(57)【要約】  化学反応機構を換算する方法及び装置が開示される。方法は、化学反応モデル内の１つ又はそれ以上の化学種についてのデータを該１つ又はそれ以上の化学種の特性を含むデータベースから取得するステップと、化学反応モデル内の化学種を該化学種の分子特性に従って１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けするステップと、少なくとも１つの異性体グループに代表異性体を割り当てるステップと、化学反応モデルの１つ又はそれ以上の化学反応方程式において、化学種の１つ又はそれ以上のグループを対応する代表異性体で置き換えるステップと、化学反応モデルを装置で実行して結果を求めるステップとを含む【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応モデル内の１つ又はそれ以上の化学種についてのデータを前記１つ又はそれ以上の化学種の特性を含むデータベースから取得するステップと、
化学反応モデル内の前記化学種を、前記化学種の分子特性に従って１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けするステップと、
少なくとも１つの異性体グループに代表異性体を割り当てるステップと、
前記化学反応モデルの１つ又はそれ以上の化学反応方程式において、化学種の１つ又はそれ以上のグループを対応する代表異性体で置き換えるステップと、
前記化学反応モデルを装置で実行して結果を求めるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記１つ又はそれ以上の化学種を用いて、前記化学反応モデルに対応する化学反応を行わせるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学種を１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けする前記操作が、
特定の異性体グループ内の前記化学種間の熱力学的性質の最大許容差を特定するステップと、
前記最大許容差を超えた場合に前記異性体グループをサブグループに分割するステップと
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記化学種を１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けする前記操作が、１つ又はそれ以上のランピング規則を適用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ又はそれ以上のランピング規則のうちの少なくとも１つが、前記化学種を分子特性に基づいてソートするステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ又はそれ以上のランピング規則の少なくとも１つが予め定められていることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
代表異性体の特性が、異性体グループ内の各化学種の相対寄与の関数として計算されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記化学反応方程式のうちの少なくとも１つが、１つ又はそれ以上の速度定数と、平衡定数とを含み、化学種を代表異性体で置き換える前記操作が、前記平衡定数及び前記１つ又はそれ以上の速度定数のうちの少なくとも１つを調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの化学反応方程式が、数学方程式で表されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
化学反応モデル内の１つ又はそれ以上の化学種についてのデータを前記１つ又はそれ以上の化学種の特性を含むデータベースから取得する手段と、
化学反応モデル内の前記化学種を、前記化学種の分子特性に従って１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けする手段と、
少なくとも１つの異性体グループに代表異性体を割り当てる手段と、
前記化学反応モデルの１つ又はそれ以上の化学反応方程式において、化学種の１つ又はそれ以上のグループを対応する代表異性体で置き換える手段と、
前記化学反応モデルを装置で実行して結果を求める手段と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリと
