。さらに、上記方法は、容量可変の主燃焼室から移されたＯＨおよびエネルギーと、副室に滞留している第２の複数のラジカル点火種とを使用して、追加のラジカル点火種を生成するための少なくとも１つの副室において、ＯＨ−ラジカル種によって引き起こされる燃料分解サブメカニズム、または複数のＯＨ−ラジカル種によって引き起こされる燃料分解サブメカニズムを引き起こす工程を含んでいる。
【００２１】
さらに、他の実施形態は、一般的に、シリンダを備えている内燃機関内の装置に関する。該シリンダは、外側をシリンダハウジングによって囲まれている空間内を移動する動力発生部材（work-power producing component）によって規定される、少なくとも１つの容量可変の燃焼室をさらに備えている。上記シリンダは、一定期間ごとに燃料と空気チャージとを受け取るように構成されており、さらに、吸気段階、主圧縮段階、燃焼段階、出力膨張段階、および部分排気段階を含んでいる燃焼サイクルを実行するように構成されている。上記装置は、少なくとも１つの小室を備えている。該少なくとも１つの小室は、シリンダのシリンダハウジングの周囲で、かつ少なくとも１つの容量可変の燃焼室の近くに配置されている。また、該少なくとも１つの小室は、複数のラジカル点火種の生成の起点となる場所として機能するように構成されている。また、上記装置は、上記少なくとも１つの小室を、関連した少なくとも１つの容量可変の燃焼室と結合させるように構成された少なくとも１つの連結導管を備えている。また、上記少なくとも１つの連結導管は、上記燃料サイクルの様々な段階の間に、複数のラジカル点火種、空気、燃料、および化学反応産物が、少なくとも１つの小室の内に流入したり、該少なくとも１つの小室の外に流出したりすることができるように構成されている。さらに、上記装置は、上記機関に適用される負荷および速度に関する必要な条件に基づいて、少なくとも１つの容量可変の燃焼室に提供される複数のラジカル点火種の量を調節するように構成された、少なくとも１つの小室と関係する少なくとも１つのコントローラーを備えている。
【００２２】
〔図面の簡単な説明〕
上記実施形態の様々な特徴は、添付の図面と関連付けて考慮し、以下の上記実施形態の詳細な説明を参照することによって、より深く理解するようになると同時に、より十分に評価されることができる。
【００２３】
図１は、ＨＣＲＩプロセス１００に基づく、一般化されたＨＣＲＩの熱流体反応速度論的プロセスを記載した図である。
【００２４】
図２Ａは、図１に示されているＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＣＲＩ機関２００の１つの機関燃焼シリンダの複合物を示す概略図である。
【００２５】
図２Ｂは、図２Ａに示されている一般化されたＨＲＣＩ機関のための典型的な電子制御システムの概要を示す図である。
【００２６】
図３は、水素、アルコールおよび炭化水素燃料に関する、一般的な点火限界を表しているプロットである。
【００２７】
図４Ａは、ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的な４−シリンダＨＣＲＩのロータリー燃焼機関（ＨＣＲＩ機関３００）に関する、１つの機関燃焼シリンダの内部を示す概略図である。
【００２８】
図４Ｂは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関の２つの機関燃焼シリンダを示す上面図である。
【００２９】
図４Ｃは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関の実施形態について、セクション（Ａ−Ａ）を通る、小室組立品を取り付けたハウジング周囲を示す上面図である。
【００３０】
図４Ｄは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関のための一機関燃焼シリンダにおけるローターを示す側面図である。
【００３１】
図５Ａは、ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＲＣＩ２ストローク往復機関（ＨＣＲＩ機関４００）の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面（線Ｅ−Ｅを通る断面）を示す概略図である。
【００３２】
図５Ｂは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図５Ａに示されたＨＲＣＩ２ストローク往復機関の実施形態の１つの機関燃焼シリンダの内部の上部を示す概略図（線Ｅ−Ｅを含むヘッドを通る半径方向断面図）である。
【００３３】
図５Ｃは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図５Ａに示されたＨＲＣＩ２ストローク往復機関の実施形態の１つの機関燃焼シリンダの内部の下部を示す概略図である（線Ｇ−ＧおよびＨ−Ｈを通るシリンダの下部の半径方向断面の上面図であり、これらの線の下のピストンも示す図である）。
【００３４】
図６Ａは、ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＲＣＩ４ストローク往復機関（ＨＣＲＩ機関５００）の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面（線Ｄ−Ｄを通る断面）を示す概略図である。
【００３５】
図６Ｂは、ＨＣＲＩプロセス１００を利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面（線Ｊ−ＪおよびＫ−Ｋを通る断面）を示す概略図である。
【００３６】
図６Ｃは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の１つの機関燃焼シリンダの内部の上部を示す概略図（線Ｄ−ＤおよびＪ−Ｊを含むシリンダヘッドを通る半径方向断面図）である。
【００３７】
図６Ｄは、ＨＣＲＩプロセスを利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の１つの機関燃焼シリンダの内部の下部を示す概略図（線Ｋ−Ｋ含む下部の半径方向断面図）である。
【００３８】
図７Ａは、燃料がＣ２Ｈ５ＯＨであり、圧縮比が１７．５：１であるときの、完全直接噴射式（full DI）ＨＲＣＩ４ストローク往復機関の主室および副室に関する、サンプルの圧力対クランク角（「ＣＡ」）の値を示すグラフである（Ｐ１−主室、Ｐ２−小室）。
【００３９】
図７Ｂは、燃料がＣ２Ｈ５ＯＨであり、圧縮比が１７．５：１であるときの、完全直接噴射式ＨＲＣＩ４ストローク往復機関の主室および副室に関する、サンプルの温度対クランク角（「ＣＡ」）の値を示すグラフである（Ｔ１−主室、Ｔ２−小室）。
【００４０】
〔実施形態の詳細な説明〕
簡便さと説明との目的から、本発明の原則は、主にその一般的な実施形態を参照することによって説明される。しかしながら、当業者は、すぐに、この原則がすべての種類の燃焼機関において、等しく適用可能であり、且つ、実施可能であるとともに、そのような変更が、本来の精神と本発明の範囲とから逸脱しないことを認識するであろう。さらに、以下の詳細な説明においては、特定の実施形態を示ている添付図面を用いて説明する。電気的、機械的、論理的、および構造的な変更は、本発明の、本来の精神と範囲とを逸脱することなく実施形態に合わせることができる。従って、以下の詳細な説明は、本発明の範囲の意義を制限するものではなく、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲と、それらの語句とによって定義される。
【００４１】
実施形態は、一般的な点火制御プロセスに関連している。より詳細には、点火制御プロセスは、様々な水素、アルコール、および炭化水素の燃料と燃料／水性燃料混合物を使っている循環式内燃機関における均一燃焼およびほぼ均一燃焼のラジカル点火種開始に関してんも正確な制御を提供するための熱流体反応速度論的手段である。循環式内燃機関における点火と燃焼を「優位化」するためにラジカル点火種、すなわちラジカルおよび高反応性の中間体種を利用することによって、点火制御プロセスは、この正確な制御を達成する。そのような条件下の自己点火は、ラジカル点火（ＲＩ）モードを経由しているものとして言及されている。
【００４２】
他の実施形態は、循環式内燃機関（往復ピストン機関およびロータリー機関）における、燃焼を調節することに関連するものである。この方法において、燃焼調節は、機関調節体制におけるあるポイントに合わせられている。これらの他の実施形態は、点火制御プロセスを使用するように改良された循環式内燃機関として実施することができる。ラジカル点火種を使っているシングル点火モード機関に加えて、点火制御プロセスの実施形態もまた、多数の付加的な循環式内燃機関内において、ＳＩおよびＣＩを増加させることができる。これらのラジカル点火種増加内燃機関は、より古い点火モードを主に使用する従来の内部燃焼が改良された形式において、点火と燃焼とを（優位にするというよりも）「補助する」ために、ラジカル点火種を使用する。すべての３つの点火モードの場合において、点火制御プロセスの使用は、効率の増加と全体的な排出の減少とによる改善された燃焼を可能にする。
【００４３】
ラジカル点火種経由でＳＯＣに関与する反応速度メカニズムと、他の点火モード経由でＳＯＣと関係づけられた通常のメカニズムとを比較することにおいて、ＣＩモードのＴＩ（「熱点火」）順列は、よい基準点として役立つ。通常のＤＩ ＣＩ、およびＳＩの両方と関係する「より高い」温度に比べて、予混合燃料ＴＩが用いられたＳＯＣは一般的に「低い」温度で起こる。また、「低い」温度で、ＴＩに関与する連鎖開始反応は、最も一般的な燃料酸化反応である。対照的に、制御ラジカル点火プロセスは、ＴＩの「低い」温度と比べて「より低い」温度で起こる。また、ラジカル点火に関与する連鎖開始反応は、燃料とＯ２との反応というよりも、主にラジカル点火種Ｈ２Ｏ２およびＨＯ２によって生じる。さらに、「より低い」温度でラジカル点火に関与するラジカル点火種に基づいた連鎖開始反応は、一般的に、「低い」温度でＴＩに関与する燃料酸化に基づいた連鎖開始反応よりもずっと速い。
【００４４】
さらには、ＴＩの優位な燃料−Ｏ２連鎖開始反応は、空気と燃料との比によって、大きく影響される。一方では、ラジカル点火に関与する優位な連鎖開始反応は、ＴＩの優位燃料−Ｏ２連鎖開始反応とは大きく違うに基づくので、空気と燃料との比への依存はずっと小さい。その代わりに、優位なラジカル点火連鎖開始反応は、ラジカル点火種の存在の割合に大きく依存する。これらのＴＩとラジカル点火との比較は、Ｄｌ−燃料と、均一燃焼ラジカル点火（ＨＣＲＩ）の予混合燃料サブケースとの両方に当てはめることができる。さらに、ラジカル点火種の存在の割合により、点火制御プロセスによって制御可能な有用物質にされるで、この新しいプロセス発明は、ＳＩモードと、予混合およびＤＩ燃料の両方の場合ためのＣＩ点火モードの順列との両方に関係づけられた従来技術の非常に価値ある潜在的な可能性のより深い部分を掘り起こす能力がある。
【００４５】
点火制御プロセスのＩＣ機関の実施形態は、１つまたはそれ以上の機関燃焼シリンダを含んでいる。上記機関燃焼シリンダは、本発明の技術分野における、ロータリー内燃機関および往復ピストン内燃機関の一般的なファミリーに共通する主圧縮イベント、主燃焼イベント、膨張イベント、排気イベントおよび吸気イベントの循環反復を促進するため手段を用いている。シリンダの主燃焼室の近くに配置されている備え付けの付加的なラジカル点火種生成室は、これらの機関に特有である。２ストロークおよび４ストロークの往復機関において、これらの付加的室（小室と称する）は、シリンダヘッドの内部また周辺、および／またはピストンとともに、主要燃焼室（主室と称する）を取り囲む（このように定義する）シリンダライナ内部または周辺に配置することができる。ロータリー燃焼機関において、これらの小室は、通常、ローターとともに、様々な主要（主）室の輪郭を示すシリンダハウジング周囲の内部または周辺の機能上同様な位置に配置される。
【００４６】
これらの小室（Ｍ−Ｃ）は、導管を介して主室と結び付けられている。導管は、小室と主室との間のフローが、最大限、内燃機関の実施形態の全ての作動速度で抑圧される寸法にされている。導管の寸法は、また、主燃焼イベントの間において、炎が小室に達する前に、導管の中で消えるように設定されている。小室とそれらの導管とは、また、シリンダ（例えばピストンまたはローター）の移動部分に配置することができる。
【００４７】
これらの実施形態は、制御デバイスを含めるように設定されている。制御デバイスは、小室におけるラジカル点火種産生およびこの小室での産生に続いて起こる他のプロセスによって調節される。これらの制御デバイスは、後のサイクルの主室において使用するために、ラジカル点火種の全ての産生、および／または全ての移送を調節することを可能にする。全ての産生および／または移送の調節は、最終的なラジカル点火種の量に依存している。ラジカル点火種は、目的の方法で、且つ、機関の作動条件（組合せ負荷、燃料、速度など）に応じて、ラジカル点火種経由での燃焼イベントの発生を促進することに役立つために、次のサイクルの間、上記主室に存在している。従って、産生制御が、備え付けられた小室のいくつかの内部で実行された場合、産生制御は、これらの小室内で、以下の方法によって調整される。その方法とは、ある予側可能な主室生成と、付加的生成と、次の燃焼イベントの開始前にその後起こるすべてのある予測可能な移送とともに、シリンダの全ての小室によって生成されたラジカル点火種の総量を考慮する方法である。
【００４８】
小室内部において、ラジカル点火種は、特殊な「ＯＨ−ラジカル点火種」によって引き起こされる燃料分解反応により必然的に生成される。これらの特殊な燃料分解反応のためのＯＨの供給は、大部分が主圧縮イベントの間に生成し、主室から小室への圧力ピーク期の間に小室に移送されて、次の点火の間およびその直後にマス移送を引き起こす。この「ＯＨ−ラジカル点火種」によって引き起こされるラジカル点火種生成プロセスの全ての産生レベルは、主に３つの要因によって影響される。１番目の要因は、小室内部の様々な種の相対的濃度である。２番目の要因は、反応している小室成分の温度である。３番目の要因は、小室の総容量である。１番目の要因において、非常に重要なのは、主にＯＨ：燃料、およびラジカル点火種：燃料の比率である。これらの比率は、調節可能な小室への制御流体の挿入を調整することによって、次々と部分的に調節することができる。２番目の要因は、小室表面または/および内部の温度を調整することが可能な小室増加デバイスによって、いくぶん制御することができる。３番目は、小室の容量を調節することが可能なデバイスによって、制御することができる。小室ＲＩ種生成制御増加の他の種類のものも、また、使用することができる。
【００４９】
ＨＣＲＩサイクルの中のあるポイントで、小室において常に存在する新しく作り出されたラジカル点火種の一部は、通常、「フローズン平衡」の非反応状態、または「ほぼフローズン平衡」の非常に低い反応状態に遷移する。このラジカル点火種の一部分の僅かな部分は、完全ＨＣＲＩまたはラジカル点火（ＳＩまたはＣＩ）種増加を目的とした以後の主室ガスチャージを蒔き、且つ、充満させるのにに役立つように使用され得るまで、小室において閉じ込められ続ける。
【００５０】
小室ラジカル点火種生成プロセスの調節の程度にかかわらず、その後の主室にラジカル点火種を蒔くこと、および充満させることは、予定された付加的なサブプロセスにより支援される。これらの付加的なサブプロセスのいくつかは、また、制御可能である。主燃焼イベントの完了の後しばらく経ってから開始し、２つの予定されたサブプロセスは、拡張イベントと排気イベントとの間に、主室において起こる。１つ目において、拡張イベントの間に、小室から放出されたラジカル点火種の大部分は、主室において一時的に保持される。同時期の間に、２つ目のラジカル点火種生成プロセスは、より初期の小室ラジカル点火種生成プロセスと同様に、主室において起こる。（拡張と排出との間に）主室に放出された小室のガスを用いて、（主燃焼イベントで産生した）主室ＯＨを混合することにより、この２つ目の生成プロセスは起こる。
【００５１】
これらの２つのサブプロセスに関係しているラジカル点火種の多くは、排気の間に失われる。しかしながら、サイクルとサイクルとの間で、他の制御可能なサブプロセスは、これらのラジカル点火種の保持を調整するため、および、さらに主室においてラジカル点火種の存在を増加するために誘起される。小室を端緒とする、ラジカル点火種生成および移送の進行において、予測可能、および制御可能な全ての点火制御プロセスの一部分は、主室におけるラジカル点火種の所望の存在を可能にするように調整される。
【００５２】
制御可能な、点火および燃焼を可能にするのは、後のサイクルの主室チャージ内部の、これらのラジカル点火種の存在である。ラジカル点火種優位機関において、「より低い」温度と、（同じ燃料を用いたＳＩおよびＣＩの通常の連鎖開始反応よりも）ずっと速い反応速度との両方で起こすための、優位連鎖開始通路と優位連鎖開始通路との切り替えに役立つこの存在は、より大きな特徴である。通常のラジカル点火種が、供給される熱が低下したによって、より可燃成分が乏しい条件下で、点火を可能にする点火サブメカニズムを誘起することは、斬新である。そして、ラジカル点火種増加機関において、点火および燃焼化学反応は、通常、このラジカル点火優位化学反応と、従来の点火モードの化学反応との複合である。
【００５３】
点火制御プロセスは、別のサイクルの主室における点火および燃焼に影響するために、あるサイクルにおける小室を端緒とするラジカル点火種の生成および移送の進行の調節に基づいている。優位にする役割、または増加させる役割において、役立つかどうかにかかわらず、点火制御プロセスは、排出を下げると同時に、熱効率を上げて、そのフィールドのロータリー内燃機関および往復内燃機関の実施形態の作動燃料範囲を増加させることができる。これらの内燃機関において、この制御プロセスは、予混合およびＤＩ燃料挿入の両方の場合のために、この全てをすることができる。しかしながら、この点火制御プロセスの第１の功績は、循環式ＩＣ機関の個々の作動条件に合うように調整された方法で、均一の条件（ＤＩ ＨＣＲＩ）下で、ＤＩによって可能なシングル点火モードラジカル点火を作ることができることにある。
【００５４】
図１は、ＨＣＲＩ熱流体反応速度論的プロセス１００（以下、ＨＣＲＩプロセス１００とする）の、典型的なプロセスフローチャートを描写している。ＨＣＲＩプロセス１００は、内部燃焼（ＩＣ）において起こる一般的なイベントが、複雑に連続したものである。図２Ａ乃至図２Ｂは、他の実施形態に従って、ＨＣＲＩプロセス１００を使用した典型的なＨＣＲＩ ＩＣ機関２００（以下、ＨＣＲＩ機関２００とする）を説明している。従って、ＨＣＲＩプロセス１００は、図２Ａ乃至図２Ｂを併せて用いることにより説明する。
【００５５】
図２Ａ乃至図２Ｂに描写された典型的なＨＣＲＩ機関２００は、ＨＣＲＩプロセス１００を使用することができる多くの他のとり得るＩＣ機関の構成に従って、抽象化したものである。ＨＣＲＩ機関２００は、このように、ＨＣＲＩプロセス１００を使用した他のとり得るＩＣ機関の実施形態を用いた共通の要素を含んでいる一般化されたＩＣ機関の実施形態である。様々な要素の考察と、ＨＣＲＩ機関２００の作動するための要素間の関係とを、以下に説明する。
【００５６】
ＨＣＲＩプロセス１００は、ラジカルと高反応性中間種を利用する。以下ではラジカル点火（ラジカル点火）種と称する。ラジカル点火種は、水素、炭化水素およびアルコール燃料、燃料／水性燃料混合物として、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）とＨＯ２（ハイドロペルオキシル基）とを含んでいることが、以下においてに理解される。加えて、そのような燃料／燃料混合物の燃料分子が、少なくとも１つの（個々の燃料のメタンおよびメタノールなどの）炭素最小識別単位から成る場合、ラジカル点火種は、また、ＣＨ２Ｏ（ホルムアルデヒド）を含むことが、以下においてに理解される。さらに、そのような燃料の燃料分子／燃料混合物が、少なくとも２つ以上の（より大きな分子を伴う個々の燃料エタン、エタノール、および燃料などの）炭素最小識別単位から成る場合、上記ラジカル点火は、また、ＣＨ３ＨＣＯ（アセトアルデヒド）を含んでもよいことが、以下においてに理解される。水素、炭化水素、およびアルコール燃料と、燃料／水性燃料混合物とは、以下「燃料」と称する。最終的に、燃料に依存して、ラジカル点火種は、また、他のラジカルと高反応性の中間種とを含むかもしれないことは、以下において理解される。
【００５７】