を含む装置であって、
前記少なくとも１つのメモリ及び前記コンピュータプログラムコードは、前記少なくとも１つのプロセッサによって、少なくとも以下の、
化学反応モデル内の１つ又はそれ以上の化学種についてのデータを前記１つ又はそれ以上の化学種の特性を含むデータベースから取得するステップと、
化学反応モデル内の前記化学種を、前記化学種の分子特性に従って１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けするステップと、
少なくとも１つの異性体グループに代表異性体を割り当てるステップと、
前記化学反応モデルの１つ又はそれ以上の化学反応方程式において、化学種の１つ又はそれ以上のグループを対応する代表異性体で置き換えるステップと、
前記化学反応モデルを装置で実行して結果を求めるステップと
を前記装置に実行させるように構成されたことを特徴とする、装置。
【請求項１２】
化学反応モデルに関連付けられたマスター機構を表すデータをデータベースから取得するステップであって、前記マスター機構が、１つ又はそれ以上の化学反応方程式の集合、１つ又はそれ以上の化学反応変数の集合、及び１つ又はそれ以上の化学種の集合を含む、ステップと、
選択された目標出力変数について前記化学反応方程式を解いてマスター値の解に到達するステップと、
１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則を用いた反復的異性体ランピングプロセスを実行して、前記化学反応モデル内の化学種の数を最小化し、割り当てられた誤差許容差内で前記選択された目標出力変数についての誤差値に到達するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記反復的異性体ランピングプロセスが、
前記マスター機構内の前記化学種を、前記１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則のうちの１つを適用することにより、分子構造及び特性に従って異性体グループに分類するステップと、
ある異性体グループに属するものとして分類された各化学種及びその関連付けられた特性を代表異性体及び代表特性集合で置き換えることにより、仮機構を生成するステップと、
前記仮機構を用いて、前記化学反応方程式を前記目標出力変数について解くステップと、
各目標出力変数についての誤差値を、各マスター値と前記仮機構を用いて見いだされた対応する目標出力変数の値とを比較することによって計算するステップと、
前記１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則のうちの別の１つを適用することにより化学種を異性体グループに分類し、代表異性体で種を置き換え、仮機構を生成し、前記仮機構を用いて前記化学反応方程式を解き、誤差値を計算するプロセスを、１つ又はそれ以上の誤差値が所定の閾値を上回るまで、又は前記異性体ランピング規則の全てが適用され、どの誤差値も前記所定の閾値を超えなかったときまで繰り返すステップと、
どの誤差値も前記所定の閾値を上回らなかった最も少ない数の種を伴う前記仮機構を換算機構として同定するステップと
を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
特定の化学種を代表異性体による置換から除外する対象として指定する操作をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
仮機構を生成する前に反応条件を特定する操作をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記マスター機構が骨格機構であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記誤差許容差が、相対誤差許容差及び絶対誤差許容差のうちの少なくとも１つを割り当てることによって割り当てられることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記相対誤差許容差が、目標出力変数の百分率で表されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリと
を含む装置であって、
前記少なくとも１つのメモリ及び前記コンピュータプログラムコードは、前記少なくとも１つのプロセッサによって、少なくとも以下の、