ある実施形態においては、完全ＨＣＲＩ機関は、ＨＣＲＩプロセス１００におけるＩＣが、ラジカル点火種によって特色付けられている機関である。ラジカル点火種増加（ＲＩＳ増加）機関は、別の実施形態として、ＨＣＲＩプロセス１００におけるＩＣが、補助はされるが、ラジカル点火種によって特色付けられない機関である。主圧縮イベントは、排気イベントおよび吸気イベントの完了の後に開始することが、以下において理解される。さらに他の実施形態において、ＨＣＲＩプロセス１００における主圧縮イベントの開始前に、いくつかの手段によって挿入された燃料を使用する完全ＨＣＲＩ機関は、ＨＣＲＩプロセス１００の「予混合チャージＨＣＲＩプロセス機関」（またはＰＣ−ＨＣＲＩプロセス機関）と呼ばれる。また、ＨＣＲＩプロセス１００における主圧縮イベントの開始後のあるときに開始する燃料の直接ジェット（ＤＩ）を使用する全てのＨＣＲＩ機関は、さらに他の実施形態に基づくＨＣＲＩプロセス１００の「ＤＩ−ＨＣＲＩ機関」と呼ばれる。
【００５８】
同様に、ＨＣＲＩプロセス１００における主圧縮イベントの開始前に、いくつかの手段によって挿入された燃料を使用するＲＩＳ増加機関は、他の実施形態におけるＨＣＲＩプロセス１００の「予混合ＲＩＳ増加機関」と呼ばれる。また、ＨＣＲＩプロセス１００における主圧縮イベントの開始後のあるときに開始する燃料の直接ジェット（ＤＩ）を使用するＲＩＳ増加機関は、他の実施形態におけるＨＣＲＩプロセス１００の「ＤＩ−ＲＩＳ増加機関」と呼ばれる。使用された優位な点火モードが、火花点火（ＳＩ）または圧縮点火（ＣＩ）のいずれかに応じて、これらのＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加燃料挿入オプション（予混合およびＤＩ）は、それぞれ、点火モードに関係するサブオプションを有する。このように、４つの基本的なＨＣＲＩプロセス１００の実施形態がある。これらは、ＲＩＳ増加ＰＣＣＩ、ＲＩＳ増加ＰＣＳＩ、ＲＩＳ増加ＤＩ ＣＩ、ＲＩＳ増加ＤＩ ＳＬを伴っている。
【００５９】
ＨＣＲＩ機関２００は、吸気イベント、主圧縮イベント、主燃焼イベント、膨張イベント、および排気イベントから構成されている。ＨＣＲＩ機関２００の実施形態に応じて、これらのイベントのいくつかが、起こってもよい。
【００６０】
図１に示すように、イベント１の１０５において、ＨＣＲＩプロセス１００は、開始し、且つ、ラジカル点火種が前のサイクルから、現在のサイクルに移送されることにより終了する。これらは、１つの主室３４または複数の主室と、１つの小室３２または複数の小室との両方の内部／近くで、現在のサイクルに持ち越される。
【００６１】
新しいサイクルの開始時、主室３４および小室３２の両方におけるラジカル点火種の大部分は、通常、「フローズン平衡」（または「ほぼ」フローズン平衡）の状態にある。ラジカル点火種は、その時、通常は、新しいサイクルにおいて、初期の比較的に、広く行き渡ったより低い温度において、非反応性のままである。ラジカル点火の適用において、化学反応速度がゼロの場合、種は、フローズン平衡の状態にある。ラジカル点火に関連する「フローズン平衡」の完全な意味と含意は、参照のために示す「SAE Transaction Paper No.2004-01-1677」中で議論されている。
【００６２】
この時期の間に、多量の排気ガス６８は、一般的な排気ガスデバイス６０を経由して主室３４を去り、多量の吸気ガス６６は、一般的な吸気ガスデバイス５８を経由して主室３４を入る。全ての排気吸気イベントプロセスの容積測定、および混合されている効率に応じて、排気ガス６６に含まれている主室ラジカル点火種のほとんどは、機関から排出される。
【００６３】
一般的な排気ガス再利用デバイス（システム）６２を経由して、排気ガス６８の再利用がある場合、ラジカル点火種の追加の量は、主室３４において内部に保持されているか、吸気ガス６６によって主室３４に戻されるかのいずれかである。吸気ガス６６とともに戻るラジカル点火種の量は、１つの一般的な排気ガスラジカル点火種増加デバイス６４、または複数の排気ガスラジカル点火種増加デバイス６４によって調整できる（結果として生じる多量の改変された排ガス６８’）。また、吸気ガス６６とともに戻るラジカル点火種の量は、１つの一般的な吸気ガスラジカル点火種生成制御増加デバイス７０、または複数の吸気ガス増加デバイス７０によって調整される。
【００６４】
ＩＣ機関が、予混合燃料（ＰＣ−ＨＣＲＩまたはＨＣＲＩプロセス１００の予混合ＲＩＳ増加機関の１つのためのもの）を使う場合、燃料は、燃料挿入孔４８を経由して、一般的な吸気ガスエントリデバイス燃料挿入デバイス４４Ｄによって、一般的な吸気ガスデバイス５８内の吸気ガス６６に挿入される。燃料は、少なくとも１つの燃料供給管路５２を通って、燃料供給分配システム９８（図２Ｂ）経由で吸気ガス燃料挿入デバイス４４Ｄに分配される。吸気ガス燃料挿入デバイス４４Ｄに供給された燃料の量は、燃料供給分配システム９８を制御する機関電子制御システム３０の一部によって調節される。供給される燃料の量、および燃料挿入の時期は、ＨＣＲＩ機関２００作動上の必要条件に従う。
【００６５】
室と室の間の自然発生的な圧力差は、それぞれの小室３２の中で持ち越されたいくつかのラジカル点火種が、少なくとも１つの接続導管４２を通って主室３４へ移送されることを引き起こす。そこでは、ラジカル点火種は、再利用される排ガス６８および６８’とともに、その時保持されているガスおよび吸気ガス６６と混合される。混合方法は、使用されている機関の作動上の必要条件によって変更することができる。
【００６６】
イベント２の１１０において、圧縮イベントの中期どこかの時点までに、主室３４におけるガス（ガスチャージ）は、前のサイクルからのラジカル点火種が完全に充満する。
【００６７】
イベント３の１１５において、主室３４におけるガスの圧縮が続いている時に、ラジカル点火種および主室ガスの混合は、より均一になる。この主室圧縮は、圧力上昇を起こし、圧力は温度上昇を誘起する。これらの温度上昇によって、主室３４におけるラジカル点火種の活性は、増加し始める。また、圧力差は、主室３４と、小室３２との間で形成され、且つ、通常、小室３２の中に移送されているガスの抑圧は、導管４２において起こる。抑圧は、次々に、これらの室（３２および３４）の圧力差をさらに引き起こす。圧力差は、１つの高速ジェット、または多数の高速ジェット（１つの導管４２あたり１つのジェット）を形成する。小室の空気（ひいては酸素）供給を再開して、これらのジェットは、主室ガス（吸気した空気を含む）の一部を、小室３２内に移送する（力である）。吸気ガス６６の中に、予混合燃料があるならば、燃料はまた、マスジェットを介して、導管４２を通って小室３２に入る。
【００６８】
イベント４の１２０において、燃料（例えばＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩおよびＤＩ−ＲＩＳ増加機関など）のＤＩがある場合、主室３４の内部への燃料の噴射の開始（ＳＯＩ）の時期は、通常、主圧縮イベントの中期から後期の間である。この場合に、主室燃料サブコンポーネントまたは１つ若しくはそれ以上のマルチ流体挿入デバイス４４Ａのサブコンポーネントのどちらかによって、および／または１つのシングル挿入デバイス４４Ｂのシングル主室燃料挿入デバイス４４Ｂまたは少なくとも１つの燃料挿入孔４８を経由して、複数のシングル挿入デバイス４４Ｂによって、上記燃料は挿入される。上記燃料は、燃料供給管路５２を通る燃料供給分配システム９８を経由して、主室３４において使用するために、挿入デバイス４４Ａと４４Ｂとに分配される。これらの挿入デバイス４４Ａおよび４４Ｂのそれぞれに供給された燃料の量は、燃料供給分配システム９８を制御する機関電子制御システム３０の一部分によって調節される。供給された燃料の量および燃料挿入の時期は、ＨＣＲＩ機関２００の作動上の必要条件に応じる。
【００６９】
ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩ機関にとって、このＤＩ燃料挿入の開始の時期は、点火の所望の時期と比較（従来のＤＩディーゼル機関作動との比較）して、その特質上早い。これらの実施形態では、燃焼（ＳＯＣ）の開始前に噴射が適正に完了できるように、且つ、可動作業出力産生コンポーネント４０が上死点（ＴＤＣ）（ＴＤＣとは、主室３４の体積を最小にする可動作業出力産生コンポーネント４０に位置である）を通過する少し後まで、自己点火（ＳＯＣ）が開始しないように、ＳＯＩとＥＯＩ（噴射の終了）は時期が決められている。これは、少なくとも準均一な層にする方法において、燃料が、主室ガスチャージされたラジカル点火種と、最終的に完全に混合されるための時間を考慮したものである。ＤＩの適用の中で、噴射された主室燃料のいくらかは、（主室ガスチャージ内部での）拡散、および偶発的な燃焼の両方によって、小室３２のマスジェットに加わることができる。これにより、この燃料は、マスジェットによって、導管４２経由で小室３２内部に取り込まれ、かつ、閉じ込められる。
【００７０】
イベント５の１２５において、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩの実施形態では、全ての主室燃料は、（従来のＤＩ ＣＩとの比較して）ＳＯＣに早期に挿入されろため、よく攪拌されるという燃料条件はまた、一般的に確保されている。より高い負荷条件の下でさえ、「ＴＤＣの後」の自己点火の前のある時間までに、主室燃料−空気ガスチャージを少なくとも準均一レベルまで混合することは、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩの実施形態において、通常は確保される。しかしながら、例えば、ラジカル点火種優位の影響下のＬＡＧ機関等の場合には、燃料空気ガスチャージが少し程度の層である場合でさえ、ラジカル点火均一燃焼を引き起こすことができる（SAE Transaction Paper No.２００４−０１−１６７７）。これらの確保は、２つの要因から得られる。それは、ラジカル点火種の存在のための、普通に使用されている攪拌時間より長い攪拌時間、および普通よりもずっと高い乱流レベルである。
【００７１】
これらの要因の一番目、つまり、普通に使用されている攪拌時間より長い攪拌時間は、ラジカル点火種の存在のためである。ラジカル点火種の存在は、ずっと低いの圧縮比（ＣＲ）での作動、または極端に燃料が薄い作動のどちらかを可能にする。ＣＲが（「機能的に等しい」従来のＣＩ機関におけるＣＲより）ずっと低い場合、ＨＣＲＩ機関２００が可燃成分が乏しい条件下で作動される場合には、ＤＩ燃料挿入はより早まる。従って、直接噴射燃料は、均一ポイントまで効果的に混合されることができる。代わりに、ＣＲが少しだけ低い場合、ＨＣＲＩ機関２００は、非常に可燃成分が乏しい条件下もで作動することができて、燃料挿入はもう一度早まり、再び均一に混合される。負荷と機関速度とに応じて、可燃成分が乏しくない作動を必然的に求める条件（より高い負荷および速度）がある。そのような条件下では、自己点火の所望のポイントよりも、引き続き早く燃料挿入するために、ラジカル点火種生成はそれに応じて減少する。
【００７２】
これらの要因の２番目、つまり、ＨＣＲＩ機関２００において維持される、通常の乱流レベルよりもずっと高い乱流レベルには、複数の場合がある。しかしながら、ＨＣＲＩ機関の実施形態に共通していることは、小室３２によって生成れた強烈な乱流があるということである。この乱流生成の強さの理由は、SAE2007-01-0047、SAE2007-01-0135、およびSAE2007-01-1254において示されている。
【００７３】
イベント６の１３０において、ＤＩおよび予混合燃料の両方の場合において、高い乱流およびラジカル点火種の存在によって、主室における（従来のＩＣ機関予点火活性のために必要とする）「普通の」温度より比較的に「ずっと低い」温度においてでさえ、主圧縮イベントが終了する前に、主室ラジカル点火種、燃料、および空気は、重要な予点火活性を開始する。ＩＣ機関の実施形態の燃料、作動条件、および仕様の特性に応じて、この活性は、主圧縮イベントにおいて、もう少し早く、しばしば開始することもできる。
【００７４】
通常、サイクルの時期の間、主室３４における燃料空気ガスチャージの状態は、図３において示される「緩慢燃焼領域」を通って移行する。燃料の一般的な点火限界のためのこの図は、低温点火限界のSemenov's peninsulaに基づいている（Semenov, N.N、Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity、プリンストン大学、１９５８年出版）。
【００７５】
Ｆは、水素分子、またはより小さい分子アルコール、またはより小さい分子炭化水素のいずれかである。ラジカル点火およびＲＩＳ増加点火につながっている時前自己点火化学反応において、連鎖開始反応は以下のように組にされる。
【００７６】
【数１】
2011122598.tif 000003
【００７７】
ここで、Ｒｊ−が、ＦよりＨが１つ少ない分子の場合、（１）は、これらの間で優位な役割を果たしているいくつかの反応を含んでいる。例えば、上記組（Ｎｊ＝２）において、エタノールを用いた、２つの優位な反応がある。Ｒｊ−は、ＣＨ３ＣＨＯＨおよびＣ２Ｈ４ＯＨ（SAE Paper No．2007-01-0623、参照文献にしっかりと具体化されている）。この反応規定が、結果として高い反応中間体種Ｈ２Ｏ２を増強することは注目される。
【００７８】
この組に加えて、自己点火（反応式（２））（説明は後述する）の間の、一般的な「Ｈ２Ｏ２＋Ｍ」連鎖開始反応優位と、自己点火（反応式（３））（説明は後述する）の間のと、連鎖分岐ＯＨ−燃料分解反応組優位とは、いずれも、通常、予自己点火の間に作動中の優位反応に共通している。これらと、サイクルのこの同時期の間に起こっている他の優位予自己点火反応は、ラジカル点火種の増強を結果として生じる。優位予点火開始反応、および分岐反応のメカニズムは、Ｆとして、より大きな炭化水素またはより大きなアルコール分子を用いることによって、より複雑になるが、ハイドロペルオキシルラジカル（ＨＯ２）の（燃料の連鎖開始反応分解における）役割と、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ−）の（燃料の連鎖分岐反応分解における）役割とのいずれにも、予点火活性の間、同じ原則が当てはまる。
【００７９】
一般的に、これらの一般的なＨＯ２−およびＯＨ−を低い温度で活性するサブメカニズムは、ＨＣＲＩプロセス１００（ＤＩ-ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩ）の完全ＨＣＲＩ機関におけるラジカル点火種（ラジカル点火）による「より低い」温度での自己点火、およびＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加機関における点火補助の段階を設定している非常に低い温度における直接燃料分解に相当する。
【００８０】
この説明は、また、すべての（燃料の）成分のＨＯ２およびＯＨ−を用いた再活性を両立できるデュアル燃料（およびマルチ燃料）挿入作動に当てはまる。そのような場合に、（当然ながら成分自体のＦ、Ｒｊ−および他の種と）同じ形式の各成分のための優位反応を用いる一般的なメカニズムは、同じである（SAE Paper No. 2004-01-0047）。燃料の様々な成分の、ＨＯ２およびＯＨ−を用いた再活性が同じでない作動において、通常、少なくとも最初は、一般的な反応サブメカニズムは、ＨＯ２またはＯＨ−のいずれかのより有効な活性が優位である成分の活性に続く（予自己点火の間に、ラジカルの成分が最も早く分解される絶対項に依存する）。
【００８１】
ＨＣＲＩプロセス１００における、過去のサイクルからのラジカル点火種と、「ずっと低い」温度での予点火活性の間に作り出されたラジカル点火種とは、後に、主室ＩＣにおける３つの方法のうちの１つにおいて一緒に使用される。
（１）優位化し、それによりに完全ＨＣＲＩ機関における自己点火（ラジカル点火）を開始するための０方法（２）その効率を増やし、自己点火（ＣＩ）の時期の間の、よりよい制御をＲＩＳ-増加ＰＣＣＩおよびＤＩ ＣＩ機関に維持するための方法、および（３）ＲＩＳ増加ＰＣＳＩ、およびＤＩ ＳＩ機関において、火花点火（ＳＩ）の効率を増加すための方法。２つの完全ＨＣＲＩ（ＤＩ−ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩ）の場合において、ラジカル点火種の存在により、発熱性の予点火活性がある。発熱性の予点火活性は、所定の反応速度論パス（多くの要因に依存する）を下って、ラジカル点火種誘起自己点火のために、燃料空気ガスチャージを、（最初は）ゆっくり運ぶ。４つのＲＩＳ増加場合には、この同じ期間の間の活性レベルは、同じくらい高くならないが、しかし、従来の（非ＲＩＳ増加）改良型より、（増加の程度に応じて）に高いレベルなる。
【００８２】
図２Ａに戻って、ＨＣＲＩ機関２００の外部格は、ハウジング周囲の「上部」３６と、ハウジング周囲の「側面」３８とから（または、複数のハウジング周囲の側面３８から）構成される。制御流体は、ハウジング周囲の上部３６および／または側面３８にマウントされた小室３２の１つまたはそれ以上に挿入される得ることは、主圧縮イベントにおける後期のサイクルで、一般的に同時に開始する。挿入は、シングルラジカル点火種生成制御流体挿入デバイス４４Ｃ若しくは複数のサブコンポーネント、またはデュアル流体挿入デバイス４４Ａによってなされる。小室３２への実際の挿入は、１回以上、小室ＲＩ種生成制御流体挿入孔４６を通り抜ける。制御流体は、少なくとも１回は小室ＲＩ種生成制御流体燃料供給管路５０を通って、小室ラジカル点火種生成制御流体供給分配システム９６を経由して、これらの小室における使用のために、挿入デバイス４４Ａと、４４Ｃとに分配さる。
【００８３】
同じ制御流体、または同じ量の制御流体が、制御流体を使用している小室３２のそれぞれに挿入されることは必要ではない。ＨＣＲＩプロセス１００の３種類のＤＩ機関タイプにおいて、制御流体は、通常の燃料であり、必ずしも主室３４において使用されるものと同じ燃料である必要はない。一方では、ＨＣＲＩプロセス１００の３つの予混合機関タイプにおいて、制御流体は、通常、空気または小室３２の燃料濃度を希釈することに役立つことができる他の流体である。小室３２のそれぞれに挿入された制御流体の量は、後のサイクルの主室３４における点火を補助、または優位化のいずれかのために、すべての小室３２によって生成され得るラジカル点火種の正確な総量を確実にするために測定されたテーラーである。各小室３２のために制御流体供給分配システム９６によって送られた量は、機関電子制御システム３０の別の部分によって調節される。一般的に、より高い負荷（より多くの主室燃料が必要な場合）において、生成されたラジカル点火種の少量は、主室点火のために必要とされており、逆もまた同様である。これは、ＨＣＲＩプロセス１００の適用において、様々な完全ＨＣＲＩ、またはＲＩＳ増加のすべての場合に当てはまる。
【００８４】
制御流体の使用に加えて、いくつかの追加的な増加がある。追加的な増加は、小室３２にマウントされたハウジング周囲において、ラジカル点火種生成プロセスをもたらすために、使用することができる。小室３２の可変冷却制御の構築は、直接手段により、これらの室における小室ラジカル点火種生成プロセスの直接制御を補助することにおいて有効である。他の制御増加は、触媒作用の表面と、（触媒作用の表面積が変わることができる含むものを含んでいる）デバイス、燃料改質、化学添加物挿入デバイス、（例えば、急速な電流放出など経由の）加熱空洞デバイス、急速プラズマ発生デバイス、急速紫外線放出デバイス、マイクロ波デバイス、急速冷却／加熱デバイス、小室の容量を変更するデバイス、小室の圧力を調節するデバイス、小室の流れを変更するデバイス、小室の形態を変更するデバイス、小室の接続導管の形態を変更するデバイス、小室の接続導管の流れを変更するデバイス、小室の導管に流入する燃料を調節するデバイスなどを含んでいる。このようなデバイス（限定されない）は、すべて、小室におけるラジカル点火種生成の制御の一端を担うために（および次のサイクルの主室におけるラジカル点火種生成を制御することに間接的に役立てるために）使用することができる。すべてのそのようなデバイスは、図２ＡないしＢにおいて、１つまたはそれ以上の一般的な小室Ｒｌ種生成制御増加デバイス５４として、一緒に表されている。
【００８５】
制御流体を受け取っているまたは適合するように作られた小室３２、および作動上、ラジカル点火種生成増加デバイス５４を使用するどのような小室３２もまた、「制御活性」と考えられている。これらは、また、ＨＣＲＩ機関２００の作動上の必要条件に応じて、それらの機能を制御する機関電子制御システム３０（図２Ｂ）の一部によって調節される。
【００８６】
イベント７の１３５において、ＨＣＲＩプロセス１００の完全ＨＣＲＩの実施形態において、自己点火（ラジカル点火）は、ラジカル点火種よって優位化される。このように、これらの実施形態のための一般的な化学反応は、非常に明確である。また、ＨＣＲＩプロセス１００のＣＩおよび、ＳＩ ＲＩＳ増加機関のすべては、共通の特徴として、この明確な一般的な化学反応を共有している。さらに、これらのＲＩＳ増加機関は、それら自体の従来の特性に基づいた「非増加」化学的要素を保持している。これらのＲＩＳ増加機関が、完全ＨＣＲＩの明確な一般的な化学反応を使用する程度は、ラジカル点火種増加（ＲＩＳ増加）の程度に関係する。
【００８７】
このようなＨＣＲＩプロセス１００は、完全ＨＣＲＩの明確な一般的な化学反応を表現する共通の特徴部分によって、明確にされる。また、続いて、イベント７の１３５に関するこの明確な化学的特長の詳細は、以下に記述される。目的を比較するために、ＲＩＳ増加の実施形態の従来の態様に関係している「非増加」の化学反応は、以下に示される（ＨＣＲＩプロセス１００のこれらのＨＣＲＩプロセス機関の一般的な区別の具体的、個別的な討論）。
【００８８】
完全ＨＣＲＩ機関において、点火プロセスは、「より低い」温度における燃料−ＯＨ分解連鎖分岐反応組に関係するサブメカニズムによって、優位化される。これは、従来のＰＣＣＩにおける、同じ燃料に基づく通常の直接Ｏ２燃料酸化連鎖開始反応速度メカニズムのより慣習的な「低い」温度と対照的である。これはまた、従来のＳＩおよびＤＩ ＣＩにおける、同じ燃料の燃焼により構成された「より」高い温度とも対照的である。従来のＳＩおよびＤＩ ＣＩにおける連鎖開始反応メカニズムは、通常、分離（温度および／または第三の物質を経由する）反応、または、および直接燃料−Ｏ２分解反応を伴う。
【００８９】
燃料（水素、アルコール、炭化水素燃料、および燃料／水溶性燃料混合物）を用いた一般的な均一燃料燃焼ラジカル点火の場合、「より低い」温度での燃料−ＯＨ分解サブメカニズムを支えるために求められるＯＨは、主に増加連鎖開始反応によって生成される。
【００９０】
【数２】
2011122598.tif 000004
【００９１】
（Ｍは、第３の物質種およびこのような多くの種の一部とすることができる）。この一般的なラジカル点火連鎖開始反応は、従来のＨＣＣＩの、従来の「低い」温度での予混同圧縮点火に特有である、一般的燃料−Ｏ２連鎖開始酸化反応組よりかなり速い。例えば、このＨ２Ｏ＋Ｍ反応の一定の進捗速度は、１０５０Ｋにおいて１０５倍以上速く、１２００Ｋにおけるメタンの予混合ＣＩ（ＨＣＣＩ）に関する優位連鎖開始反応の一定の進捗率より速い（SAE Paper No．2007-01-0047）。
【００９２】
水素分子、より小さな分子アルコール、またはより小さな分子炭化水素のいずれかをＦとした場合、この普遍的なＨＣＲＩプロセス１００の連鎖開始反応（反応式（２））によって生成されたＯＨ−の量は、次々に一般の優位形質連鎖分岐反応セットに用いられる。
【００９３】
【数３】
2011122598.tif 000005
【００９４】
ここで、Ｒｊ−は、ＦよりもＨが１つ少ない分子である。例として、エタノールを伴う完全ＨＣＲＩに関して、Ｆは、Ｃ２Ｈ５ＯＨであり、且つ、様々なＲｆ分子は、ＣＨ３ＣＨ２ＯおよびＣＨ３ＣＨＯＨである（SAE Paper No．2007-01-0623）。
【００９５】
一般的な完全なＨＣＲＪの自己点火イベントは、また、他の鍵となるラジカル点火種の使用可能な濃度によって優位に影響される。このすべてのためのサブメカニズムは、多少複雑である（およびより一般化が困難である）が、自己点火（それらが予点火の間にしたように）の間に、ＯＨ−生成を促進することにおいて、他のラジカル点火種はまた役立つ。これは、次々に、優位燃料ＯＨ連鎖分岐反応組（反応式（３））経由で多くの燃料分解の「促進」に役立っている。燃料の分子が、ＯＨ分解された場合、この組のＲｊ−分子のいくつかが、より低い温度において、Ｏ２によって、さらに直接分解される。優位自己点火連鎖分岐メカニズムは、Ｆとして、より大きな炭化水素、またはより大きなアルコール分子によって、さらに複雑になる。しかし、（全てではないにせよ）燃料の多くが費やされるまで、燃料分解において優位であり続けているヒドロキシル・ラジカル(ＯＨ−)の役割によって、同じ原則は当てはまる。
【００９６】
この自己点火活性（反応式（２）、反応式（３）、および他のラジカル点火種によって引き起こされた反応による優位化）が、従来のＰＣＣＩに使用される「低い」温度と、従来のＳＩとＤＩ ＣＩに使われる「より高い」温度との両方よりも「より低い」温度で開始することができるのとには、いくつかの理由がある。１つは、反応に関連したこれらのラジカル点火は、それらの活性化（それから、ずっと少ない供給された熱を必要とする）のために、ＰＣＣＬにおける開始燃焼に一般的に関与する燃料Ｏ２連鎖開始反応よりも、ずっと少ないエネルギー総量しか必要しないことである。反応式（２）を経由するＨ２Ｏ２の第３の物質分離、および、反応式（３）を経由する、ＯＨによって引き起こされる燃料分解のいずれも求められる温度は、一般的に直接Ｏ２によって引き起こされる燃料分解に求められる「より低い」温度をはるかに下回っている。さらに、反応に関連するラジカル点火種は、ラジカル点火種の濃度に、より依存する関係にあるため、空気：燃料濃度の比率にへの依存は比較的少ない。これは、従来のＳＩ、ＰＣＣＩおよびＤＩ ＣＬが可能である典型的な条件よりも、ずっと可燃成分が乏しい条件下での点火を可能にする。また、その進行につれて、上記低い温度でのラジカル点火自己点火活性は、多くのラジカル点火種を生成することに役立つ。
【００９７】
優位反応の反応速度と、このラジカル点火活性を促進している反応組とは、鍵となる反応物質の濃度および反応主室ガスの温度の両方ともに作用する。従って、プロセス１００の完全ＨＣＲＩ機関において、文字どおり速度がテイクオフポイントまで、この自己点火活性の全体の「速度」は徐々に高まる。これらの優位反応が、この「テイクオフ」時点（燃料供給が残存している限り）の後のある時期にまで影響し続けている間に、ゆくゆくは他のサブメカニズムが引き継ぎ、最周的にＨ２ＯとＣＯ２とになる高温化学反応に導く。
【００９８】
完全ＨＣＲＩのこの一般化された説明は、ＯＨ−を伴うすべての（燃料の）成分の再活性を両立できるデュアル燃料（およびマルチ燃料）ラジカル点火化学反応に当てはまる。そのような場合に、一般的なメカニズムは、当然にそれら自体のＦ、Ｒｆ、および他の種と）同じ形式の燃料の各成分に関する優位反応と同じである。（SAE Paper No.2007-01-0047、及びSAE Paper No.2007-01-1912とJSAE Paper No.20077210との組み合わせ、参照文献にしっかりと具体化されている）。ＯＨを用いた燃料成分の再活性が同様でない作動において、最初は、少なくとも一般的な反応サブメカニズムは、通常、ＯＨを伴う反応が優位な燃料成分の活性に続く。
【００９９】
均一燃焼を伴う自己点火の間に、主室における燃料のすべては消費される。また、燃料の均一燃焼の間に、相対的に大量のＯＨラジカルは産出される。自己点火が終わりる前に、主室のＯＨ−の濃度はピークに達する。さらに、放熱速度は、非増加ＣＩおよびＳＩの改良型における点火よりもずっと速い。従って、均一燃焼の完了時に、主室３４におけるガスの特定の内部エネルギー状態はピークに達する。それに応じて、主室ガスの圧力と温度とはまた、自己点火の完了のほぼすぐ後にピークに達する。従って、主室３４および小室３２の巨大な圧力差が発達する。圧力差は、極めて高い乱流レベル下において、小室３２内部へ、比較的大量のＯＨ−とエネルギーとを移動させることにより、次々に、これらの室３４と３２との間でのマスジェット速度および大量の流速を最大にする。
【０１００】
完全ＨＣＲＩの決定的な一般化学反応を共有することに加えて、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加機関はまた、完全ＨＣＲＩ点火と燃焼との間で示される他の特徴の多くも共有している。例えば、燃焼は、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加ＰＣＣＩ機関において、また、均一である。さらに、ＨＣＲＩプロセス１００の４つの主要なＲＩＳ増加機関における燃焼イベントの間に、圧力、温度、ＯＨ−濃度、および主室ガスの特定の内部エネルギーはまた、ピークに達する。結果として、極めて高い乱流レベル下において、比較的大量のＯＨ−、他の化学反応生成物、およびエネルギーを小室３２の中に運んでいるこれらの実施形態における高いマスフロー速度は、また、発達する。
【０１０１】
完全ＨＣＲＩおよびＨＣＲＩプロセス１００のＰＣＣＩ ＲＩＳ増加機関の内部の選択的ステップとして、自己点火活性の「速度」がまさに「テイクオフ」しようとしているときのサイクルにおけるポイントの直前に、一般的な主室点火時期増加デバイス５６（図２Ａ）を使用することができる。完全ＨＣＲＩ機関と、ＣＣＩ ＲＩＳ増加機関とにおける点火時期増加デバイス５６の目的は、自己点火を開始させないことである。むしろ、目的は、自己点火活性の「速度」が文字どおり『テイクオフ』になるポイント（サイクルにおける位置）の時期の正確性を補助することにある。ＰＣＣＩ ＲＩＳ増加サイクルにおける完全ＨＣＲＩサイクルのいずれかのあるこのポイントにおいて、圧縮の熱とラジカル点火種活性の組み合わせを、（大規模なＯＨ−生成経由の）点火のために、一緒に迅速に主室燃料空気混合物とすることにより、圧力上昇および温度上昇の小さい組み合わせは、燃料空気ガスチャージ（当然に均一燃焼）の進行において燃料空気ガスチャージの大量の点火を引き起こす。点火チューニング増加デバイス５６の例えは、点火栓タイプデバイス、触媒点火デバイス、プラズマジェット生成デバイス、炎ジェット生成デバイスなどを含んでもよい。そのようなデバイスの目的は、主室燃料空気ガスチャージのある部分に、比較的小さく（または大きくてもよい）、しかし/および、非常に突然の内部エネルギー増加を作り出すことである。ＨＣＲＩプロセス１００における２つのＳＩ ＲＩＳ増加の実施形態において、このステップはオプションではない。
【０１０２】
小室３２における新しいラジカル点火種の生成の鍵は、小室３２のラジカル点火種ガスへの主室ＯＨ−の適宜の流入によって引き起こされた「ＯＨ−ラジカル点火種によって誘導される」（引き起こされる）化学反応である。この流入は、点火の間とすぐ後に起こる。また、この流入は、小室３２における極めて高い乱流レベルを可能にする。従って、最も小さな乱流の長さスケールにおいて、（燃料とラジカル点火種とを含んでいる小室ガス）とヒドロキシル・ラジカルとは、迅速に混合される。おそらくは、小室３２におけるラジカル点火生成にとって重要であるように、小室の温度の急速な上昇を開始を引き起こす、主室３４から小室３２に受け取られているエンタルピーの比較的高い量はまた、小室３２におけるラジカル点火種生成と同じくらい重要である。
【０１０３】
イベント８の１４０において、小室３２における、このより多いの量（および、時間、増加）のＯＨ−の突然の存在は、急速に常在の小室燃料を、多くのラジカル点火種に変換させる「促進力」として、効果的に働く。また、小室３２の全ての化学的活性は、（相対的に非常に大量のエンタルピー移送のために）急速に上がる温度よってさらに促進される。主圧縮イベントの最後の部分と膨張イベントの初めの部分との間に、それらのガスの状態が、熱的に、「冷炎」および／または図３（燃料が冷炎領域を伴うている場合）に示す「緩慢燃焼」領域に維持されることができるようにするために、小室３２は設計および制御されている。時折、（例えばSAE Paper No.2007-01-0623中でそうであるように）小室ガスに点火せずに、突然の導管４２のフロー反転現象（主室３４における膨張イベントによる）が状態を領域「Ａ」（図３）に戻す前に、小室ガスの状態を、非常に短い間だけ、図３に示す領域「Ｂ」または「点火」領域の中にわずかに移行することもまた、目的に適っている。
【０１０４】
一般的に、Ｆとして、水素分子、またはより小さい分子アルコール、またはより小さい分子炭化水素があり、この小室ＯＨ誘起化学反応に関する一般的なサブメカニズムにおいて発見された最も優位な反応に共通するのは、また、一般的な反応組である。
【０１０５】
【数４】
2011122598.tif 000006
【０１０６】
これまでどおり、Ｒｊ−は、分子ＦよりＨが１つ少ない分子である。小室におけるＯＨ−燃料還元のための優位なメカニズムは、Ｆとしてより大きな炭化水素またはより大きなアルコール分子を用いることによってより複雑になるが、同じ原則が当てはまる。
【０１０７】
様々なＲｊ−（および他のサブメカニズム生成種）を、ラジカル点火種に変換するためのサブメカニズムは、複雑である。それは、燃料、小室においてすでに存在しているラジカル点火種の有効な濃度効果に強く依存している。そして、新しいラジカル点火種の量が、（これらのサブメカニズムのために）増加する場合、作り出さている新しいＨ２Ｏ２の一部は、様々なＲｊ−、および他の種の中に燃料のＯＨ分解を促進することに役立つための発熱性の反応式（２）を経由して追加のＯＨ−を作り出すために、そのとき消費される。同様に、小室３２における他のラジカル点火種は、複雑な反応速度論サブメカニズムにおける、さらなるＯＨ−およびさらなるラジカル点火種の両方の生成に役立つ。従って、全てのラジカル点火種生成メカニズムは、ＯＨによって引き起こされるもの、およびラジカル点火種によって引き起こされるもの両方であるか、または「ＯＨ−ＲＩ種によって引き起こされるもの」である。優位な自己点火連鎖分岐メカニズムは、Ｆとして、より大きな炭化水素、またはより大きなアルコール分子を用いるので、よりずっと複雑であるが、同じ原則は、燃料分解においてヒドロキシルラジカル（ＯＨ−）の役割にも当てはまる。
【０１０８】
この一般化された小室ＲＩ種生成プロセスは、全ての完全ＨＣＲＩ、およびＨＣＲＩプロセス１００の全てのＲＩＳ増加の実施形態に普遍的である。また、（小室に挿入されている流体が、実際に燃料である場合）、この一般化された説明は、主室３４と小室３２に挿入されている同じ燃料に基づいているが、デュアル燃料、またはマルチ燃料挿入作動において、同じことは機関に挿入されたすべての成分（燃料の）に当てはまる。そのような場合に、ＯＨ−を用いた、（燃料の）成分すべての再活性が両立できる場合、それぞれの優位反応は、（もちろんそれら自体のＦ、Ｒｊ−および他の種と）同じ形式である（SAE Paper No. 2004-01-0047およびISAE Paper No. 20077210）。作動中において、そこでは、ＯＨを用いた燃料成分の再活性は同じではない。最初、少なくとも一般的な反応サブメカニズムは、通常、ＯＨ−を用いる再活性が優位である燃料成分の活性に続く。このラジカル点火種生成プロセスは、主室３４からのＯＨ−の供給まで強化し続け、小室から主室への上述の突然の導管４２のフロー反転現象によって打ち切られ、その後、このプロセスは次々に消滅する。
【０１０９】
小室ＲＩ種生成プロセスのこの簡潔な反応速度論の説明に基づいて、制御流体の役割を描写することができる。空気と比較して、小室３２における燃料の濃度がより高いほど、より速いこのサブメカニズムは、追加的なラジカル点火種を産生する。その逆もまた真である。これは、SAE Paper No.2007-01-0013に、参照としてしっかりと具体化されている。この完全な反応速度論の研究は、なぜ主室３４自己点火（ＳＯＣ）の時期が、小室３２に挿入された制御流体の量の調整によって、直接ＨＣＲＩプロセス１００の完全ＨＣＲＩ機関において制御されることができるかを示している。この参照文献は、正確に小室３２に挿入された制御流体の量が、小室３２において生成された（次に主室燃焼イベントにおける使用のための）ラジカル点火種の量を決定することを証明している。従って、ラジカル点火種生成プロセスは、機関電子制御システム３０（図２Ｂ）を使って直接制御することができる。（特定の作動条件に依存する）正確な時間に、電子制御システム３０は、小室ラジカル点火種生成制御流体供給分配システム９６に、制御流体燃料供給管路５０（図２Ｂ）を通って適量の制御流体を制御流体挿入デバイス４４Ａ、および／または一定の小室３２（図２Ａ）の４４Ｃに送るように導く。これらの制御流体挿入デバイスは、制御流体挿入孔４６を経由して制御流体をこれらの小室３２内部に引き渡す。
【０１１０】
ＨＣＲＩプロセス１００において、ＰＣ−ＨＣＲＩ機関と２つの予混合燃料ＲＩＳ増加機関との制御流体は、（空気濃度に関連する）必要に応じて、小室の燃料濃度を希釈することに役立つことができる液体、またはガスである。より多くの希釈は、ラジカル点火種生成速度を減少させ、またより少ない希釈は、ラジカル点火種生成速度を増加させる。逆に、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩの実施形態と２つのＤＩ燃料ＲＩＳ増加とにおいて、制御流体は最もよい燃料（または燃料の成分）である。そのような制御流体を用いることによって、ラジカル点火種生成を増加させるか、減少させることが必要な時に、小室の燃料濃度はそれに応じて強まるか、または弱まることになる。
【０１１１】
小室ＲＩ種生成プロセスの簡潔な反応速度論の説明に基づいて、一般的な小室Ｒｌの種発電制御増加デバイス５４の役割はまた描写することができる。上記一般的な小室ＲＩ種発電制御増加デバイス５４は、いくつかの平均値による小室ＲＩ種生成反応速度論的プロセスの全ての速度を増加させるか、または減少させることが可能な装置であってもよい。特に、これらの小室増加デバイス５４は、以下の反応セットを促進するか、または緩慢にする。
【０１１２】
【数５】
2011122598.tif 000007
【０１１３】
またはより複雑（Ｆがより小さな分子である場合）なこれに相当する反応は、Ｒｊ−種（および他のサブメカニズムが生成した種）を、追加的なラジカル点火種と多くのＯＨ−とに後で変換するためのサブメカニズムを伴う。特に、ラジカル点火種生成メカニズムの中に含まれている優位発熱性反応Ｈ２Ｏ２＋ Ｍ⇔ＯＨ−＋ＯＨ−＋Ｍ（反応式（２））の全体の反応速度は、温度およびＨ２Ｏ２の濃度に非常に敏感である。また、反応式（４）と、（より大きな分子燃料成分のため）反応式（４）より複雑なこれに相当する反応の全体の反応速度は、温度およびＯＨ−の濃度の両方に非常に敏感である。すなわち、反応組の反応式（４）の産生物質を、新しいラジカル点火種に変換するための優位追加反応は、ラジカル点火種の温度と既存の濃度に非常に敏感である。
【０１１４】
このように、制御された方法で小室のガスの温度に影響すること、および／または制御された方法でＯＨ−の濃度、および／または小室内部のラジカル点火種のいくらかを増加すことが可能な様々な装置は、共通して小室ＲＩ種生成制御増加デバイス５４であると考えられる。例えば、小室壁温度だけの調節により、小室３２において生成されたラジカル点火種の量を制御し、主室３４において自己点火の時期を制御するために使われることができることを、ある完全な反応速度論実験が示している（SAE Paper No. 2007-01-0047）（参照文献にしっかりと具体化されている）。あるいは、小室３２の、容量を変化できる、または、他の化学物質の添加物を小室３２に挿入することができる、または、小室３２で生成されたラジカル点火種の量を調節することにおいて役立つことができる機能を有するデバイスは、また、小室ＲＩ種発電制御増加デバイス５４であると考えられる。これらの小室増加デバイス５４は、単独で（または制御流体挿入の適切な調整と連携して）直接小室３２で生成されたラジカル点火種の量を制御するために使用することができる。機関電子制御システム３０の直接制御下で、これらの増加デバイス５４は、制御活性する小室３２においてラジカル点火種生成プロセスの速度を調節するために（同期された制御流体挿入と一緒に、または単独で）使用される。
【０１１５】
イベント９の１４５において、あるポイント（通常は、膨張イベントの中期の「ずっと前」の部分）で、（上述の）突然の導管４２フロー反転現象は引き起こる。一般的に、突然の導管４２フロー反転現象は、小室において、主室膨張と、温度上昇と、圧力上昇とがの組み合わされた結果（発熱性のラジカル点火種生成プロセスによる）として引き起こされる。突然の導管４２フロー反転現象の自然に反する進行は、圧力比を、（小室３２圧力が、主室３４のそれより大きくなるように）逆転させる。このポイントのすぐ後で、強いの乱流マスジェットは、流体伝達によって小室３２から主室３４内部に、ラジカル点火種、未使用の燃料、未使用の酸素、エンタルピー、他の化学反応生成物などの移送を促進する。小室３２のＨＣＲＩ機関の実施形態と物理的位置とに依存して、この移送は、通常、点火と燃焼とが起こっている同じ主室にされる。一方、ある内燃機関においては、移送は、また、別の主室３４にされてもよい。そのような場合には、フロー反転現象の代わりに、小室導管４２が他の主室３４に伝達をシフトする場合に起こる圧力低下であってもよい。フロー反転現象の後と、エンタルピーの急速な移動の後とのいずれかの場合には、影響を受けた小室３２における圧力は、より急速に低下し始める。「中期の前」の膨張時期の間の上記圧力低下は、これらの小室３２の温度低下を結果として生じる。影響を受けた小室３２におけるラジアル種の大部分は、後に、フローズンされた（または、ほぼフローズンされた）平衡状態に入る。