化学反応モデルに関連付けられたマスター機構を表すデータをデータベースから取得するステップであって、前記マスター機構が、１つ又はそれ以上の化学反応方程式の集合、１つ又はそれ以上の化学反応変数の集合、及び１つ又はそれ以上の化学種の集合を含む、ステップと、
選択された目標出力変数について前記化学反応方程式を解いてマスター値の解に到達するステップと、
１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則を用いた反復的異性体ランピングプロセスを実行して、前記化学反応モデル内の化学種の数を最小化し、割り当てられた誤差許容差内で前記選択された目標出力変数についての誤差値に到達するステップと
を前記装置に実行させるように構成されることを特徴とする、装置。
【請求項２０】
前記反復的異性体ランピングプロセスが、
前記マスター機構内の前記化学種を、前記１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則のうちの１つを適用することにより、分子構造及び特性に従って異性体グループに分類するステップと、
ある異性体グループに属するものとして分類された各化学種及びその関連付けられた特性を代表異性体及び代表特性集合で置き換えることにより、仮機構を生成するステップと、
前記仮機構を用いて、前記化学反応方程式を前記目標出力変数について解くステップと、
各目標出力変数についての誤差値を、各マスター値と前記仮機構を用いて見いだされた対応する目標出力変数の値とを比較することによって計算するステップと、
前記１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則のうちの別の１つを適用することにより化学種を異性体グループに分類し、代表異性体で種を置き換え、仮機構を生成し、前記仮機構を用いて前記化学反応方程式を解き、誤差値を計算するプロセスを、１つ又はそれ以上の誤差値が所定の閾値を上回るまで、又は前記異性体ランピング規則の全てが適用され、どの誤差値も前記所定の閾値を超えなかったときまで繰り返すステップと、
どの誤差値も前記所定の閾値を上回らなかった最も少ない数の種を伴う前記仮機構を換算機構として同定するステップと
を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に化学反応シミュレーションモデルに関し、より具体的には、換算反応機構を生成することに関する。
関連出願
本出願は、引用によりその全体が全ての目的で組み入れられる２０１１年４月１３日出願の米国仮特許出願番号第６１／４７５，１２２号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）項の下での利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な化学反応機構は、多数の相互関連する個別の反応及び化学種を伴う。種々の条件下での複雑な化学反応の解析（すなわちモデル化）は、個別の種を表す多数の数学方程式を、注目する反応条件、反応速度定数、並びに種々の個別の種の特性及び量を考慮に入れて解くことを必要とする。特に燃焼プロセスの反応速度論は、数千もの別々の反応及び化学種を伴うことがある。詳細な反応モデル（機構）に関連付けられた多数の代表数学方程式を解くことによって複雑な化学プロセスを解析することは、特に変化する反応条件に対しては、莫大な計算リソースを消費し、長い実行時間を必要とする。関与する化学種の数が比較的少数増えただけでも、コンピュータの記憶域の要件及び処理は大幅に増大することがあるが、これは、一部には、種の方程式間の相互依存性を考慮に入れるために必要な計算の数が増えることによる。
【０００３】
反応機構は、例えば燃焼のような複雑な化学反応プロセスを正確に解析するための基礎的なツールである。この機構は、ある化学プロセス内の反応及び種を表すデータを、所与の時間又は空間内の位置における系の化学組成（状態）を決定するためのそのプロセスの数学的シミュレーションを可能にするような方式で編集したものを含む。そのような化学組成（系内の各々の種又は分子の量）は、操作可能且つ可解の代表数学方程式又はその成分で表現することができる。詳細な多目的機構が、関連付けられた代表方程式を解くことによるものを含む、種々のタイプの化学種及び反応を表し且つシミュレートする種々の手段及び方法により開発されてきた。しかしながら、非常に詳細な反応機構は、そのような機構内の全ての種を含む、例えば現代の燃焼系における条件範囲を正確に捕捉するのに十分なほど大きいシミュレーションの実行が必要とされる計算時間の点で法外なものとなるので、複雑な化学プロセスを解析するには価値が限られることが多い。