【０１１６】
膨張イベントの「中期のずっと前から後期までの」部分の間に、主室圧力低下を伴っている主室３４において、急速な温度低下があるが、主室３４における温度はまだ、主室ラジカル点火種活性のためには十分に高い温度である。また、膨張プロセスの上記「中期から後期」部分の間に、主室におけるＯＨ−濃度は、温度によって低下しているが、その濃度は効果を残したままである。従って、室（３２と３４）の圧力差のため、小室ラジカル点火種の量とともに、消費されていない小室燃料および酸素などは、高速な強い乱流ジェット経由でマスを放出しているそれらの小室３２から主室３４内部に移動する。従って、これらの量は、主室３４の大量のＯＨ−を含むガスに直接チャージされて、急速に混合さる。この状況は、新しい主室ラジカル点火種を産生するサイクルの２番目のＯＨ−ラジカル点火種によって誘導される（引き起こされる）ラジカル点火種生成プロセスを結果として生じる。このプロセスは、排気イベントの排出部分を通って（および、時折越えて）続いていく。従って、後のサイクルにおけるラジカル点火のために求められるラジカル点火種の供給は、主室３４において行われる２つのポスト自己点火プロセスにも向かう。
【０１１７】
一番目のポスト自己点火プロセスは、ラジカル点火種保持である。通常、（出力行程および排出の間に）小室３２を出て行くラジカル点火種（特に燃料に依存しているＣＨ３ＨＣＯおよびＣＨ２Ｏ５）の多くは、それらが主室３４に放出される際には消費されないが、しかし保持され、且つ、２番目のプロセスのための促進力の一部として役立てされる。しかしながら、初期（主室ガスの状態が未だ図３の点火領域のエリア「Ｂ」にある時の）の高い温度のため、通常は、放出された（いくらかのＨＯ２と、より多くのＨ２とを含んでいる）小室ＲＩ種の一部は、中期のずっと前から中期までの膨張フロー反転現象の間に失われ（消費され）、「点火領域」の領域「Ｂ」からの主室ガスの移行が、「緩慢燃焼領域」の領域「Ａ」に戻る。
【０１１８】
（ポスト自己点火プロセスの）二番目のプロセスは、主室ラジカル点火種生成である。主室ガスにおけるガスの状態が、領域「Ａ」（図３参照）に戻る移行の間に、主室ラジカル点火種生成は、あるとき開始し、Ｈ２Ｏ２が中心ではあるが、しかしまた、より多くのＨＯ２−（初期）およびより多くの他のラジカル点火種を結果として生じる。小室３２から出て来る燃料とラジカル点火種のと比較的多い量、および主室３４においてまだ保持されている適正に高いＯＨ−濃度によって、この生成プロセスは、加速され、且つ促進される。一般的に、この生成プロセスは、それぞれの独自のサブメカニズムを用いた２つの段階で行われる。第１段階のサブメカニズムは、領域「Ａ」中への移行の間に開始し、主室の排出の開始まで続く。第２段階のメカニズムは、主室排出後に開始し、しばらくの間続く。
【０１１９】
比較的ＯＨ−が多い環境下では、Ｆとして、水素分子、またはより小さい分子アルコール、またはより小さい分子炭化水素を用いるため、主室３４ラジカル点火種生成プロセスの両方の段階にわたる優位の一般的反応は、また、（例えば小室ラジカル点火種生成プロセスなどの）反応組である。
【０１２０】
【数６】
2011122598.tif 000008
【０１２１】
主室３４におけるＯＨ−燃料還元のための優位なメカニズムは、Ｆとして、より大きな炭化水素、またはより大きなアルコール分子を用いるために、さらにずっと複雑になるが、同じ原則は当てはまる。Ｒｆ種（および他のサブメカニズム生成種）をラジカル点火種に後で変換するためのサブメカニズムは、しかしながら、通常、小室ラジカル点火種生成プロセスのメカニズムとは違う。また、Ｒｆ種（および他のサブメカニズム生成種）をラジカル点火種に変換するためのサブメカニズムは、一般的に２つの主室相により違う。これらのサブメカニズムにおける違いは、主としてそれぞれの相の間に主室３４に広く行き渡っている温度の違いによる。
【０１２２】
ＨＣＲＩプロセス１００の全ての完全ＨＣＲＩ機関で起きていることに加えて、ＲＩＳ増加の程度が上述の有効な閾値にある場合、一般化された主室ラジカル点火種生成プロセスは、さらにＨＣＲＩプロセス１００の全てのＲＩＳ増加の実施形態で起こる。そして、この一般化された説明は、（燃料成分が実のところ能動制御小室（能動的に制御される小室）に関する制御流体である場合に）主室３４と小室３２とに挿入されている同じ燃料成分であることに基づくが、デュアル燃料またはマルチ燃料挿入作動において、同じことは、挿入された各燃料成分に当てはめることができる。複数の燃料成分の場合、（膨張および排出の間に）放出される小室の燃料成分のいくつかは、どのような場合でも、主圧縮イベントの間に、小室３２において閉じ込められていた初期主室燃料成分である。さらに、ＯＨ−を伴うすべての燃料成分の反応性に互換性がある場合、各成分に関する優位反応は、（もちろんそれら自体のＦ、Ｒｊ−および他の種と）同じ形式である。しかしながら、ＯＨ−を伴う燃料成分の反応性が互換性がない作動においては、初めに少なくとも一般的な反応サブメカニズムは、通常、ＯＨ−を伴う反応性が優位である燃料成分に続く。
【０１２３】
排気プロセスにおける、あるポイントの間に、主室３４においてまだ残存している主室ラジカル点火種は、通常はまた、フローズンされた（または、ほぼフローズンされた）平衡の状態に入る。その後、サイクルは、イベント１の１０５から開始して、繰り返される。
【０１２４】
その本来備わっている一般的な設計特微で、ＨＣＲＩプロセス１００および他の実施形態を作動を可能にするＨＣＲＩ機関２００の能力は、図２Ｂの中で図式的に描写されている模範的な機関電子制御システム３０に含まれている。機関電子制御システム３０は、ＨＣＲＩ機関２００のＨＣＲＩ機関の実施形態を可能にすることに役立つ。また、機関電子制御システム３０は、完全ＨＣＲＩの実施形態とＲｌＳ増加実施形態とを含んでいるＨＣＲＩプロセス１００の様々な実施形態を使い、可能にすることに役立つ。先行技術の機電子制御システムにおいて示されているＨＣＲＩ機関２００の作動に必要なそれらの機能を、一般的な機関制御システム３０が可能にすることは以下で理解される。従来技術に示されている該機能に加えて、一般的な機関制御システム３０は、関係する能動制御小室３２における少量のラジカル点火種生成制御流体の配置を調節することが可能である。それは、主室３４における燃焼を促進する制御ラジカル点火種を次々に実現するために、小室ラジカル点火種生成プロセスと主室ラジカル点火種生成プロセスとを（直接）制御することを目的としている。正確な同じ（制御の）目的にとって、一般的な機関制御システム３０は、また、一般的な小室ＲＩ種出力制御増加デバイス５４を調節することが可能である。つまり、一般的な機関制御システム３０は、他のラジカル点火種生成制御増加デバイス６４と７０とを、および／または同じ（制御の）目的のために使用されている点火時期増加デバイス５６を制御することができる。この一般な制御システム３０は、センサ直接理論、および／または燃焼過程援助管理サブシステムを使用してもよいが、燃焼を制御するのに役立つラジカル点火種の使用は、通常、（該分野および関連した分野における従来の制御システムの最新のものいくつかと比べて）求められる全ての精巧化を減らすことができる。
【０１２５】
ＨＣＲＩ機関２００は、多くの追加的な一般的設計特徴を含んでいる。その特徴とは、ＨＣＲＩ処理１００を、作動上で使用および可能にする能力を備えていることである。特に重要なのは、化学的組成、および小室３２の産生能力の決定に、それらの特徴は役立つことである。例えば、このような第２の室における、混合物の化学的組成は、流体力学の充填法、および小室３２の酵母比率に作用するパラメーターによってある程度決定される。小室３２の体積、および導管４２の高さ（または有効径）、長さ、配置、および形状は、これらの比率の決定に関して、主要なパラメーターである。
【０１２６】
小室の体積に関して、ＨＣＲＩ機関２００の機関燃焼シリンダ内の可動出力発生コンポーネント４０が、上記主燃焼室３４の上死点（"ＴＤＣ"）に位置する場合、上記主燃焼室３４と連通している小室３２の全てを合わせた体積と、上記主燃焼室３４の最小体積との比は、おおむね０.０１（これに限られない）：１ないし０.２５：１の間の値になる。
【０１２７】
【数７】
2011122598.tif 000009
【０１２８】
このように、概して、
【０１２９】
【数８】
2011122598.tif 000010
【０１３０】
は、上記旬燃焼室と連通しているシリンダにおける、ｉｔｈ小室の体積である。Ｎは、上記主燃焼室と連通しているシリンダにおける、小室の合計数である。
【０１３１】
【数９】
2011122598.tif 000011
【０１３２】
は、上記主燃焼室３４の燃焼サイクル間、上記主燃焼室３４が有することができる最小体積である。また、記号"："は、比を示している。特定主室３４が有することができる最小体積は、可動仕事量出力発生コンポーネント４０がＴＤＣの位置にある場合に、最小体積になる。体積比の範囲における幅（０.０１:１ないし０.２５:１）は、ある程度、燃料の相違、およびラジカル点火種による燃料の自己点火に求められる圧縮比（ＣＲ）の広範囲化によるものである。一つの機関燃焼シリンダにおける、それぞれの小室３２の体積は、同じである必要はない。さらに、制御する目的で、ＨＣＲＩ機関２００の作動中、一つ一般的小室ラジカル点火−種生成制御増加デバイス５４の使用により、いくつかの、または全ての小室３２の体積は、減少（または増加）してもよい。このように、比は減少（または増加）する（小室の形状は変化する）。
【０１３３】
導管４２は、通気孔、開口部、通路、溝、適当な多孔網、膜等である。これらの導管４２の寸法、形状、および位置の選択は、燃料に応じて、それぞれ考慮する。導管は、通常は、以下のように設計される。つまり、主室３４からの燃焼炎が、小室３２に及ぶまでに、消えるように設計される。また、機関のすべての作動状態に関して、これらの小室と、主室とを接続する導管４２は、より高い圧力に耐えられるように、最良に設計されている。それらを通る可圧縮ガスの流入および流出（小室３２への往復）は、抑圧される（ただし、必須ではない）。通常、小室３２の圧力状態は、主室３４の圧力状態よりも低いことが好ましい（SAE PaperNo.2007-01-0047参照）。通常はまた、導管４２内の、流れを詰まらせないことが重要である。しかしながら、ある物理的形状では、数分後に、導管４２の流れは詰まってしまう。導管の流れが詰まることが避けられない完全なＤＩ ＨＣＲＩ機関の例は、SAE Paper No.2007-01-1254に記述されている。完全なＤＩ−ＨＣＲＩ機関は、参照文献にしっかりと具体化されている。
【０１３４】
さらに、小室３２ごとの、導管４２の配置、および導管４２の数は、重要な要素である（SAE Paper No.2007−01−0013参照）。小室３２に対する、これらの導管の傾きは、小室３２における、構成の乱気流混合速度に影響する。同様に、導管４２の位置もまた、多くの場合、時折排出する外流マスジェットを「照準」にしている。これは、小室３２の第２の主要機能であり、主室混合のために追加的な乱気流を多量に生じさせる。これに関連して、このマスジェットによって発生した乱気流の効果を最大にするために、マスジェットは多くの場合、主室３４における最適な位置に入るように、導管４２によって向けられている。
【０１３５】
上記、図１のイベント１におけるＨＣＲＩ処理１００の説明のように、ラジカル点火種添加に対するリサイクルガスの役割は、非常に重要である。一般的な排気ガス再利用デバイス（システム）６２を通って、排気ガスの数パーセント（外部のうちのいずれか内部）に当たる再利用（還流）が、主燃焼室３４に戻る場合、一般的に、一定、またはある比例した数パーセントの排出されたラジカル点火種を回収することができる（ガスが再利用するのと同様に、これらのガスに対する処置による）。これは、排気ガスの比較的より低い温度、およびラジカル点火種のうち、いくらかのラジカル点火種が、フローズン平衡、またはフローズン平衡に近い状態になるという事実から得られる。
【０１３６】
また、排気ガス６８との関係において、排気ガスＲｌ−種生成制御増加デバイス６４は、制御／添加ラジカル点火種の次の循環を可能にするために、排気ガス再利用デバイス６２と平行、または排気ガス再利用デバイス６２の内部のどちらかに配置される。排気ガスＲｌ−種生成制御増加デバイス６４の最も特徴的な機能には、再利用排気ガス（６８または６８’）における、ラジカル点火種の安定化、および増加／減少させることを含んでいる。活動制御小室３２を採用しない場合、Ｒｌ−種生成制御増加デバイス６４を、さらに主要な役割に用いることができる。このように、次の循環のため、主室３４の燃焼イベントにとって都合のよい形に変換されたラジカル点火種の量の制御に役立つために、一般的排気ガス再利用デバイス（システム）６２とともに、増加デバイス６４、および機関電子制御システム３０の直接統制下で使用できる。
【０１３７】
増加デバイス６４の安定化機能の例は、Joint SAE Paper No.2007−01−1887、およびJSAE Paper No.20077212において公表されている。増加デバイス６４の安定化機能は、参照文献にしっかりと具体化されている。これらの参照文献に記載されているＨＣＲＩ機関は、熱交換デバイス（排気ガスラジカル点火−種発生−制御増加デバイス６４の例としての役目を果たしている）を経由して排気ガスを通過させている。帰還した排気ガス６８'と、吸気ガス６６とが混合されている間、活性反応が起こらないようにする手段として、吸気ガス６６の温度よりも帰還した排気は冷めている。また、この参考文献は以下に示すことを実証している。それは、これらの再利用排気ガスのコンポーネントに帰還したラジカル点火種の統制（デバイス６２を介する）は、ＨＣＲＩ機関２００の実施形態である４−ストローク往復ＤＩ−ＨＣＲＩの主室３４における、自己点火のタイミング制御に単独で用いることができることである。
【０１３８】
これらの排気ガス再利用デバイス６２の特徴は、SAE Paper No.2007−01−0135に、全化学反応動力学の模擬実験の実証を用いて、さらに説明されている。排気ガス再利用デバイス６２の特徴は、参照文献にしっかりと具体化されている。この参照文献において、排気ガス６８（サイクルからサイクルまで）の内部の保持率は、維持している排気圧力との調整による吸気ガス６６の給気圧を統制することによって、制御される。この参照文献において、以下のことが示されている。それは、吸気ガス給気圧の統制による、排気ガスの内部の保持率の制御（および、上述のように主室３４において保有されるラジカル点火種）は、どのようにして、ＨＣＲＩ機関２００の実施形態である、２−ストローク往復ＤＩ−ＨＣＲＩの自己点火のタイミング制御に、単独で用いることができるのかということである。同様の結果は、吸気ガス流入デバイス５８、および排気ガス流出デバイス６０の他の態様の作動管理によっても得ることができる。例えば、形状、流れのパターンに影響を与える他の要素、およびこれらのデバイスにおける流量は、操作上管理できる。
【０１３９】
また、ラジカル点火種および気ガスの余熱は、吸気ガス６６に含めるための追加的なラジカル点火種、および／または他の種を発生させるために、増加デバイス６４において用いられる。なぜならば、比較的高濃度のラジカル点火種は、ＨＣＲＩ機関の再利用排気ガス内に、すでに存在しているからである。ラジカル点火種濃度を添加するための手段の一例として、排気ガスに、追加的な燃料を単純に加えることがある。稼動中の温度に応じて、これは、図１に示すイベント６の１３０における、一般的主室自己点火前処理（ＨＯ２−および／またはＯＨ−の燃料分解引き起こすことから始まる）と同様の、一般的な反応サブメカニズムの進行を起こす。また、他のもう一つの手段は、排気ガスラジカル点火種容量の一部を酸化の（および上述のように燃え尽くす）ために、酸素をたくさん含んでいる空気を、再利用排気ガスに投入することである。増加デバイス６４の機能はまた、再利用排気ガス（６８または６８'）に、他の化学的種（燃料添加剤を含んでいる）を加えることである。最終的に、ラジカル点火種検出デバイス（機関電子制御システム３０から離れている）は、増加デバイス６４の統制に役立つように、増加デバイス６４に組み込まれる。
【０１４０】
また、図２Ａ−２Ｂには、複数の一般的な吸気ガスラジカル点火種生成−制御増加デバイス７０の原理が示されている。この増加デバイス７０は、再利用される排ガス６８または６８’が吸気ガス６６に戻る前または後の位置に、配置されてもよい。該デバイス７０は、再利用される排ガス（６８または６８’）と一緒に戻るラジカル点火種を利用して、新しい吸気ガス６６に追加するための追加のラジカル点火種および／または他の種を製造する外部プロセス（機関燃焼シリンダの外部）を増やすことができる。また、上記デバイス７０は、吸気ガス６６を利用して、これらの増加を引き起こすのを支援することもができる。排ガスラジカル点火種生成‐制御増加デバイス６４の機能を実行することができるデバイスと類似または同一のデバイスに加えて、一般的な吸気ガスラジカル点火種生成‐制御増加デバイス７０としては、例えばマイクロ波デバイス、燃料改質デバイス、ＬＡＧ型デバイスなどが挙げられる。また、一般的な吸気ガスラジカル点火種精製制御増加デバイス７０を使用して、主室３４に入るラジカル点火種の量を減少させることができる。これらの目的を達成するために、これら増加デバイス７０の調節に役立つラジカル点火種センサーデバイスを該増加デバイス７０に備えてもよい。予混合燃料の場合、これらの増加デバイスは、吸気ガス流入デバイス５８内の燃料挿入デバイス４４Ｄの前および／または後の位置に配置されてもよい。上記吸気ガスラジカル点火種生成制御増加デバイス７０は、採用された場合、機関電子制御システム３０の一部によって調節される。
【０１４１】
ＨＣＲＩプロセス１００および他の実施形態を作動上可能にする、ＨＣＲＩ機関２００の能力に固有の他の一般的な設計上の特徴が存在する。その特徴の１つは、ＨＣＲＩ機関２００の直接噴射式ＨＣＲＩ内燃機関のほとんどの場合、燃料が、小室導管４２を取り付けているハウジング周囲から離れる方向に、（挿入デバイス４４Ａおよび４４Ｂから）主室３４へ最適に挿入されることである。このことは、最適には、注入された噴霧が、小室の何れかに向かう流れから離れる方向に向かうように実施される。その原理は、吸気ガス６６をこれら小室３２へ運ぶ、圧力によって引き起こされるジェットに直接噴射された燃料流が直接巻き込まれることを避けることであり、さらには上記ジェットに向かい得る内部の気流に巻き込まれることさえも避けることである。１つ以上の小室３２が、可動動力発生デバイス４０内に設けられている場合、同じことが、（可能な範囲内で）当てはまる。これによって、上記小室３２が、受動制御小室３２（受動的に制御される小室）として機能することができる。一般的に、受動制御小室３２は、ラジカル点火種の生成を調節するための内部手段または外部手段を備えていない。受動制御小室３２は、能動制御小室３２の負担を軽減し、（設計上の耐久力を下げつつも）ラジカル点火種生成プロセスの全てをより正確に制御するために、使用されることがある。そのようなことが望ましいときは、受動制御小室３２は、ハウジング周囲の側面３８またはハウジング周囲の上部３６に取り付けられてもよい。
【０１４２】
以上のことから、小室３２は、機能的に、機関燃焼シリンダの「目下の（current）」作動サイクルの「目下の（current）」主室３４の、主室の空気−燃料ガス−チャージにおける点火および燃焼を支援するために使用されるものではない。むしろ、小室３２は、あるサイクルにおいて、「後の」燃焼サイクルにおける主室の点火および燃焼に特別に使用されるラジカル点火種を製造するための、生成起点となる場所として機能するものである。それ故、上記小室３２は、予燃焼室ではない。
【０１４３】
図４Ａ乃至４Ｄでは、ＨＣＲＩ機関２００の処理システムであり、ＨＣＲＩプロセス１００を具現化する、典型的なロータリーＨＣＲＩ内燃機関（以下、ＨＣＲＩ機関３００と称する）が集合的に説明されている。したがって、ＨＣＲＩ機関３００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種（ＲＩＳ）が増加する４つの実施形態、および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を使用および使用可能にすることができる。ＨＣＲＩ機関２００に関する図２Ａ乃至２Ｂ、およびＨＣＲＩ機関３００に関する図４Ａ乃至４Ｄは、共通の特徴を共有している。よって、明りょうにするために、ＨＣＲＩ機関３００および図４Ａ乃至４Ｄにおけるその略図に関する共通の特徴のいくつかの記述は、省略されており、ＨＣＲＩ機関２００および図２Ａ乃至２Ｂにおけるその略図に関する上記共通の特徴の記述が、省略された共通の特徴の十分な記述を提供するために依拠される。ＨＣＲＩ機関２００およびＨＣＲＩ機関３００に関する用語は、一般的に同じであるが、ＨＣＲＩ機関３００については違いがいくつか存在する。
【０１４４】
例えば、動力発生部材４０は、ローター８６とも呼ばれる。ＨＣＲＩ機関３００では、主室３４は、（ｉ）ローター８６によって、そして（ｉｉ）ハウジング周囲の「側面」３８、ハウジング周囲の「上部」３６の一部によって、さらに（ｉｉｉ）ハウジング周囲の「末端」９４とハウジング周囲の「分割部分」９０とによってか、または２つのハウジング周囲の「分割部分」９０のどちらかによって、形成された空間（容量）から成る主室である。
【０１４５】
図４Ａによれば、ＨＣＲＩ機関３００では、ローター８６によって、３つの主室が作り出されていることが分かる。ローター８６の位置に応じて、これら主室は３つの異なる機能を有することができる。これらの主室は、吸入室８２、排気室８４、または主燃焼室３４の何れかの役目を担うことができる。これら主室の何れかが、主燃焼の点火前の反応速度論的活動、主燃焼の点火時の反応速度論的活動、または主燃焼の点火後の反応速度論的活動と関係するとき、これら主室は「燃焼位置」にあると考えられる。また、ＨＣＲＩ機関３００の主室の何れかが燃焼位置にあるとき、該主室は、上記主燃焼室３４の１つであると考えられる。したがって、ロータリー機関では、問題になっている主室の何れかが「燃焼位置」にあるとき、用語「主燃焼室」３４は、３つ（クアシタービン（Quasiturbine）機関の場合はそれ以上である）の１主室のうち、ローターの位置に依存して、１つまたは２つの機能的に等しい部分を含んでいると理解される。
【０１４６】
ＨＣＲＩ機関３００では、「ハウジング周囲の上部」３６は、上記ローターの３つの動く側面の１つが上死点（ＴＤＣ）の位置にあるときの（図４Ａにおける左側の「ローター側面」である）、ローターおよびハウジング周囲によって形成される容量に隣接した、機関ハウジング周囲の「半径方向に外側」（軸８８に対して外側）の部分であると考えられる。ローター側面とハウジング周囲の内表面との間の容量が最小であり、該ローターの側面が形成に役立っている主室が、「燃焼位置」の１つにあるとき、該ローター側面は、ＨＣＲＩ機関３００における上死点の位置にあると定義される（機関燃焼シリンダの反対側の４分の１にある組み合わされた排気−吸入位置の反対である）。したがって、図４Ａおよび図４Ｂでは、「ハウジング周囲の側面」３８は、機関燃焼シリンダを取り囲んでいる「半径方向に外側」のハウジング周囲のうち、ハウジング周囲の上部３６の部分とは考えられない残部であると考えられる。
【０１４７】
ローター８６の角運動の方向は、逆時計回りの方向であると考えられる。したがって、この図の左上に示されている小室３２は、今後、「先行（leading）」小室３２であると考えられる。また図４Ａの左下に位置する、周囲に取り付けられている小室３２は、「遅行（lagging）」小室３２であると考えられる。なお、図４Ｂおよび図４Ｃは、２つ以上の機関燃焼シリンダに関する概略図を示していることを留意すべきである。図４Ａの遅行小室３２は、図４Ｂに示されているＡ−Ａ平面の機関燃焼シリンダを示しており、Ａ−Ａ平面についての小室組立品の詳細（３以上の機関燃焼シリンダに関するもの）は、図４Ｃに示されている。
【０１４８】
吸気ガス６６は、機関吸気マニホールド２６から吸気口７２を介して、機関シリンダ流入し（これらの要素は、吸気ガス流入デバイス５８の一部である）、排ガス６８は、排気口７４を介して機関シリンダから機関排気マニホールド２８へ流出する（これらの要素は、排ガス流出デバイス６０の一部である）。
【０１４９】
ＨＣＲＩ機関３００の各機関シリンダは、能動制御先行小室３２の一対を使用している。これらの対における先行小室３２のそれぞれは、マルチ流体挿入デバイスまたはデュアル流体挿入デバイス４４Ａによって、制御流体を送り込まれる。また、各燃焼シリンダの１つの能動制御遅行小室３２は、１つのラジカル点火種生成制御−流体挿入デバイス４４Ｃ（図４Ａ）によって、制御流体を送り込まれる。最後に、ローターに取り付けられたの受動制御小室３２対は、（図４Ａおよび図４Ｄの組み合わせから示されるように）、ローター８６の３つの側面のそれぞれに埋め込まれている。
【０１５０】
示されていないが、能動制御小室のそれぞれは、１つ以上の小室ラジカル点火種生成制御増加デバイス５４を有していると考えられる。また、ＨＣＲＩ機関３００は、排ガス再利用デバイス６２（それらの排ガスラジカル点火種生成制御増加デバイス６４を備えている）と、吸気ガスラジカル点火種生成制御増加デバイス７０とを有している（また、作動上採用することができる）と考えられる。
【０１５１】
（１）予混合燃料、および直接噴射される燃料をそれぞれ挿入するために、吸気ガス流入デバイス５８へ一般的な吸気ガス流入デバイス燃料挿入デバイス４４Ｄを備えるすること（この場合では、機関吸気マニホールド２６に直接備えられている）、および主室へデュアル流体挿入デバイス４４Ａを備えること、ならびに（２）１つの点火時期増加デバイス５６を備えることによって、ＨＣＲＩ機関３００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種が増加する４つの実施形態および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を使用、および使用可能にすることができる。これらの様々なプロセスの実施形態における作動は、電子機関制御システム３０によって、様々な燃料および制御流体挿入機（４４Ａ、４４Ｃおよび４４Ｄ）、ならびに様々なラジカル点火種生成制御増加デバイス（５４、６４および７０）、排ガス再利用デバイス６２、ならびに点火時期増加デバイス５６を制御することによって、機関の作動条件に適するように管理される。
【０１５２】
（図４Ａ乃至４Ｄに示されている）典型的なＨＣＲＩ機関３００は、一般化されたロータリー機関の略図を表しており、上記の構成に加えて、他の要素を追加することができるし、または存在している要素を除去できることや、もしくは変更できることは当業者にとって直ちに明らかである。さらに、ＨＣＲＩプロセス１００を使用および使用可能にすることができる多くの他のロータリーＨＣＲＩ機関の改良型も可能である。
【０１５３】
図５Ａ乃至５Ｃでは、ＨＣＲＩ機関２００の処理システムであり、ＨＣＲＩプロセス１００を使用および使用可能にすることができる典型的な２ストローク往復ピストンＨＣＲＩ内燃機関（以下ではＨＣＲＩ機関４００と称する）が集合的に説明されている。したがって、ＨＣＲＩ機関４００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種が増加する４つの実施形態および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を可能にする。ＨＣＲＩ機関２００に関する図２Ａ乃至２Ｂ、およびＨＣＲＩ機関４００に関する図５Ａ乃至５Ｃは、共通の特徴を共有している。よって、明りょうにするために、ＨＣＲＩ機関４００および図５Ａ乃至５Ｃにおけるその略図に関する共通の特徴のいくつかの記述は、省略されており、ＨＣＲＩ機関２００および図２Ａ乃至２Ｂにおけるその略図に関するこれらの上記共通の特徴の記述が、省略された共通の特徴の十分な記述を提供するために依拠される。ＨＣＲＩ機関２００およびＨＣＲＩ機関４００に関する用語は、一般的に同じであるが、ＨＣＲＩ機関４００については違いがいくつか存在する。
【０１５４】
例えば、ＨＣＲＩ機関４００では、動力発生部材４０は、ピストン７６とも呼ばれる。ピストン７６が、ＨＣＲＩ機関４００における「上死点」の位置にあるとき、主室３４の容量は最小になる。この特定の用語は、図５Ａでは使用されていないが、この２ストローク往復ピストン機関の実施形態では、ハウジング周囲の上部３６は、「シリンダヘッド」とも呼ぶことができ、ハウジング周囲の側面３８は、「シリンダライナ」とも呼ぶことができる。典型的なＨＣＲＩ機関４００におけるハウジング周囲の上部３６は、ハウジング周囲の円盤型セグメントである。この円盤型のセクションは、機関燃焼シリンダの上部に及んでいる。該円盤型のセクションは、点火時期増加デバイス５６の下部にほぼ対応する軸方向の位置からシリンダを覆っている。ハウジング周囲の側面３８は、この軸方向の位置のすぐ下から開始する機関燃焼シリンダのハウジング周囲の部分である。
【０１５５】
ハウジング周囲の上部３６のトップダウン図が、図５Ｂに示されている。この図は、図５Ａに示されている位置Ｅ−Ｅを連結する軸線を通る図である。図５Ｂに見られるように、同じデュアル流体注入機４４Ａは、制御流体を、８つの能動制御小室３２に送り込む。当該小室のうち４つは、他の４つと比べて形態が異なっているが、該小室の全ては、「SAE Paper No. 2007-01-0135(Blank)」に記載のこの実施形態で行われたシミュレーション実験における容量と同じ容量であると想定されている（しかし、それらは、必ずしも同じ容量である必要は無い）。この図は、機能的な概略図であり、詳細な図ではないし、縮尺通りの図ではない。
【０１５６】
図５Ｃは、ピストンがそのＢＣＤ（「下死点」）の位置にほぼあるときの、この機関の単純な吸気口７２、排気口７４、およびピストン７６の上部の構成を示す、半径方向断面の概略図である。この図は、機能的な「トップダウン図」を表しているのであって、正確な半径方向断面図ではない。ＨＣＲＩ機関４００では、ＨＣＲＩ機関３００と同様に、吸気ガス６６は、機関吸気マニホールド２６の一部から吸気口７２を介して流入し（これらの要素は、吸気ガス流入デバイス５８の一部である）、排ガス６８は、排気口７４を介して機関排気マニホールド２８の一部へ流出する（これらの要素は、排ガス流出デバイス６０の一部である）。またＨＣＲＩ機関３００と同様に、燃料は、吸気ガス流入デバイス燃料挿入デバイス４４Ｄを介して、機関吸気マニホールド２６へ直接挿入される。吸気口７２および排気口７４が設けられた、２段のピストン表面を有するＨＣＲＩ機関４００のの利点は（図５Ａおよび図５Ｃ）、吸入−排気イベントの間に、（「SAE Paper No. 2007-01-0135 [Blank]」に、ある程度詳細に記載されているような）到来する吸気ガス６６と存在する排ガス６８とが過度に混合することを避けるのに役立つ、高対称的なフローパターンが内部に発生することである。
【０１５７】
ＨＣＲＩ機関２００と同様に、ＨＣＲＩ機関４００は、様々なラジカル点火種生成−制御増加デバイス（５４、６４および７０）で構成されることができ、排ガス再利用デバイス６２を備えることが想定されている。本実施形態に適用可能な排ガス再利用デバイス６２の一例は、「SAE Paper No. 2007- 01-0135 (Blank)」に記載されている。電子機関制御システム３０によって、これらを制御すること、ならびに様々な燃料、制御流体挿入機（４４Ａ、４４Ｃおよび４４Ｄ）、および点火時期増加デバイス５６を調節することも想定される。制御システム３０は、ＨＣＲＩ機関４００の作動条件の範囲に適するように調節する。したがって、ＨＣＲＩ機関４００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種が増加する４つの実施形態および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を使用および使用可能にすることができる。
【０１５８】
図５Ａ乃至５Ｃに示されている典型的なＨＣＲＩ機関４００は、一般化された２ストローク往復ピストン機関の略図を表しており、上記の構成に加えて、他の要素を追加することができるし、または存在する要素を除去することや、もしくは変更することができることは、当業者にとって直ちに明らかである。さらに、ＨＣＲＩプロセス１００を使用および使用可能にすることができる、ＨＣＲＩ機関４００の多くの他の２ストローク往復ピストン機関ＨＣＲＩ機関の実施形態が可能である。
【０１５９】
図６Ａ乃至６Ｄでは、ＨＣＲＩ機関２００の一実施形態であり、ＨＣＲＩプロセス１００を使用する、典型的な４ストローク往復ピストンＨＣＲＩ内燃機関（以下、ＨＣＲＩ機関５００と称する）が集合的に説明されている。したがって、ＨＣＲＩ機関５００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種が増加する４つの実施形態および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を使用することができる。ＨＣＲＩ機関２００に関する図２Ａ乃至２Ｂ、およびＨＣＲＩ機関５００に関する図６Ａ乃至６Ｄは、共通の特徴を共有している。よって、明りょうにするために、ＨＣＲＩ機関５００および図６Ａ乃至６Ｄにおけるその略図に関する共通の特徴のいくつかの記述は、省略されており、ＨＣＲＩ機関２００および図２Ａ乃至２Ｂにおけるその略図に関する上記共通の特徴の記述が、省略された共通の特徴の十分な記述を提供するために依拠される。ＨＣＲＩ機関２００およびＨＣＲＩ機関５００に関する用語は、一般的に同じであるが、ＨＣＲＩ機関５００については変更された用語がいくつか存在する。
【０１６０】
例えば、ＨＣＲＩ機関４００のように、ＨＣＲＩ機関５００では、可動動力発生部材４０は、ピストン７６とも呼ばれる。主室３４の容量は最小になるとき、ピストン７６は「上死点」の位置にある。また、ＨＣＲＩ機関４００と同様に、本４ストローク往復ピストン機関の実施形態では、ハウジング周囲の上部３６は、「シリンダヘッド」とも呼ぶことができ、ハウジング周囲の側面３８は、「シリンダライナ」とも呼ぶことができる。典型的なＨＣＲＩ機関５００におけるハウジング周囲の上部３６は、ハウジング周囲の円盤型セグメントである。この円盤型セクションは、機関燃焼シリンダの上部に及んでいる。該円盤型のセクションは、図６Ａおよび図６Ｂのそれぞれにおいて、主室３４に示されている２つの９０°の軸平面の角に対応する軸方向の位置（例えば、「ボウル−イン−ピストン」型のピストン７６の行程の最も高くなり得る位置よりも僅かに上）からシリンダを覆っている。ハウジング周囲の側面３８は、これらの軸方向の位置のすぐ下から開始する機関燃焼シリンダのハウジング周囲の部分である。
【０１６１】
ＨＣＲＩ機関５００の軸方向断面図が２つ示されている。図６Ａには、線Ｄ−Ｄを通る軸方向の断面が示されており、能動制御小室３２を取り付けているハウジング周囲の上部の位置決めが強調されている。図６Ｂには、線Ｊ−ＪおよびＫ−Ｋを含んでいる平面を通る軸方向の断面が示されており、吸気弁７８と排気弁８０との位置決めが強調されている。機関吸気マニホールド２６からの吸気ガス６６は、吸気弁７８を介して主室３４に流入することができ、排ガス６８は、主室から排気弁８０を介して排気マニホールド２８へ流出することができる。また、燃料を直接（吸気ガス流入デバイス５８の）機関吸気マニホールド２６に挿入するための一般的な吸気ガス流入デバイス燃料挿入デバイス４４Ｄが備えられていることも、図６Ｂに示されている。
【０１６２】
また、半径方向断面図も２つ存在する。第１の半径方向断面図は、周囲の上部３６のトップダウン図である（図６Ｃ）。図６Ｃの平面は、図６Ａの線Ｄ−Ｄおよび図６Ｂの線Ｊ−Ｊを通過している。図６Ｂから分かるように、同じデュアル流体注入機４４Ａは、制御流体を４つの能動制御小室３２へ送り込む。図６Ａおよび図６Ｂと同様に、この図（図６Ｃ）は、機能的な概略図であり、詳細な図ではないし、縮尺通りの図ではない。第２の半径方向断面図（図６Ｄ）には、この機関の単純なピストン７６が、その下死点（ＢＣＤ）の位置にほぼあるときの、該ピストン７６の構成の概略が示されている。また図６Ｄは、機能的な「トップダウン図」を表しているのであって、正確な半径方向断面図ではない。
【０１６３】
ＨＣＲＩ機関５００は、受動制御小室３２が可動動力発生部材４０に取り付けられているもう１つ別の例である。上記受動制御小室の構成は、図６Ｂと図６Ｄとを比較することによって明確になる。図６Ｄによれば、４つの受動制御小室３２は、ピストン７６のボウルの中央部分に対称的に配置されていることが分かる。該小室３２の機能は非常に異なるが、ピストンに取り付けられたこれらの受動制御小室３２の位置決めは、「SAE Paper No. 952359 (Reitzら)」における「エア−セルズ（air-cells）」の最適な位置決めと非常に類似している。この先行技術では、エア−セルズへの吸入導管／排出導管は、機関内にラジカル種が生成しないように非常に大きい直径で構成されていた。また、「SAE Paper No. 2007-01-0013 (Blank)」では、ＨＣＲＩ機関５００が、弁の動作を利用できること、および小室３２と主室３４との間をラジカル点火種が移動することを支援するための、特殊な弁の行程スケジュールを使用することによって、促進される特別な弁（extra valve）の動作を、利用できることが強調されている。
【０１６４】
典型的なＨＣＲＩ機関２００と同様に、ＨＣＲＩ機関５００は、様々なラジカル点火種生成−制御増加デバイス（５４、６４および７０）で構成されることができ、排ガス再利用デバイス６２を備えることが想定されている。ＨＣＲＩ機関５００と非常に類似している４ストロークＨＣＲＩ機関の実施形態において、燃焼の時期を単独で制御するために、小室ラジカル点火種生成−制御増加デバイス５４を使用する一例が、「SAE Paper No. 2007-01-0047 [Blank]」に記載されている。また、排ガス再利用デバイス６２と排ガスラジカル点火種生成−制御増加デバイス６４とを組み合わせて協調的に使用することを、ＨＣＲＩ機関５００へ適用できる例が、「Joint SAE Paper No. 2007-01-1887」、および「JSAE Paper No. 20077212 (Blank)」に記載されている。電子機関制御システム３０は、これらならびに様々な燃料および流体挿入機（４４Ａ、４４Ｃおよび４４Ｄ）、および点火時期増加デバイス５６を調節するものである。制御システム３０によるこの調節は、ＨＣＲＩ機関５００の作動条件範囲に適したものである。したがって、ＨＣＲＩ機関５００は、ＨＣＲＩプロセス１００のラジカル点火種の増加の４つの実施形態および完全ＨＣＲＩの２つの実施形態を使用および使用可能にすることができる。
【０１６５】
図６Ａ乃至６Ｄに示されている典型的なＨＣＲＩ機関５００は、一般化された４ストローク往復ピストン機関の略図を表しており、上記の構成に加えて、他の要素を追加することができるし、または存在する要素を除去することや、もしくは変更することができることは、当業者にとって直ちに明らかである。さらに、ＨＣＲＩプロセス１００を使用および使用可能にすることができる、ＨＣＲＩ機関５００の多くの他の４ストローク往復ピストン機関ＨＣＲＩ機関の実施形態が可能である。
【０１６６】
ＨＣＲＩ機関２００についての上記３つのＨＣＲＩ機関の実施形態における、ＨＣＲＩプロセス１００についての完全な直接噴射によるＨＣＲＩプロセスの実施形態では、図１に記載のイベント２の１１０の少し前から、イベント８の１４０の少し後までのＨＣＲＩプロセスの一部の期間中、圧力および温度の傾向は全般的に同様である。図７Ａ乃至７Ｂには、「SAE Paper No. 2007-01-0623 (Blank)」において研究された、４ストローク往復内燃機関のための主室３２および能動制御小室３４に関する、燃焼のこの２つの特性についてプロットした例が示されている。該機関は、ピストン７６が受動制御小室３２を有していないこと以外は、ＨＣＲＩ機関５００と同様である。図７Ａから留意すべき重要なことは、ＴＤＣ（ＣＡが０°）になった直後に、主室３４と小室３２との両方において圧力が、急降下していることである。このことは、圧縮だけでは、主室のガスの自己点火にほぼ十分な熱が提供されなかったことを示している。つまり、（図１に示されているイベント７の１３５について上記されているように）ＴＤＣの後に発生する、発熱性の過早点火活性を有しているＯＨ−ラジカル点火種がなければ、確実に点火が起こらない。しかしながら、図７Ｂでは、この期間中に、圧力が両室３４および３２において下降しているにも拘らず、主室３４の温度は、上記過早点火活性のために上昇していることが示されている。したがって、ＴＤＣの後のＣＡが１１°であるときに、激しい自己点火が起こっている。
【０１６７】
与えられた燃料を用いた、一般的にまた単純化した表現において、均一燃焼自己点火の基準は、５つの因子の組み合わせに依存すると考えることができる。
【０１６８】
【数１０】
2011122598.tif 000012
【０１６９】