複雑な化学反応を表すための正確に換算された反応機構の生成は、甚だしい努力及び時間を必要とする。機構換算プロセスの効率及び精度を高めることは、化学反応、特に燃焼系の分野において、より迅速かつ効率的な研究開発を促進する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓ．Ｓ．Ａｈｍｅｄ、Ｆ．Ｍａｕｓｓ、Ｇ．Ｍｏｒｅａｃ、及びＴ．  Ｚｅｕｃｈ、「Ａ  Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｃｔ  ｎ−Ｈｅｐｔａｎｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｕｍｐｉｎｇ」、Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、２００７年、第９巻、ｐ．１１０７−１１２６
【非特許文献２】Ｓ．Ｓ．Ａｈｍｅｄ、Ｇ．Ｍｏｒｅａｃ、Ｔ．Ｚｅｕｃｈ、及びＦ．Ｍａｕｓｓ、「Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ｎ−Ｈｅｐｔａｎｅ  ａｎｄ  ｉｓｏ−Ｏｃｔａｎｅ」、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｍｅｅｔｉｎｇ、２００５年
【非特許文献３】Ｔ．Ｌｕ、及びＣ．Ｋ．Ｌａｗ、「Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ：ｎ−Ｈｅｐｔａｎｅ」、Ｃｏｍｂｕｓｔ．Ｆｌａｍｅ、２００８年、第１５４巻、ｐ．１５３−１６３
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の種々の態様は、特許請求の範囲において述べる。
本発明の第１の態様によれば、方法は、化学反応モデルに関連付けられたマスター機構を表すデータにアクセスすることと、１つ又はそれ以上の化学反応方程式及び関連付けられた化学種をマスター機構内で同定することと、化学種を該化学種の分子特性に従って１つ又はそれ以上の異性体グループにグループ分けすることと、各異性体グループに代表異性体を割り当てることと、ある異性体グループに属する各化学種及びその特性を、マスター機構のそれぞれの異性体グループに対応する代表異性体構造及び関連付けられた代表特性で置き換えることとを含む。このようにして、マスター機構に基づいて、換算された機構を化学プロセスの解析において使用するために生成することができる。マスター機構内の化学種及び反応は、操作可能且つ可解の代表数学方程式又はその成分として表現することができることを認識されたい。
【０００６】
本発明の第２の態様は、化学反応モデルのための換算された化学反応機構を生成する方法を提供する。この方法は、以下の操作、すなわち（ａ）化学反応モデルに関連付けられ、化学反応方程式の集合、関連付けられた化学反応変数の集合、及び関連付けられた化学種の集合を含むマスター機構を表すデータにアクセスする操作、（ｂ）化学反応変数の集合から目標出力変数を選択する操作、（ｃ）目標出力変数に誤差許容差を割り当てる操作、（ｄ）選択された目標出力変数について化学反応方程式を解き、これらの解の値をマスター値として指定する操作、（ｅ）（ｉ）１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則を適用することにより、マスター機構内の化学種を分子構造及び特性に従って異性体グループに分類することと、（ｉｉ）ある異性体グループに属するものとして分類された各化学種及びその関連付けられた特性を代表異性体及び代表特性集合で置き換えて、仮機構を生成することと、（ｉｉｉ）仮機構を用いて、化学反応方程式を目標出力変数について解くことと、（ｉｖ）各目標出力変数についての誤差値を、各マスター値と仮機構を用いて見出された対応する目標出力変数の値とを比較することによって計算することと、（ｖ）次の異性体ランピング規則を適用して、いずれかの目標出力変数についての最大誤差値が所定の閾値を上回るまで、さらに多くの種を代表異性体で置き換えることと、によって特徴付けられる反復的異性体ランピングプロセスを実行する操作、及び（ｆ）全ての誤差値が所定の閾値を下回る結果をもたらす最も少ない数の種を伴う仮機構を換算機構として同定する操作、で特徴付けられる。
【０００７】