理解するために関係すると解釈されるものとしては、この一般的な基準は、均一燃焼自己点火が起こる（ＡＩＨＣ，ｃｒｉｔ）状況が、以下の主要因子の（合計ではなく）重み付きアマルガメーション（weighted amalgamation）にほぼ基づいていることをほのめかしていることである。Ｔｍｉｘは、空気チャージ−燃料混合物の温度であり、Ａ／Ｆｒａｔは混合物の空燃比であり、Ｒｃｏｎｃは、空気チャージ−燃料混合物における選抜されたラジカル点火種の最初の複合濃度（すなわち、圧縮中に、ラジカル点火種が過早自己点火活動を開始する時点よりも前の複合濃度）であり、Ｄｍｉｘは、（全体的レベル／室レベルにおける）空気チャージ−燃料混合物の混合の程度であり、Ｒｒｅｓは、燃料が十分に混合された後に、反応性ラジカル点火種が該燃料一緒に滞留する時間である。また、Ｔｅｆｆは、与えられた燃料と主室の混合物のＡ／Ｆｒａｔのための「有効な」チャージ圧縮比に対応する温度である。燃料、Ａ／Ｆｒａｔおよびチャージの吸気条件などに依存して、Ｔｅｆｆは、順々に「有効な」チャージ圧縮比に基づいている。したがって、Ｔｅｆｆは、圧縮点火のみによる自己点火のための与えられた燃料およびＡ／Ｆｒａｔに必要とされる温度に対応している。Ａ／Ｆｒａｔが直線に近づけば、均一自己点火が確実に起こるのに必要なＴｅｆｆはより高くなる。この一般的な基準が、サイクルの間に（大抵は、ＴＤＣの後からそれほど遅くないときまでに）満足されない場合は、不着火が起こることになる。なお、この単純化された方程式では、他の多くの因子は無視されている。
【０１７０】
完全な予混合圧縮点火（つまり、前のサイクルからのあらゆるラジカル点火種を使用しない場合）では、自己点火に関する式は、単純にＡＩＨＣ，ｃｒｉｔ＝ａ＊Ｔｍｉｘ／Ｔｅｆｆである。与えられた空燃比、Ａ／Ｆｒａｔ、および燃料に関する用語を定義することによって、予混合圧縮点火の自己点火は、Ｔｍｉｘ／Ｔｅｆｆが１．０に達したときに起こる。したがって、この場合については、ＡＩＨＣ，ｃｒｉｔ＝ａになるときに、自己点火のための基準は満足される。
【０１７１】
＜完全ＨＣＲＩ機関の一般的な特性＞
ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加エンジンと完全ＨＣＲＩ機関との間の主要な違いは、ラジカル点火種の使用の範囲である。図１において説明し、かつ（図２Ａ−２Ｂ）ＨＣＲＩ機関２００によって実行されるようなラジカル点火に関する熱流体反応速度論的プロセスの一般化されたプロセスの実施形態は、先行する全ＨＣＲＩ実施形態とＲＩＳ増加の実施形態との両者を考慮して定義され、かつ記述されてきた。従って、この以前の議論が、完全ＨＣＲＩ事例に向かって傾いているとしても、完全ＨＣＲＩの場合に限定されない。また、その包括性のために、この以前の議論は、２つの完全ＨＣＲＩサブケース自体の特徴に限られた注意を払う。
【０１７２】
ＨＣＲＩプロセス１００の一般的な完全ＨＣＲＩ機関は、マニホールド式（またはキャブレター式）燃料挿入、直噴、またはその２つの組み合わせを採用できるが、燃料を直接噴射するだけの実施形態は、より優れた全体の効率を提供する。また、燃料直接噴射式の完全ＨＣＲＩサブケースのＨＣＲＩ内燃機関の実施形態は、事前に燃料を混合した完全ＨＣＲＩサブケースよりも若干優れたＳＯＣの制御を可能にできる。しかしながら、両者の完全ＨＣＲＩサブケースにおいて、ラジカル点火種の好適な最大量の使用は、自己点火の事前誘導および誘導の両者に採用される。従って、従来のＰＣＣＩのように、完全ＨＣＲＩプロセス実施形態における燃焼は、均一である。このことは、ＳＩ燃焼（その火炎の前部燃焼）およびＤＩＣＩ（予混合段階および乱流混合段階）の両者の間に生じる時間延長拡散反応プロセスに対して際立って対照的である（Internal Combustion Engine Fundamentals, 1988 [Heywood]）。
【０１７３】
一般的に、Ｒｒｃｓ値は２つの要素を介して最初に制御される：ラジカル点火種が反応型となる時間、および燃料挿入の時期：開始、および持続時間である。従って、この値は、次の２つの物事が起こるまでゼロのままである：（１）他の主室のガスと効率的に混合される燃料がいくらか挿入される、および（２）ラジカル点火種が意味のあるように反応性になる。さらに、完全ＨＣＲＩサブケース、ラジカル点火種の増加（ＲＣＯＮＣ）の両者は、その最大値（ＲＣＯＮＣ、ｍａｘ）になると理解される。
【０１７４】
反応式（６）により与えられる均一燃焼の一般的基準と比較して、ＤＩ完全ＨＣＲＩサブケース（本明細書において、ＨＣＲＩプロセス１００の「ＤＩ−ＨＣＲＩ」プロセス実施形態と称する）に関して、Ｔｍｉｘは、自己点火が確実になる前にＴｅｆｆに達する必要はない。与えられた燃料および空燃比Ａ／Ｆｒａｔに関して、ＴｍｉｘがＴｅｆｆよりも顕著に低い値に到達した場合／とき（自己点火自体は、Ｔｅｆｆよりも１００〜１５０℃低い標準温度で起こり始める）、自己点火基準でさえも満たされ得る。また、標準的に、燃焼が均一に適度に接近しているべきであるが、Ｄｍｉｘの値は、その最大値１．０である必要がない。
【０１７５】
完全ＨＣＲＩのＤＩ−ＨＣＲＩのサブケースに関して、動いている主室ガス中において様々なマスの位置で、ラジカル点火種の滞留時間は、燃料、酸素、およびラジカル点火種が最も低い乱流長スケールで混合された時に始まる。圧縮は、Ｔｍｉｘの上昇を引き起こす。燃料挿入の量は、エアチャージ−燃料混合物の燃料の比率が（従来の標準的なＰＣＣＩ機関およびＤＩ  ＣＩ機関と比べて）より低く維持できるような、与えられた機関速度および機関負荷に基づいて設定される。機関のＣＲは、Ｔｅｆｆ（ａ／Ｆｒａｔおよびチャージ混合物などの吸気ガスの状態に対応する）に達するために要求される機関のＣＲよりも低く設定される。初期のラジカル点火種の濃度ＲＣＯＮＣおよびラジカル点火種の滞留時間Ｒｒｅｓ（燃料挿入の時期により最初に制御される：開始、および持続時間）の全体の平均（広範囲の平均）は、点火が所望の時間に生じることを確実にするために、上述したような方法で温度の上昇（圧縮および自己点火化学反応による）、および混合率に合わせられる。
【０１７６】
ＤＩ−ＨＣＲＩサブケースに関して、我々は、与えられた空燃比Ａ／Ｆｒａｔおよび与えられた燃料に対する自己点火の基準は、
【０１７７】
【数１１】
2011122598.tif 000013
【０１７８】
となるように設定されるような上記因子を考えることができる。従って、この関数がａになるとき、ＤＩ−ＨＣＲＩの自己点火は起こる。半解析的な形式で、ＤＩ−ＨＣＲＩについて述べた場合、
【０１７９】
【数１２】
2011122598.tif 000014
【０１８０】
といえる。
【０１８１】
ここで、ａは、（従来のＰＣＣＩに対する「有効な」チャージＣＲに対応する）従来のＰＣＣＩの式における自己点火に不可欠な値である。理解する目的のために、３つの他の係数は、簡略化して一定と見なし得るが、現実には、それら（ｃ、ｄおよびｅ）は、Ｔｍｉｘ、ＲＣＯＮＣ、Ｄｍｉｘ、およびＲＲＣＳの非線形関数である。ＲＣＯＮＣ、ｍｉｘは、重要なラジカル点火種の初期濃度であり、かつ過早点火プロセスの間に変化しないことに留意すべきである。
【０１８２】
従って、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩプロセス実施形態において、機関の全作動有効期間の間、主室３４における燃焼制御は、手段の組み合わせによりラジカル点火種を通して正確に維持される。ＤＩ−ＨＣＲＩプロセス１００の、ＤＩ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態において、「効率的な」ＳＯＣを制御する主要な手段の２つは：（１）生じ、かつ次のサイクルに伝播したラジカル点火種の量の正確な制御（機関燃焼シリンダ毎の質量）および（２）これらのラジカル点火種が、点火の前に主室３４において燃料と一緒にいることができる滞留時間の長さ、である。
【０１８３】
予混合チャージの完全ＨＣＲＩサブケース（以下では、ＨＣＲＩプロセス１００の「ＰＣ−ＨＣＲＩ」と称する）では、注入された燃料の全てを、（従来のＨＣＣＩにおいて標準的である）一般的な吸気ガス流入デバイス５８の中に流入させることができるし、あるいはこのことと、主燃焼イベントの開始する前の一般的な時期において、主室３４の中に直接噴射することとを組み合わせることもできる。この燃料を予混合するサブケースの全ての範囲において、自己点火基準は、Ｄｍｉｘからは理想的に影響を受けない（どのような場合でも、一般的に、ＳＯＣの十分前から１．０というその最大値で一定である）。従って、ＨＣＲＩプロセス１００のＰＣ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態に関して、与えられた空燃比Ａ／Ｆｒａｔおよび与えられた燃料に対する自己点火の基準は：
【０１８４】
【数１３】
2011122598.tif 000015
【０１８５】
である。
【０１８６】
ここで、ａは、この場合も、従来のＰＣＣＩ自己点火に関する不可欠な値である。このプロセスにおいて、ラジカル点火種−燃料滞留（相互作用）時間（Ｒｒｅｓ）は、制御戦略の上で、利用可能な選択肢ではない。ＳＯＣの時期は、以前のサイクルにおいて発生し、かつ主室３４に運ばれたラジカル点火種の量の調節によって制御される。
【０１８７】
ＨＣＲＩプロセス１００の、これらの２つの完全ＨＣＲＩプロセスの実施形態に関する自己点火を要求する基準の上記の記述は、単純化されたものであることを強調する。それにも関わらず、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加ＤＩ  ＣＩの実施形態およびＲＩＳ増加ＰＣＣＩの実施形態と、ＨＣＲＩプロセス１００の、これらの完全ＨＣＲＩの実施形態との比較は、上述の記載により提供されることを理解することで、十分に満足されるといえる。
【０１８８】
以前の一般的な記載の適用可能な部分を前提として、図２Ａ−２Ｂ（ＨＣＲＩ機関２００に関する）、図４Ａ−４Ｄ（ＨＣＲＩ機関３００に関する）、図５Ａ−５Ｃ（ＨＣＲＩ機関４００に関する）、および図６Ａ−６Ｄ（ＨＣＲＩ機関５００に関する）に図解的に表された内燃機関の実施形態は、ＨＣＲＩプロセス１００の実施形態ＤＩ−ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩプロセス実施形態を使用でき、かつ使用可能にできる機関構造の全ての例である。一般的な手段は、完全ＨＣＲＩプロセスの実施形態として全てのこれらの内燃機関の実施形態（３００、４００、および５００）を作動させるために存在する。この一般的な手段は、以前に詳細に提供されかつこれらの２つの完全ＨＣＲＩプロセスの実施形態の一般的な差異に適用された、典型的な内燃機関の実施形態（ＨＣＲＩ機関２００）における一般的な熱流体反応速度論的プロセスの発明（ＨＣＲＩプロセス１００）の一般化されたプロセスの実施形態の作動である。表現の簡潔さおよび明りょうさの、両者の利益のために、３つの内燃機関の実施形態の例（ＨＣＲＩ機関３００、ＨＣＲＩ機関４００、およびＨＣＲＩ機関５００）における作動のいくつかの共通機能の記載は、省略されており、図１に表されたＨＣＲＩプロセス１００を表す作動のこれらの特徴の記載、およびＨＣＲＩ機関２００における作動の詳細な記載は、省略された作動の共通の機能の記載の適切な記載を提供するために依拠している。特に、ＨＣＲＩプロセス１００の詳細な記載の要旨は、完全ＨＣＲＩに適用される。そして、その記載が適用された場合は、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態の両者を完全に説明する。
【０１８９】
さらに、一般的な記載を明確にするために、機関電子制御システム３０の目的は、ＨＣＲＩプロセス１００のＤＩ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態、またはＨＣＲＩプロセス１００のＰＣ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態として、ＨＣＲＩ機関２００、およびその３つの例であるＨＣＲＩ内燃機関の実施形態（３００，４００，５００）を作動させることを考慮しなければならない。機関電子制御システム３０は、主室３４に挿入される燃料の全体量および時期、ならびに小室３２内への制御された挿入の時期および量を確実にしなければならない。ラジカル点火種の生成増加制御デバイス５４、６４、および７０（これらの何れかまたは全てが採用された場合）の全ての使用は、これらの２つの完全ＨＣＲＩ実施形態に適している機関の作動条件と規格とを全て満足する。ＤＩ−ＨＣＲＩプロセス実施形態およびＰＣ−ＨＣＲＩプロセス実施形態の両者に関して、点火を補助するために生成され、持越され、再利用され、および移送されるラジカル点火種の全体量は、自己点火イベントを完全に支配するために必要な量である。このため、（従来の点火モードと比較すると）燃料の点火のために要求される熱、および要求される酸素濃度に対する燃料濃度の減少がもたられる。また、これらの制御デバイスは、機関の動力の出力が作動上の負荷および速度に関する必要な条件に応じることができかつ所望の時間における自己点火を確実にするように、作動されることができる。
【０１９０】
ＨＣＲＩプロセス１００は、「二者択一」技術ではない。完全ＨＣＲＩ内燃機関の実施形態（ＤＩ−ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩを用いる実施形態）において、ＲＩは、ＨＣＲＩプロセス１００の特徴的な「完全ＨＣＲＩ」プロセスの利点を最適に使用するために包括的に用いられる。しかしながら、ＨＣＲＩプロセス１００は、他の従来技術を増加および促進するためにも使用できる。従って、このセクションの残りの部分には、ＨＣＲＩ技術の４つの主要なＲＩＳ増加装置の用途の詳細を記載する。これらは、図１に表現されたようなＨＣＲＩプロセス１００の付加的なプロセス実施形態として存在し、かつ図２Ａ−Ｂに表されたＨＣＲＩ機関２００の置換の実施形態として一般的に記載される。これらの実施形態のうち２つは、ＣＩを介する点火を含んでおり、残りの２つはＳＩを介する点火を含んでいる。またこれらの実施形態のうち２つは、予混合チャージを含んでおり、残りの２つは燃料のＤＩを含んでいる。
【０１９１】
＜ＲＩＳ増加ＰＣＣＩ実施形態の一般的な特性＞
従来のＰＣＣＩ（ＨＣＣＩおよびＳＣＣＩ）と関連する共通の不利なことは、ＣＩを介した均一燃焼を機関の全作動有効期間に拡張することが困難なことである。また、ＰＣＣＩが効率的に利用される機関作動有効期間内においては、ＳＯＣの制御と関連する問題点が存在する。後者を解決するためには、多重センサー、論理および燃焼履歴の支援管理に向けられた大規模センサーを使用する大規模な制御が通常必須である。
【０１９２】
従来のＰＣＣＩは、均一燃焼のための自己点火の制御に利用可能ないくつかの主因子のうち２つだけに主に依存する。これらの因子の１つは、燃料および空気が最も低い乱流長スケールで完全に混合される要件である。定義上、ＰＣＣＩにおいて、このことは、ＳＯＣの時点よりかなり前に燃料と空気チャージとを予混合することにより簡単に達せられる。第２の因子は、熱（または「有効な」チャージＣＲ）要件である。自己点火が特定の時間に起こるためには、（その時点の）混合物によって、機関燃焼シリンダの開始チャージ状態に適用可能な正確な「有効な」チャージＣＲがもたらされなければならない。効率的なチャージＣＲが「機関の機械的圧縮率」と同じになる場合、それから燃焼が所望の時間に起こる。
【０１９３】
以前に議論されたように、一般的なＰＣＣＩ自己点火は、完全ＨＣＲＩと関与する「より低い」温度より、実質的により高い温度（しかしながら「低い」温度と称する）において、燃料酸化連鎖開始反応から開始する「低い」温度のＣＩ反応速度サブメカニズムに依存する（SAE Paper No. 2007-01 -0047[Blank]、SAE Paper No. 2007-01-0135[Blank]、およびSAE Paper No. 2007-01-0623 [Blank]）。
【０１９４】
ＰＣＣＩによる燃料の燃焼は、ラジカル点火種の使用をも包含する。しかしながら、本来、これらの燃料−酸化連鎖開始反応の開始の後にのみ（より高い「低い」温度で）、ラジカル点火種の濃度は、増加し始める。ＰＣＣＩでは程なくして、より高い温度においてラジカル点火種は自身を犠牲にして、多量のラジカルＯＨ−を産生し始める。
【０１９５】
このことは、完全ＨＣＲＩの点火プロセスに採用されている点火に関する、一般的な「低」温で「ＯＨ−ＲＩ種」によって引き起こされる燃料分解のサブメカニズムとは対照的である（つまり、完全ＨＣＲＩの点火プロセスでは、前のサイクルにおいて生成したラジカル点火種の繰越、再利用および移送のために、ＲＩ種は既にチャージに比較的多量に存在する）。従って、ＰＣＣＩと関連するより高い「低い」温度（またはより高い「有効な」チャージのＣＲ）は、これらの種の産生に必要でない。完全ＨＣＲＩ内燃機関（ＤＩ−ＨＣＲＩおよびＰＣ−ＨＣＲＩ）における過早点火および点火プロセス（与えられた燃料を用いた）は、「より低い」温度よりも低い温度および「より低い」温度のそれぞれで図１の６の１３０および７の１３５イベントに与えられたサブメカニズムにより支配される。これらのより低い温度では、過早点火の間、ＨＯ２−は、優位な連鎖開始反応式（１）に使用される。また、供給されるＯＨ−は、連鎖開始反応式（２）を介して、持越分および過早点火によって生成されたＨ２Ｏ２の供給分から生成される。この反応（反応式（２））は、発熱性が高く、かつ最終的にはラジカル点火種が誘導する自己点火（ＲＩ）を引き起こす優位な反応となる。ＯＨ−は、優位な連鎖反応式（３）における過早点火および自己点火の間に主に用いられる。
【０１９６】
比較的より低い温度で開始するにも関わらず、完全ＨＣＲＩのためのこの一般的なＲＩ連鎖開始反応プロセス、および連鎖分岐反応プロセスは、より高い「低い」温度で開始される、ＰＣＣＩの一般的な直接−Ｏ２燃料の酸化によって引き起こされる、連鎖開始反応プロセス（および連鎖分岐反応プロセス）よりも顕著に速い。加えて、ＲＩＳ増加ＰＣＣＩプロセスの実施形態（以下では、ＨＣＲＩプロセス１００の「ＲＩＳ−ＰＣＣＩ」プロセスの実施形態と称する）を可能にするために２つの化学反応が加えられると、「従来の」ＰＣＣＩと関連する多くの問題は打開される。
【０１９７】
増加の程度に依存して、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態（完全ＨＣＲＩとして）では、ＯＨ−は、ＲＩＳ−ＰＣＣＩの自己点火よりも十分前に、（ＨＣＲＩプロセス１００により持越され、再利用され、および移送される）予め供給されたＨ２Ｏ２から主室３４において高発熱反応式（２）により生成される。メカニズムはさらに複雑であるが、他のラジカル点火種は、（従来のＰＣＣＩよりも）この非常に早いＯＨ−の生成を加速させることに大いに役立つ。また、この過早点火プロセスの大部分の間において、全てのラジカル点火種の濃度は、一般的に増加する。発熱反応式（２）により提供される内部エネルギーに加えて、上記ＯＨ−ラジカルは、それから、多様なＲｉ−ラジカルが使用されることによって、活性化された、一般的なサブメカニズムおよび連鎖分岐反応式（３）を介して、付加的な内部エネルギーを生成するために使用される。従って、ＲＩＳ増加ＰＣＣＩにおける完全ＨＣＲＩでは、Ｒｉ−ラジカルは、早期の自己点火活性の間に作り出される（しかしラジカル点火種の程度に依存するが、量は少ない）。
【０１９８】
ＰＣ−ＨＣＲＩプロセス実施形態と区別されるＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセス実施形態の主な特徴は、ラジカル点火種が、完全ＲＩを引き起こすのに十分な量（Ｒｃｏｎｃ）で主室３４に初期に存在しないことである。それにもかかわらず、ラジカル点火種自身の増加速度を速めるような、ラジカル点火種は初期に十分存在する。そして、ラジカル点火種自身の増加速度が速まった後、（主により高い「低い」温度での燃料酸化反応を含んでいる）従来のサブメカニズムに取って代わることができるような、主室の温度を新しいＲＩＳ−ＰＣＣＩのＴｅｆｆ値に十分上昇させるか、該Ｔｅｆｆ値に近い値まで十分上昇させる発熱反応サブメカニズムがもたらされる。従って、最終的な自己点火の基準は、ＲＩとＰＣＣＩとの組み合わせにより設定される。
【０１９９】
与えられた空燃比Ａ／Ｆｒａｔおよび燃料の型に関して、必須の基準は、以下の場合にＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセス実施形態を満たす：
【０２００】
【数１４】
2011122598.tif 000016
【０２０１】
ここで、（以前の場合のように）ａは、「有効な」チャージＣＲ（従って、与えられた燃料およびＡ／Ｆｒａｔに対する「有効な」チャージＣＲに影響する全ての要素の機能）に相当する不可欠な値である。従って、ここでａは、この場合も、従来のＰＣＣＩ自己点火のために必要な値である。一方、３つの重み関数は、この場合も、簡略化して、一定として見なされてよく、重み要因ａ、ｃ、およびｅ（Ｔｅｆｆも同様）は、実際にはＴｍｉｘおよびＲＣＯＮＣの非線形関数である。完全ＨＣＲＩと同様に、Ｔｍｉｘにおけるチャージは、圧縮単独によってはもたらされないが、圧縮および（他の種と同様に）ラジカル点火種の存在により開始される過早点火活性の組み合わせによりもたらされる。ＰＣ−ＨＣＲＩプロセス実施形態と、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセス実施形態との間の唯一の相違は、ラジカル点火種増加の程度である。上記ＲＣＯＮＣの値は、上記ＲＣＯＮＣ，ｍａｘ値よりも小さい。
【０２０２】
ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスにおける自己点火の時期の制御の向上は、以下のようにして得られる。第一に、Ａ／Ｆｒａｔは、従来のＰＣＣＬよりもより低くなるように保たれている。このため、Ｔｅｆｆの値は上昇する（一般的にＴｅｆｆがより低い条件下において、従来のＰＣＣＩに必要な値よりも高い値になる）。確実な自己点火の基準は、どのような場合においてもＴｍｉｘの影響を受けないが、Ｔｍｉｘ、ＲＣＯＮＣ、およびＲｒｅｓの値により変化させられる。事前の燃焼の間におけるラジカル点火種の存在は、「より低い」温度のサブメカニズムを介してＴｍｉｘ自体の上昇に影響を与える。従って、増加の程度に依存して、ある程度の割合の、事前の自己点火反応速度論的プロセスは、（従来のＰＣＣＩと一般的に関係する）より高い「低い」温度の燃料酸化サブメカニズムを介するものであり得るが、上記反応速度論的プロセスの残りは、ＰＣ−ＨＣＲＩプロセス実施形態と関連した同じサブメカニズムを介した、前の過早点火および点火プロセスに起因している。そして、そのことは、ＲＩＳ−ＰＣＣＩ機関における自己点火の時期の制御を向上することができる、これら２つのサブメカニズムの一連の使用である（つまり追加の化学反応が、ラジカル点火種の初期の存在によって可能になった）。
【０２０３】
代替的に、あまり好ましくはないが、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスは、Ａ／Ｆｒａｔをより低くするよりも機関のＣＲを低下させることよって制御されることができる。この場合、Ｔｅｆｆ値は上昇しない。明らかに、低いＣＲのために、燃焼自体は、Ｔｅｆｆにチャージをもたらすことができない。それにもかかわらず、ラジカル点火種の活性は、従来のＰＣＣＩのＴｅｆｆ値までＴｍｉｘ値をもたらすことを要求される付加的な内部エネルギーを提供することによって、自己点火プロセスを補助することに、この場合も、役立つ。明らかに、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの制御の第三の選択肢は、ＣＲを低下すること（しかし多くはない）、および混合物をより少なくとること（しかし少ないわけではない）である。
【０２０４】
網羅性のために、ラジカル点火種の増加が存在する程度に言及するべきであり、自己点火が起こる実際の温度において、いくつかの比例する小滴がいつも存在する（自己点火のために従来のＰＣＣＩ機関と同等に要求されるＴｅｆｆよりも低い上記値）。このことは、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態において、ラジカル点火種の過早点火化学反応の効果は、（ＰＣＣＩの場合のように）排ガスの再利用によって主なチャージに内部エネルギーの付加することと同じではなくそれ以上である。この過早点火化学反応によって、自己点火に必要な多くの主要な種の前駆体が生まれることになる。多くのこれらの種の前駆体は、最終的に自己点火に必要とされる。これらの種は、従来のＰＣＣＩのより高い「低い」温度の燃料酸化サブメカニズム、ならびにＨＣＲＩプロセス１００の「より低い」温度ののＯＨ−ＲＩ種によって引き起こされる燃料分解連鎖開始サブメカニズムおよび連鎖分岐サブメカニズムの両者に使用される／必要とされる。「低」温において、ＨＣＲＩプロセス１００のＰＣ−ＨＣＲＩプロセスの実施形態と関係する、同じサブメカニズムのいくつかを完了した後（その結果、内部エネルギーが生成された後）、ＲＩＳ−ＰＣＣＩにおいて、従来のＰＣＣＩよりも多くの重要なラジカル点火種および多くのＯＨ−の両者も実際に存在する。従来のＰＣＣＩの作動では、これらのラジカル点火種およびＯＨ−は、これらの「より低い」温においてそのような意味のある量で存在することができないが、チャージが到達するＴｅｆｆの近くになるときに主に生成される。従って、これらのラジカル点火種の開始時点の存在は、一般的であるが、非常に複雑なハイブリッドサブメカニズムをもたらす。
【０２０５】
＜ＲＩＳ増加ＤＩ  ＣＩ実施形態の一般的な特性＞
従来のＣＩＤＩ機関（すなわちディーゼル機関）を強化するように、ＨＣＲＩプロセス１００は、自己点火を可能にすることができ、かつ燃料の比率が低下している条件を除いて、従来のディーゼルのＣＲにおいて、後続の燃焼をより完全にすることができる。その結果得られる新規の技術であるＲＩＳ−増加ＤＩ  ＣＩの実施形態（以下では、ＨＣＲＩプロセス１００の「ＲＩＳ−ＤＩ  ＣＩ」プロセス実施形態と称する）は、ＥＧＲを備えた、または備えていない従来のＤＩディーゼル機関よりも有利な点を有する。
【０２０６】
（ＥＧＲを備えた、または備えない）従来のＤＩ  ＣＩ機関において、自己点火および燃料のその後の燃焼は、２つの段階で起きる（予混合段階および混合制御段階）。両方の段階において、上記プロセスの反応は、高温酸化および／または分解サブメカニズムを介して起こる。予混合段階において、自己点火および予混合燃焼は、反応速度論によりさらに制御される。チャージは、燃料の挿入に先立つ（しかし、通常、使用された場合冷却されるＥＧＲの熱部材を大抵利用しない）圧縮により、通常、（従来のＰＣＣＩの場合に相当する）Ｔｅｆｆの値よりも上の温度を提供する。以後、混合制御段階の間における残存燃料の燃焼は、チャージの高温での乱流混合レベルにより、さらに制御される。従って、拡散は、両者の段階において重要な役割を果たしている。残念なことに、この一連の燃焼手順は、一酸化窒素の形成を最大化する働きもする。プロセスが継続し、酸素が局所的に（拡散および乱流混合が存続できない程度に）失われたときに、巨大分子から成る燃料が、酸素が存在しない高温帯に達する場合、該燃料は熱分解されて煤が生成する可能性がある。
【０２０７】
その代わり、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＤＩＣＩプロセスの実施形態において、ラジカル点火種は、酸素気流と予混合され、この気流内において「燃焼促進剤」として機能し、これにより第１段階における拡散燃焼および普通は（しかし、必ずしもいつもというわけではない）第２段階における拡散燃焼が、両者共に（化学量論の条件下というよりはむしろ）燃料の比率が低い条件下において生じることができる。従って、上記機関は、より高いＡ／Ｆｒａｔ’ｓで作動できる（および通常は作動する）。混合物に対する燃料の比率が低下すれば、火炎の温度のピークは低下し、ＮＯｘの全産生の減少に役立つ。
【０２０８】
標準的な従来のＤＩ  ＣＩ  ＣＲよりも僅かに低い、または適度に低いＣＲが使用される場合、ＲＩＳ−ＤＩ  ＣＩプロセスの実施形態に関する自己点火の基準は、ＳＯＩ後の時間に空燃比（ａ／Ｆｒａｔ）が増加することを除き、全ＤＩ  ＨＣＲＩに関する基準ほとんど一致する。従って、最も一般的な基準に換えて適用される。すなわち：
【０２０９】
【数１５】
2011122598.tif 000017
【０２１０】
この場合（標準的な従来のＤＩ  ＣＩ  ＣＲよりも僅かに低い、または適度に低いＣＲが使用される場合）、該ＣＲに依存して、燃料の挿入を早めることができるし、そこで自己点火が起こる前に、燃料をより混合することができる。燃料挿入は、ＥＯＩがＳＯＣ後にしばしば起こるように、継続することができる（一般的に継続される）。自己点火自体の間において、主室３４に挿入されかつ主室３４を横断している小滴の組を取り囲んでいる外皮に火炎が定着するにつれて、ラジカル点火種は、これらの前面に代わる拡散燃焼プロセスを補助する。酸素の全てが、第１段階の間に消費されないように、普通は、ラジカル点火種の全てもこの第１段階の間に消費されない。また、自己点火に先行して、ラジカル点火種と酸素とがお互いによく混合されているため、残っているラジカル点火種は、未使用の酸素流と共に作用し続ける。このため、これらの残存するラジカル点火種は、次のサイクルにおける混合制御段階を支援することに利用することができる。従って、混合制御段階の拡散において、燃焼は、（従来の）ＤＩ  ＣＩ機関の空燃比の条件よりも僅かに低い条件下で起こることができるし、一般的に起こる。
【０２１１】
しかしながら、標準的なＤＩ  ＣＩのＣＲが用いられ、ＴｍｉｘがＴｅｆｆに達した（または、ほとんど達した）後にＳＯＩ（注入の開始）が起こるとき、自己点火におけるラジカル点火種の役割は異なる。この場合、それらは自己点火の時期に対する効果をほとんど有しない（そのかわりに挿入の時期を設定される）。そのかわり、ラジカル点火種は、挿入された小滴の組の周辺により安定な火炎外皮を形成することによって、自己点火をより迅速にするのに役立つ。ラジカル点火種は、（「従来の」ＤＩ  ＣＩ機関より燃料の比率が低い（leaner））サイクルの燃焼段階の両方において、実質的に燃料の比率がより低い条件下で起こる拡散燃焼プロセスを支援する。
【０２１２】
より低いＣＲが用いられるかどうかに関わらず、予混合段階および混合制御段階において、反応式（２）および反応式（３）で与えられる反応は主要な役割を果たしている。ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態のように、従来のＤＩＣＩの燃焼段階の両方と通常は関連したより高い温度の燃料拡散および酸化サブメカニズムは、適宜修飾される。様々な燃料で修飾されたサブメカニズムの一般化は、従来のＤＩ  ＣＩの過早点火、点火および燃焼に関係した一般的なサブメカニズムと、全ＤＩＨＣＲＩ過早点火および全ＤＩＨＣＲＩ自己点火に関係したサブメカニズムとの準混合物の複合体である。修飾の程度は、ラジカル点火種の増加の程度と比較される。
【０２１３】
また、膨張（power expansion）の間に、高速のラジカル点火種を多く抱えたジェットが小室から放出される。特に、これらのジェットは付加的なラジカル点火種および酸素を移送する。それらは、比較的高い乱流レベルを生成するためにも役立つ。従って、（事前のサイクルからの）元の主室のＲＩ点火種の存在は、燃焼プロセスの効率を上げることによって、煤形成の大部分を無効にすることに既に役立てられているが、適切に向けられると、これらのジェットは、不注意に形成し得る煤の任意のひとまとまりをさらに撤去するためにも役立つ。
【０２１４】
最終的に、従来のＤＩ  ＣＩ点火モードは、圧縮空気チャージを横切るように火炎を移動させる噴霧の勢いに依存しなければならないことに注意するべきである。このことは、予混合段階の燃焼が注入流量に対応することができるように、ＤＩ  ＣＩのための燃料が比較的高いセタン価（すなわち、それら自動点火は比較的早い）を有することを要求する。そうでなければ（より低いセタン価を備えていれば）、過剰の騒音およびある作動条件下でのノッキングが起こり得る。しかしながら、（参照のために示したSAE Transaction Paper No. 2004-01-1677 [Blank]、およびSAE Paper No. 2004-01-1847 [Blank]に示したように）十分な量のラジカル点火種の存在は、セタン促進剤として機能する。
【０２１５】
＜ＲＩＳ増加ＰＣＳＩ実施形態の一般的特性＞
従来のＰＣＳＩ（ＨＣＳＩ）の使用と関連する共通の問題は、ＰＣＳＩ作動有効期間の限定における困難性であり、すなわち高負荷でノッキングし、および低負荷で抑圧することである。一方、完全ＨＣＲＩ機関の点火の反応速度論と従来のＰＣＳＩ機関の点火の比較は、従来のＰＣＣＩ機関の点火との比較よりも難しい一方、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態に関する上記議論のいくつかを、ＲＩＳ増加ＰＣＳＩに拡張することができる。
【０２１６】
従来のＰＣＣＩおよびＲＩＳ−ＰＣＣＩと同様に、従来のＰＣＳＩもＲＩＳ増加ＰＣＳＩ（以下では、ＨＣＲＩプロセス１００「ＲＩＳ−ＰＣＳＩ」と称する）も拡散火炎燃焼を含まない。同様に、従来のＤＩ  ＣＩに代えて、従来のＰＣＳＩにおける火炎前面内の燃焼は、従来のＰＣＣＩの「低い」温度および完全ＨＣＲＩの「より低い」温度と比べて、「より高い」温度で生じる。しかし、従来のＰＣＳＩおよびＲＩＳ増加ＰＣＳＩの両者に関して、ＳＯＣは火花に起因するため、自己点火の基準を比較することはできない。また、ＰＣＳＩは、燃焼を伝播するために火炎前面を主に含み、かつ反応速度論または乱流混合のどちらか一方に大きく依存しない。
【０２１７】
燃料に依存して、従来のＰＣＳＩは、より高い温度の燃料分離（熱および／または第三体を介する）および燃料酸化反応速度論サブメカニズムを使用する。それでも、ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態におけるラジカル点火種の存在の効果は、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態におけるラジカル点火種の効果と類似している。ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態において、点火サブメカニズムは、この場合でも、セミ−シークエンスハイブリッドサブメカニズムである。しかし、点火サブメカニズムは、ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態において、ハイブリッド点火サブメカニズムよりも一般的に少し早く起こる。
【０２１８】
ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態においてラジカル点火種の効果を視覚化するために単純化した方法は、これらのラジカル点火種を２つの事の増加に関与するものとして見ることである。第一に、それらは燃料の点火性を増加する。第二に、それらの存在は、火炎前面内の混合気の燃焼率を増加する。また、燃料、ＣＲおよび空燃比に依存して、火炎前面の外部の第三の効果が存在できる。
【０２１９】
反応式（２）および反応式（３）の両者は、完全ＨＣＲＩの「より低い」温度および従来のＳＩの「より高い」温度を含む温度範囲で起こる。従って、火炎前面の内側では、反応式（２）および反応式（３）は、普通の高い温度の酸化反応または／および従来のＰＣＳＩの燃料分離メカニズムの組み合わせにおいて主要な役割を果たしている。火炎前面において、一度より高い温度に最終的に到達すれば、これらの２つの反応は、どんな場合であろうと従来のＰＣＳＩ高温酸化反応メカニズムとなる。従って、従来のＰＣＳＩの場合の高温メカニズムにおいて、ラジカル点火種は、どんな場合であろうとも主要な役割を果たしている。しかし、従来のＰＣＳＩでは、これらのラジカル点火種は、酸化を介して引き起こされる連鎖開始メカニズムによりより高い温度で生成した後に、重要な役割を果たすことができるだけである。
【０２２０】
ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態において、これらの選択されたラジカル点火種は、既に存在し、反応式（１）−（３）（およびより小さな分子燃料およびより大きな分子燃料の両者に関するＲＩに特有であるその他のより複雑なサブメカニズム）により「仕事に取り掛かる」ことができる。しかし、（完全ＨＣＲＩの場合よりも）温度が一層早く高くなるので、それらの従来のＰＣＳＩと同種のメカニズムは、直ぐに取って代わられる。
【０２２１】
ラジカル点火種が既に存在するために、火炎前面内の燃焼は全体で速くなる。火炎前面の速度は、チャージのラジカル点火種存在の程度、および燃料の比率の低下および程度に依存して変化する。従って、この全部の新規の火炎前面ＲＩＳ−ＰＣＳＩメカニズムは、（完全ＨＣＲＩおよび従来のＰＣＳＩメカニズムの）セミ−シークエンスハイブリッドであるが、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＣＩの実施形態に関するハイブリッドよりも高速であり、かつより同時に起こるハイブリッド（完全に同時でないが）である。
【０２２２】
燃料の点火性が増加するために、全機関作動有効期間で採用された空燃比（ａ／Ｆｒａｔ）は、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態によって、作動における燃料に対する比率を均一に低下させることができる。さらに、多様な負荷での燃料の点火性は、ＲＣＯＮＣ（主室チャージにおけるラジカル点火種の濃度）により、ある程度正確に制御される。高負荷においては、多くの燃焼が添加される場合、より少ないラジカル点火種が要求される。燃料に対するラジカル点火種の比率は、従って、ノッキングが普通に起こることができないことを保証するために制御される。低い負荷において、絞り弁が不発を防止することを普通に要求される場合、より多くのラジカル点火種がチャージの点火性を増加する代わりに添加される。従って、絞り弁がなくとも、不発は、ラジカル点火種の存在により比較的低い可能性で起こる。また、燃料および空気の両者に対するラジカル点火種の比率は、火炎前面の伝播速度の制御を得るために使用できる。
【０２２３】
最後に、火炎前面ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセス実施形態内で作動している反応速度論サブメカニズムのハイブリッドは、燃料の比率がより低い条件下においてより速い燃焼を可能にする。従って、（燃焼帯内での）局所的な拡大は、高速であり得るけれども、燃焼帯（燃料の一部に依存している改良の程度）から時期早々に反応粒子が放出されるための機会は一般的に少ない。しかしながら、環境中においてそれ自体が発見され放出される反応粒子は、従来のＰＣＳＩ機関において普通に発見されるものと顕著に異なる。ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセス実施形態を用いる機関実施形態において、これらの粒子は、火炎前面の外側の、（従来のＰＣＤＴの、化学量論的燃焼によって引き起こされる条件と比較して）比較的空気の濃い主室チャージに放出される。燃料および機関の作動条件に依存して、いくつかの場合では、放出された不完全な燃焼産物のいくつかは、燃え続けることができる。
【０２２４】
＜ＲＩＳ増加ＤＩＳＩ実施形態の一般的な特性＞
過剰な力でピストンを打つシリンダ圧の突然の上昇に起因する圧縮の過剰な熱が観察されると、制御可能な燃焼に代わって、ガソリンは、普通は爆発する。このことは、高いオクタン価および低いセタン価の油性燃料についても当てはめることができる。従って、遅い制御された燃焼は、ガソリンおよび同様の燃焼特性を有する他の燃料に必須であるため、層をなすチャージによる制御を保証する最近の従来のＧＤＩ（「ガソリン直噴」）方法が発見されるまで、そのような燃料によるＤＩは実現可能ではなかった。
【０２２５】
ガソリンを用いる最近の先行技術ＤＩ  ＳＣＳＩ（「ＧＤＩ」）は、主室チャージにおいて積層された燃料の拡散を使用するものである。上記チャージは、着火栓の近くにおいて濃くなっており、着火栓からの離れると、次第に薄くなっている。これによれば、極端に燃料が少ない条件において絞り弁を使用することのない、ガソリンを用いた、より負荷の小さいＳＣＳＩが実現されることがわかった。着火栓は点火を開始するが、注入の範囲内での注入時期および注入率の両者の変化は、層化の制御を維持するために使用される。しかしながら、この先行技術の発展は、負荷が高い条件にまで及ぶことができない。
【０２２６】
ＨＣＲＩプロセスのＲＩＳ増加ＤＩ  ＳＩの実施形態（以下では、ＨＣＲＩプロセス１００の「ＲＩＳ−ＤＩ  ＳＩ」プロセスの実施形態と称する）において、ＤＩ  ＳＣＲＩと関連する２つの主要な問題は、いくつかのステップによって克服される。まず初めに、チャージにラジカル点火種が均一に予め配置されることによって、上記の燃料の拡散が、低負荷で顕著に低くされる。ラジカル点火種ということから、この拡散は層を成す必要がない。次に、ＲＩＳ−ＤＩＳＩ機関が全機関作動有効期間にわたって機能することができるように、チャージの平均燃料の比率の低下量（averge fuel leanness）、および空気チャージ中のラジカル点火種の初期濃度（ＲＣＯＮＣ）がそれぞれ調整される（反対方向にほぼ比例するように調整される）。このことが上手くいく理由は、ラジカル点火種の存在下において、ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態が、以下の（１）〜（４）をどのようにして同時に達成するかについて、上に記された説明と同じ説明から理解される。（１）燃料の点火性を増加する、（２）火炎前面内の燃料−空気混合物の燃焼率を増加する、（３）火炎前面の速度の制御をある程度助ける、および（４）火炎前面の外部における付加的な燃焼をしばしば可能にする。
【０２２７】