本発明の態様において、マスター機構は、化学反応経路を含むことができる。別の実施形態は、特定の操作条件を表し、その中では化学反応方程式が化学反応モデルから誘導される変数及び数学項を含む保存方程式となり得る、化学反応フローモデルの集合を定義する付加的な操作を含むことができる。そのような化学反応方程式及び保存方程式は、操作可能且つ可解の数学方程式として表現することができる。目標出力変数は、上記のような反応フローモデル保存方程式の集合から選択することができ、保存方程式を解いてこれらの変数についてのマスター値を生成することができる。これらの反応フローモデル保存方程式内の化学種は、異性体グループに分類することができ、代表の異性体及び特性で置き換えることができ、保存方程式は、上述のようにいずれかの目標出力変数についての最大誤差値が所定の閾値を上回るまで、上述のように異性体による逐次的な種の置換により、反復的に解くことができる。
【０００８】
所定の閾値を数値として設定することができること、及び、この所定の閾値を本発明の実施形態において１として設定することができることを認識されたい。他の実施形態において、少なくとも１つの異性体ランピング規則と、該規則の適用シーケンスとを予め定めることができる。更に他の実施形態では、換算機構を生成する過程において、データベース若しくはその他の異性体ランピング規則の編集物から１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則にアクセスすることができ、又は、異性体ランピング規則の適用シーケンスは、各反復の成果に応じて変更することができる。
【０００９】
本発明の別の態様は、上記の方法を実装するためのプログラム命令及び／又はデータ配列をその上で提供することができる機械可読媒体を含む、装置及びコンピュータプログラム製品に関する。特定の方法動作を実行するために、プログラム命令は、コンピュータコードとして提供することができる。データは、本発明の実施形態の特徴を実装するために使用される場合、データ構造体、データベース表、データオブジェクト、又はその他の特定された情報の適切な配列として提供することができる。本発明の任意の方法を、全体として又は一部を、機械可読媒体上で提供されるプログラム命令及び／又はデータとして表すことができる。
【００１０】
本発明の例示的な実施形態をより完全に理解するために、ここから以下の説明を添付の図面との関連で参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つの実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図２】別の実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図３】種々の実施形態を実装することが出来る例示的な装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態及びそれらの潜在的な利点は、図１−図３を参照することにより理解される。
【００１３】
たとえ適切な機構を用いたとしても、複雑な化学反応モデル内の無数の方程式を解析することは、化学反応の各シミュレーションに関与する反応、種及び条件の純然たる数及び相互関係により、大量の時間及び計算リソースを必要とする。変化する反応条件に対して繰返しシミュレーションを実行することは、さらに多くの時間を必要とする。
【００１４】
より管理しやすい解析用の機構を生成するために、換算機構を生成するための、感度分析、主成分解析、詳細換算（ｄｅｔａｉｌｅｄ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、ランピング（ｌｕｍｐｉｎｇ）、及び適応換算手法などの幾つもの化学反応機構換算方法が発展してきた。特に、種ランピングは、換算前の機構よりも別個の種が少ない換算機構を生成する機構換算プロセスである。正確な換算機構は、類似の分子構造及び特性を有する種を同定してひとまとめにグループ化し、機構内で、特定のグループに属する各々の種をそれぞれのグループ内の種の代表となる特性集合を有する異性体で置き換えるプロセスによって生成することができる。
【００１５】
本発明によれば、大きな化学反応モデルを表すマスター機構から換算機構を生成するための方法が提示される。これらの方法によって生成される換算機構は、対応するマスター機構よりも少ない数の別個の反応種を含むので、化学反応モデルのシミュレーションを実行するために必要とする計算はより少なく、時間はより短い。実際、化学反応モデルを解析するために正確な換算機構を使用することにより達成される時間節約は、広範囲な条件にわたって解析を実行するときにますます顕著になる。