加えて、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＤＩＳＩプロセス実施形態は、同様の特徴を有するガソリンおよび燃料を使用して作動するとき、（産生されるとしても）煤を普通はあまり産生しない。この理由は、ＲＩＳ−ＤＩＣＩの実施形態が次の（１）〜（３）をどのように達成するかについて上に記載された理由と同じ理由から理解される。（１）燃料の比率がより低い条件下での作動を可能にし、このため空気の濃い燃焼をすることを可能にする（煤生成の減少）、（２）主燃焼室に戦略的に向けられた高速のラジカル点火種−酸素含有高乱流ジェットによって、不意に生成される煤を撤去する（３）「セタン促進剤」として機能するラジカル点火種を産生および分配する。
【０２２８】
以前の一般的な記載の適用部分を前提として、図２Ａ−２Ｂ（ＨＣＲＩ機関２００に関して）、図４Ａ−４Ｄ（ＨＣＲＩ機関３００に関して）、図５Ａ−５Ｃ（ＨＣＲＩ機関４００に関して）、および６Ａ−６Ｄ（ＨＣＲＩ機関５００に関して）に図解的に表された内燃機関実施形態は、上述のＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加プロセス実施形態の４つ全ての使用および機能の有効性を可能にすることができる機関構成の全ての例である（ＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセス実施形態、ＲＩＳ−ＤＩＣＩプロセス実施形態、ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセス実施形態、およびＲＩＳ−ＤＩＳＩプロセス実施形態）。任意のＨＣＲＩプロセス１００の４つのＲＩＳ増加プロセスの実施形態として、ＨＣＲＩ機関２００（３００、４００、および５００）の全てのこれらの３つの内燃機関の実施形態の作動に一般的な手段が存在する。該一般的な手段は、以下の典型的な内燃機関の実施形態（ＨＣＲＩ機関２００）における、一般的な熱流体反応速度論的プロセスの発明（ＨＣＲＩプロセス１００）の一般化されたプロセスの実施形態の作動である。すなわち、以前に詳細に記載されており、上記のＲＩＳ−ＰＣＣＩプロセスの実施形態、ＲＩＳ−ＤＩＣＩプロセスの実施形態、ＲＩＳ−ＰＣＳＩプロセスの実施形態、ＲＩＳ−ＤＩＣＩプロセスの実施形態、ＲＩＳ−ＰＣＳＩの実施形態、およびＲＩＳ−ＤＩＣＩプロセスの実施形態の、一般的な特性に適用される、典型的な内燃機関の実施形態（ＨＣＲＩ機関２００）。表現の簡潔さおよび明りょうさの両方に関係して、３つの内燃機関の実施形態（ＨＣＲＩ機関３００、ＨＣＲＩ機関４００、およびＨＣＲＩ機関５００）においていくつかの共通する作動の特徴の記載は、省略されている。しかし、図１に表されるＨＣＲＩプロセス１００に関する作動の特徴の記載およびＨＣＲＩ機関２００における作動の記載の詳細は、これらの４つのＲＩＳ増加プロセスの実施形態について、省略された作動の共通の特性の十分な記載を提供するために依拠される。特に、ＨＣＲＩプロセス１００の詳細な記述の要旨は、ＲＩＳ−増加ＰＣＣＩ、ＤＩ  ＣＩ、ＰＣＳＩ、およびＤＩ  ＳＩの場合に適用され、ならびに与えられたように、その記載は、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＣＩ、ＲＩＳ−ＰＣＳＩ、およびＲＩＳ−ＤＩＳＩプロセス実施形態を完全に説明する。
【０２２９】
さらに、一般的な記載を明確にするために、機関電子制御システム３０の目標は、ＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ−ＰＣＣＩ、ＲＩＳ−ＤＩＣＩおよびＲＩＳ−ＤＩＳＩのプロセスの実施形態による、ＨＣＲＩ機関２００、およびその３つのＨＣＲＩ機関の実施形態（３００、４００、５００）の作動を考慮しなければならない。また、上記機関電子制御システム３０は、主室３４に挿入される燃料の総量および時期、ならびに小室３２に挿入される制御燃料の時期および量を確実にしなければならず、ラジカル点火種生成増加−制御デバイス５４、６４および７０（これらの何れかまたは全てが採用された場合）の全ての使用は、上記実施形態に適するような機関作動条件と規格とを全て満足する。これらの実施形態の全てでは、より後のサイクルにおける点火を支援するために、生成され、持越され、再利用され、移送されたラジカル点火種の総量は、上記より後のサイクルにおける点火イベントにおいて、（優位にはならないが）求められるように支援するのに必要な量でなければならない。その結果、（従来の点火モードと比べて）燃料に点火するために要求される酸素濃度に対する燃料濃度、および要求される熱を低下することができる。また、これらの制御デバイスは、機関の動力の出力が作動上の負荷および速度に関する必要な条件に応じつことを確実にするように作動されることができる。２つのＣＩ  ＲＩＳ増加改変型では、これらの制御デバイスは、正確な時期での点火も確実にしなければならない。
【０２３０】
４つのＨＣＲＩプロセス１００のＲＩＳ増加に関する上記の議論より、ＨＣＲＩプロセス１００のこれらの増加の実施形態の点火メカニズムが、どのように、完全ＨＣＲＩのサブメカニズムを複合しているか、および増加される従来の技術のサブメカニズムを複合しているかが、今明らかになったはずである。予混合ＣＩ増加の改変型（ＲＩＳ−ＰＣＣＩ）において、燃焼は均一であり、ＤＩ燃料増加（ＲＩＳ−ＤＩＣＩ）、およびＳＩ増加ＲＩＳ改変体（ＲＩＳ−ＤＩＤＩおよびＲＩＳ−ＰＳＩ）において、燃焼は、従来の対応物における燃焼よりも、局所的により均一である（全体的／チャンバーに広範囲にわたっていない）。
【０２３１】
本発明は、機関の主燃焼室内における燃料の点火イベントのために要求される熱および要求される酸素濃度に対する燃料濃度の、減少を制御する方法であって、上記方法は、上記機関の主燃焼室と熱化学的かつ流体力学的に能動的に結合している少なくとも１つの副室において、少なくとも燃料の点火イベントの間に、少なくとも１つの事前の燃焼サイクルで生成され、かつ少なくとも１つのＯＨ−ラジカル点火種によって引き起こされる反応速度メカニズムによって生成される、複数のラジカル点火種を提供する工程と、上記複数のラジカル点火種の一部を上記主燃焼室に導く工程と、該主燃焼室における燃料の点火イベントを変更するように、上記ラジカル点火種の一部と、主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程とを含んでいる、方法であり得る。
【０２３２】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、上記主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程が、上記複数のラジカル点火種の産生を制御する段階をさらに含んでいてもよい。
【０２３３】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、上記主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程が、上記主燃焼室に導かれる上記複数のラジカル点火種の量を制御する段階をさらに含んでいてもよい。
【０２３４】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、上記主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積が、上記点火イベントを変更するために使用され、該点火イベントは、ＯＨによって直接燃料分解を行うことを含んでいる連鎖分岐反応と連鎖開始反応Ｈ２Ｏ２＋Ｍ＝ＯＨ＋ＯＨ＋Ｍとによって、点火イベントを引き起こす工程をさらに含んでいてもよい。
【０２３５】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、上記主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程は、以下の、上記副室内のガスの化学組成、上記副室内のガスの化学活性、上記副室内のガスの化学活性の割合、上記副室内のガスの温度、上記副室内のガスの圧力、および、上記副室の容量、の少なくとも１つを変更する手段を使用して、上記副室の少なくとも１つにおける、複数のラジカル点火種の、複数のガスの産生を制御する段階をさらに含んでいてもよい。
【０２３６】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、上記主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程は、以下の、再利用された排ガスの所定の一部の化学組成、再利用された排ガスの一部の化学活性、再利用された排ガスの一部の化学活性の割合、再利用された排ガスの一部の温度、および、再利用された排ガスの一部の圧力、の少なくとも１つを変更するように構成された手段を使用して、複数の再利用された排ガスの所定の一部で、上記ラジカル点火種の一部と、主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を補う段階をさらに含んでいてもよい。
【０２３７】
本発明において、上記ラジカル点火種の一部と、主燃焼室の生成したラジカル点火種との蓄積を調節する工程は、以下の、機関に流入している複数の吸気ガスのマニホールド圧、機関から流出している複数の排ガスの機関のマニホールド圧、リサイクルされた複数の排ガスの一部、吸気弁の行程スケジュール、排気弁の行程スケジュール、吸気口の断面積、排気口の断面積、吸気ガスのフローパターン、機関の圧力、および、機関の圧縮比、の少なくとも１つを変更するように構成された手段を使用して、上記主燃焼室に導かれる複数のラジカル点火種の量を制御する段階をさらに含んでいてもよい。
【０２３８】
また、本発明は、シリンダを備えている内燃機関を改良するための装置であって、上記シリンダは、外側をシリンダハウジングによって囲まれている空間内を移動する動力発生部材によって規定される、少なくとも１つの容量可変の燃焼室をさらに備えるとともに、一定期間ごとに燃料と空気チャージとを受け取るように、かつ吸気段階、主圧縮段階、燃焼段階、出力膨張段階、および部分排気段階を含んでいる燃焼サイクルを実行するように構成されており、上記装置は、（ａ）複数のラジカル点火種の生成の起点となる場所として機能するように構成されており、シリンダのシリンダハウジングの周りで、かつ少なくとも１つの容量可変の燃焼室の近くに、該少なくとも１つの容量可変の燃焼室と熱化学的かつ流体力学的に接続して配置されている少なくとも１つの小室、（ｂ）（ｉ）上記少なくとも１つの小室を、関連した少なくとも１つの容量可変の燃焼室と結合させるように構成されており、（ｉｉ）上記燃焼サイクルの様々な段階の間に、複数のラジカル点火種、空気、燃料、および化学反応産物が、少なくとも１つの小室の内に流入したり、該少なくとも１つの小室の外に流出したりすることができるように構成されている、少なくとも１つの連結導管、ならびに、（ｃ）上記機関に適用される負荷および速度に関する必要な条件に基づいて、少なくとも１つの容量可変の燃焼室に提供される複数のラジカル点火種の量を調節するように構成されており、少なくとも１つの小室と関係する少なくとも１つのコントローラー、を備えている装置であり得る。
【０２３９】
本発明において、上記少なくとも１つのコントローラーは、少なくとも１つの小室と関係しており、以下の手段の少なくとも１つを備えていてもよい：（ａ）上記少なくとも１つの小室内の制御燃料の濃度が調節されるように、該少なくとも１つの小室へ該制御燃料を分配する手段、（ｂ）上記少なくとも１つの小室内の酸素の濃度が調節されるように、該少なくとも１つの小室へ該制御燃料を分配する手段、（ｃ）上記少なくとも１つの小室の容量が調節されるように、該少なくとも１つの小室の容量を変更する手段、（ｄ）上記少なくとも１つの小室内の温度が調節されるように、該少なくとも１つの小室と関係する温度を変更する手段、（ｅ）上記少なくとも１つの小室内の圧力が調節されるように、該少なくとも１つの小室と関係する圧力を変更する手段、（ｆ）制御可能な触媒表面、（ｇ）制御可能な表面積の触媒表面、（ｈ）制御可能な燃料改質デバイス、（ｉ）制御可能なプラズマ発生デバイス、（ｊ）制御可能な紫外線放出デバイス、（ｋ）制御可能なマイクロ波デバイス、（ｌ）制御可能な化学添加物挿入デバイス、（ｍ）上記少なくとも１つの小室内の流れを変更する手段、（ｎ）上記少なくとも１つの小室の形態が調節されるように、該少なくとも１つの小室の形態を変更する手段、（ｏ）上記少なくとも１つの小室の少なくとも１つの連結導管の形態が調節されるように、該少なくとも１つの小室の少なくとも１つの連結導管の形態を変更する手段、および、（ｐ）上記少なくとも１つの連結導管を介して、上記少なくとも１つの小室に流入する燃料の量を調節する手段。
【０２４０】
本発明において、上記少なくとも１つのコントローラーは、以下の手段（ａ）および（ｂ）少なくとも１つを備えていてもよい：（ａ）複数の排ガスの再利用される部分に含まれる、燃焼サイクルに移送されるラジカル点火種の量を制御するための調節部であって、以下の、（ｉ）移送される上記量を制御するために、容量可変の燃焼室へ移送される上記排ガスの上記再利用される部分の規模の調節、（ｉｉ）移送される上記量の割合を安定化することによって、上記再利用される部分に含まれる、移送される上記ラジカル点火種の割合の規模の調節、（ｉｉｉ）上記再利用される部分に含まれる、移送される上記ラジカル点火種の規模の調節であって、移送される上記量の配分比率を減少させることができるパラメーターを制御することによって達成される調節、（ｉｖ）上記再利用される部分に含まれる、移送される上記ラジカル点火種の規模の調節であって、移送される上記量の一部を生成するための、少なくとも１つのラジカル点火種によって引き起こされる反応速度メカニズムに、影響を及ぼすパラメーターを制御することによって達成される調節、および、（ｖ）供給される上記空気チャージの少なくとも一部と混合された上記再利用される部分に含まれる、移送される上記ラジカル点火種の規模の調節であって、移送される上記量を一定量で生成するための、少なくとも１つのラジカル点火種によって引き起こされる反応速度メカニズムに、影響を及ぼすパラメーターを制御することによって達成される調節、の少なくとも１つを実行するように構成されている調節部、ならびに、（ｂ）前の上記燃焼サイクルからの上記ラジカル点火種を、燃焼サイクルにおいて使用するために、少なくとも１つの容量可変の燃焼室へ移送することを制御する管理デバイスであって、以下の（ｉ）弁の動作、（ｉｉ）特別な弁の動作、（ｉｉｉ）吸気口と関連する動作、（ｉｖ）排気口と関連する動作、（ｖ）吸気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、（ｖｉ）排気マニホールド圧に影響を及ぼす動作、（ｖｉｉ）吸気マニホールドの温度に影響を及ぼす動作、（ｖｉｉｉ）機関の圧縮比に影響を及ぼす動作、（ｉｘ）吸気ガスのフローパターンに影響を及ぼす動作、および、（ｘ）吸気ガスの流量に影響を及ぼす動作、の少なくとも１つの動作を制御するように構成されている、管理デバイス。
【０２４１】
本発明において、上記少なくとも１つのコントローラーが、データ構造と連絡を取るデバイスによって管理され、該データ構造に保存されているデータは、変更された負荷および速度の条件下における、内燃機関の作動に関連するものであってもよい。
【０２４２】
本発明において、上記内燃機関がロータリー燃焼機関であってもよい。
【０２４３】
本発明において、上記少なくとも１つの小室は、該小室において生成したラジカル点火種の大部分が、上記燃焼サイクルの直後の燃焼サイクルの、他の容量可変の燃焼室に移送されることができるように設けられており、上記燃焼サイクルの少なくとも１つの容量可変の燃焼室は、該燃焼サイクルの直後の燃焼サイクルの、上記他の容量可変の燃焼室ではなくてもよい。
【０２４４】
本発明において、上記内燃機関が２サイクル往復ピストン機関であってもよい。
【０２４５】
本発明において、上記少なくとも１つのコントローラーは、上記燃焼サイクルの直前の燃焼サイクルの燃焼ガスの残余の保持を調節するように、一定期間ごとに受け取られる上記空気チャージの給気圧を調整するために使用されてもよい。
【０２４６】
本発明において、上記内燃機関が４サイクル往復ピストン機関であってもよい。
【０２４７】
本発明において、上記内燃機関が、燃料直接噴射式完全均一燃焼ラジカル点火機関であるか、または空気および燃料チャージの予混合式完全均一燃焼ラジカル点火機関であってもよい。
【０２４８】
本発明において、上記内燃機関が、上記少なくとも１つの容量可変の主燃焼室において、圧縮点火を増加させるために上記量のラジカル点火種を使用してもよい。
【０２４９】
本発明において、上記内燃機関が、上記少なくとも１つの容量可変の主燃焼室において、火花点火を増加させるために上記量のラジカル点火種を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２５０】
【図１】ＨＣＲＩプロセス１００に基づく、一般化されたＨＣＲＩの熱流体反応速度論的プロセスを記載した図である。
【図２Ａ】図１に示されているＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＣＲＩ機関２００の１つの機関燃焼シリンダの複合物を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示されている一般化されたＨＲＣＩ機関のための典型的な電子制御システムの概要を示す図である。
【図３】水素、アルコールおよび炭化水素燃料に関する、一般的な点火限界を表しているプロットである。
【図４Ａ】ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的な４−シリンダＨＣＲＩのロータリー燃焼機関（ＨＣＲＩ機関３００）に関する、１つの機関燃焼シリンダの内部を示す概略図である。
【図４Ｂ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関の２つの機関燃焼シリンダを示す上面図である。
【図４Ｃ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関の実施形態について、セクション（Ａ−Ａ）を通る、小室組立品を取り付けたハウジング周囲を示す上面図である。
【図４Ｄ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図４Ａに示された４−シリンダＨＲＣＩロータリー燃焼機関のための一機関燃焼シリンダにおけるローターを示す側面図である。
【図５Ａ】ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＲＣＩ２ストローク往復機関（ＨＣＲＩ機関４００）の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面を示す概略図である。
【図５Ｂ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図５Ａに示されたＨＲＣＩ２ストローク往復機関の実施形態の１つの機関燃焼シリンダの内部の上部を示す概略図である。
【図５Ｃ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図５Ａに示されたＨＲＣＩ２ストローク往復機関の実施形態の１つの機関燃焼シリンダの内部の下部を示す概略図である。
【図６Ａ】ＨＣＲＩ機関２００に基づいた、図１に示されたＨＣＲＩプロセス１００を利用する、典型的なＨＲＣＩ４ストローク往復機関（ＨＣＲＩ機関５００）の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面を示す概略図である。
【図６Ｂ】ＨＣＲＩプロセス１００を利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の、１つの機関燃焼シリンダの内部の軸方向断面を示す概略図である。
【図６Ｃ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の１つの機関燃焼シリンダの内部の上部を示す概略図である。
【図６Ｄ】ＨＣＲＩプロセスを利用する、図６Ａに示されたＨＲＣＩ４ストローク往復機関の１つの機関燃焼シリンダの内部の下部を示す概略図である。
【図７Ａ】燃料がＣ２Ｈ５ＯＨであり、圧縮比が１７．５：１であるときの、完全直接噴射式ＨＲＣＩ４ストローク往復機関の主室および副室に関する、サンプルの圧力対クランク角の値を示すグラフである。
【図７Ｂ】燃料がＣ２Ｈ５ＯＨであり、圧縮比が１７．５：１であるときの、完全直接噴射式ＨＲＣＩ４ストローク往復機関の主室および副室に関する、サンプルの温度対クランク角の値を示すグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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