【００１６】
化学反応機構内の種の数を減らすことは、その複雑度、及びそれぞれの方程式を解くために必要な時間を減らすが、この機構換算の方法は、換算機構の精度も低下させることになる。ランピング手法は、機構内の種を分子構造及び特性に基づいて特徴付けする。換算機構は、化学反応機構内の化学種を分子構造及び特性に基づいて解析し、これらの種を、全体が又は一部を予め定めることができる１つ又はそれ以上の異性体ランピング規則の集合を考慮して、それらの特性に基づいて異性体グループにランピングし、代表の異性体及び特性で機構の反応方程式内の対応する種を置換することにより生成される。類似の種が単一の代表異性体で置き換えられるので、機構内の別個の種の総数は減らされる。一実施形態において、機構換算プロセスの正確さは、ある異性体ランピング規則を規則の集合から適用して、数が減らされた種と修正された化学反応方程式とを伴う仮機構を生成し、仮機構における化学反応方程式を解き、解を評価してそれぞれの誤差値を求め、誤差値が許容限度内であれば、次の異性体ランピング規則を規則の集合から適用してさらに種が少ない別の仮機構を生成する、反復的プロセスによって制御される。この反復的プロセスは、誤差値が許容限度外になるまで繰り返される。許容誤差限度を満足する最も少ない数の種を有する仮機構が、換算機構となる。
【００１７】
Ｉ．異性体「ランピング」を使用した独立型機構換算
本発明に関連して説明する方法の特徴は、化学反応種を種の分子特性に基づいて異性体グループにグループ分けし、化学反応において、特定の異性体グループに属する各々の種及びその特性を代表異性体及び代表特性集合で置き換えることによる、化学反応機構を換算するための手順である。多数の別個の化学反応種を、数を減らした置換異性体で置き換えることは、化学反応モデルシミュレーションを実行するために必要な計算の数及び複雑度を簡約化する。
【００１８】
ここで図１を参照すると、フローチャートは、１つの実施形態による方法を示す。図１に示す種々の操作は、図示された順序又は何らかの他の順序で実行することができる。図１の方法によれば、機構換算プロセス１０は、ブロック２０にて、化学反応モデルに関連付けられたマスター機構を記述するデータにアクセスするときに開始する。データには、例えば、種々の化学種及びそれらに関連付けられた特性のデータベースからアクセスすることができる。データは、化学反応モデル内の化学プロセスを表す化学反応方程式及び化学種を、方程式の変数及び定数値（例えば熱力学的速度定数）、並びにマスター機構内の化学種に関する分子構造、官能基、及び熱力学的性質のデータと共に含む。マスター機構は、新規の機構でも又は以前の化学反応モデル化研究で用いた機構でもよく、且つ、ライブラリからアクセスすることも、又はマスター機構を換算するためにこのプロセス１０を組み入れたより広い化学反応モデル化解析の一部として生成することもできる。いずれの場合でも、マスター機構及び関連データは、原則に従って種々の技法により生成することができる。さらに、マスター機構内の化学種及び反応は、操作可能且つ可解の代表数学方程式又はその成分として表現することができることを認識されたい。
【００１９】
マスター機構を記述するデータにアクセスした（ブロック２０）後、ブロック２２に示すように、プロセス１０の操作パラメータが設定される。これらのパラメータは、プロセス１０の後続ステップ、特に、種の解析及び異性体グループへの分類（ブロック２４及び２６）を制御する。より詳細に後述するように、１つの実施形態において、操作パラメータの設定は、ある異性体グループに分類される全ての化学種間で許容可能なエンタルピー及び／又はエントロピーのような化学種の熱力学的性質の値における最大差を特定することを含むことができる。もちろん、本発明に沿って、その他の熱力学的性質を、種を異性体グループに分類するために同様の方式で用いることができる。上記のように、化学種と、熱力学的性質など、それらの関連付けられた特性とのデータベースを、この関連で用いることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態において、マスター機構は、化学反応経路を含むことができる。さらに別の実施形態において、上述のように反応条件を特定すること（ブロック２２）は、特定の操作条件を表す化学反応フローモデルの集合であって、その中ではマスター機構の化学反応方程式が化学反応モデルから誘導される変数及び数学項を含む保存方程式となり得る化学反応フローモデルの集合を定義することを含むこともできる。そのような化学反応方程式及び保存方程式は、操作可能且つ可解の数学方程式として表現することができる。これらの反応フローモデル保存方程式内の化学種は、換算機構を生成するプロセスにおいて、異性体グループに分類して、代表の異性体及び特性で置き換えることができる。
【００２１】
ひとたびプロセス１０についての操作パラメータが特定されると（ブロック２２）、各化学種の分子構造及び官能基の配置をブロック２４に示すように解析することができる。実施形態において、この解析は、分枝鎖種の全ての直鎖内の炭素原子の数、並びに各々の種の中の炭素−炭素原子結合及び特定の官能基、例えばヒドロキシ、ヒドロキシルラジカル、カルボニル、ペルオキシド、ペルオキシラジカル、及び炭素ラジカル基などの数及び位置を同定することができる。分子構造及び化学種の官能基の配置における類似度は、特に燃焼反応における炭化水素種に関して、化学反応解析の目的での化学種の性質の類似度を反映する傾向にある。
【００２２】
それゆえ、化学種の構造間の類似度は、代表異性体及び代表特性で化学反応方程式内の類似の種を置換することを可能にするが、その理由は、反応における注意深く選択された単一の代表異性体の挙動及び特性が、幾つかの類似の化学種の挙動及び特性を近似することができるためである。化学反応モデル内の別個の化学種の数、それらのそれぞれの特性、及び関連した他の種との相互関係を減らすことにより換算機構を生成することは、問題の機構を簡約化し、それにより、より迅速なシミュレーション及び解析を促進する。
【００２３】
各化学種の分子構造及び特性を解析及び同定した後、プロセスは、個別の種を、種の分子構造及び特性における類似度に基づいて異性体グループに分類し、又はグループ分けする（ブロック２６）。この分類プロセスを「ランピング」と呼ぶことができる。一実施形態において、ランピングプロセスは、所定の一連のランピング規則に従って進めることができる。本発明に沿って、他のランピング規則の組合せを適用することもでき、又はランピング規則を後述のシーケンスとは異なるシーケンスで適用することもでき、又は後述のランピング規則の必ずしも全てを適用しなければならないわけでもないことを認識されたい。他の実施形態において、一連のランピング規則は、そのような所定のランピング規則系列を含むリスト又はライブラリから選択することができる。
【００２４】
先に述べたように、以下の官能基、すなわち、ヒドロキシ、ヒドロキシルラジカル、カルボニル、ペルオキシド、ペルオキシラジカル、及び炭素ラジカル基をランピングプロセスにおいて考慮することができる。一実施形態において、種は、以下のランピング規則を満たす場合に異性体の候補と見なすことができる。
・同数の各々の官能基を有する。
・全ての炭素分枝を含めたその主炭素鎖（すなわち、全ての官能基の付加を考えない）が同一である。
・種が不飽和種（すなわちアルケン）である場合、主鎖上の炭素−炭素二重結合又は三重結合の位置が同一である。
【００２５】
低温運動反応（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｋｉｎｅｔｉｃ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）の解析の場合には、２つの追加規則が組み込まれる。
１．ペルオキシ基に対する炭素ラジカル部位の相対位置は、以下の条件の場合に種間で同一である。
・炭素ラジカル部位が、ペルオキシ基が付加した炭素部位に隣接する。
・炭素ラジカル部位が、ペルオキシ基が付加した炭素部位からちょうど２位にある。
・炭素ラジカル部位が、ペルオキシ基が付加した炭素部位からちょうど３位にある。
２．ペルオキシラジカル基が付加した炭素部位同士の相対位置は、以下の条件の場合に種間で同一である。
・２つの炭素部位が互いに隣接する。
・２つの炭素部位間にちょうど１個の炭素原子がある。
・２つの炭素部位間にちょうど２個の炭素原子がある。
これらの２つの追加規則の基礎となる結果、並びにさらなる詳細は、非特許文献１に見いだすことができる。
【００２６】
化学種の解析及び異性体ランピング規則を適用することによる種の分類又はランピングは、類似の構造及び特性を有する化学種の１つ又はそれ以上のグループをもたらす。グループ分けは、さらなる解析のために記録又は格納することができる。
【００２７】
この時点で、種の標準生成エンタルピーの値に基づく追加のランピング規則を適用することができ、種の異性体グループは、種間の標準生成エンタルピー最大差が特定の閾値を超えると、サブグループに分割されることになる。上述のように、この閾値は、図１のブロック２２で示したように操作パラメータとして設定することができる。このランピング規則の適用の結果として、いずれの種のグループも、所定レベル以内の標準生成エンタルピーの差を示すことになる。ランピングされた種と代表異性体との間でのこの特性の不一致は、このようにして最小化され、換算機構の正確さが改善されることになる。一実施形態において、ランピングされた種間の標準生成エンタルピーの最大許容差は、最高レベルの正確さを維持しながらランピングされた最小の機構を生成するために、５ｋｃａｌ／モルとされる。
【００２８】
ひとたびランピング規則に基づいて化学種が異性体グループに分類されると、異性体グループ内の各々の種は、図１のブロック２８に示すように、マスター機構の化学反応方程式において、単一の代表異性体で置き換えられる。このことは、ある異性体グループに属する各々の種の全ての熱力学的性質及び輸送量がそれぞれの代表異性体の特性で置き換えられることを意味する。従って、特定の異性体グループ内の種を伴うマスター機構内の全ての化学反応方程式は、このようにしてそれぞれの代表異性体及び代表特性を含むように修正される。換算対象の機構の方程式に含めるために、代表異性体の編集物又はライブラリ又はデータベースから、代表異性体に対応するデータ及び特性にアクセスすることができる。とはいえ、後で詳述するように、異性体グループ内の種の数及びタイプに依拠するその他の特定の異性体データ及び特性を機構換算プロセスの一部として計算することができる。
【００２９】
各々の代表異性体が幾つかの別個の化学種を置き換えるので、代表異性体の熱力学的性質及び輸送量は、異性体グループ内の各化学種の対応する特性の組合せである。各化学種の寄与を考慮に入れる種々の方法は当該分野で知られており、それらの詳細な説明は、本発明にとって主要な点ではなく、本開示の範囲外である。本発明の一実施形態において、等配分（ｅｑｕｉ−ｒｅｐａｒｔｉｔｉｏｎ）手法が適用される。この手法は当業者には公知であり、非特許文献２に記載されている。この等配分手法は、異性体グループ内の各化学種が代表異性体の特性に同じく寄与すると仮定するので、そのような化学種の相対寄与は異性体グループ内の化学種の逆数になる。プロセス１０は、このプロセスを非常に単純に実施することができ、必要とされる入力は機構それ自体のみである。等配分法は、後で詳述する別の方法と比べて、結果としてもたらす正確さが低くなり得るが、機構それ自体以外のいかなる入力も必要としない異性体ランピング手順を利用して換算機構を生成することができるので、等配分手法は、独立型機構換算プロセス１０を補完する。
【００３０】
Ｉ．Ａ  速度定数の調整
化学反応を表す方程式は、反応速度を定量化する速度定数を組み入れる。速度定数は方程式内の種の特性に依存するので、機構換算手順の一部として化学種を異性体で置き換えることは、「置換」代表異性体の特性を考慮して反応又は方程式内の速度定数を調整することもまた必要とする。正反応速度定数及び逆反応速度定数は、それぞれの反応方程式における平衡定数によって関連付けられる。運動論の具体的な詳細は本開示の範囲を越え、本発明を理解するためには必要ではないが、本発明の一実施形態において、一実施形態において、機構の化学反応における速度定数に対して３つのタイプの調整を行うことができる。
１．問題の特定の反応又は方程式で表される反応が可逆的であり、平衡定数を用いて逆反応速度定数が正反応速度定数から計算される場合、正反応速度定数及び平衡定数の両方を調整する必要がある。
２．問題の特定の方程式で表される反応が可逆的であり、逆反応速度定数が明示的に定められる場合、正反応速度定数及び逆反応速度定数の両方を調整する必要がある。
３．問題の特定の方程式で表される反応が不可逆的ある場合、正反応速度定数のみ調整する必要がある。
【００３１】
例えば、｛Ａi｝及び｛Ｂi｝を２つの異性体グループとし、Ａi及びＢiが各グループからの種を表すものとする。ＬAは、グループ｛Ａi｝に対するＡiの相対寄与の逆数であり、ＬBは、グループ｛Ｂi｝に対するＢiの相対寄与の逆数である。等配分手法を利用する場合、ＬAは｛Ａi｝グループ内の異性体の数に等しく、ＬBは｛Ｂi｝グループ内の異性体の数に等しい。
【００３２】
種Ｃ及びＤは、いずれの異性体グループにも属していない。反応が可逆的であり、平衡定数を用いて逆反応速度定数を正反応速度定数から計算する場合、逆反応速度定数は次式
ｋr＝ｋf／ｋeq
を用いて計算される。
正反応速度定数及び平衡定数に対して以下の調整が適用される。
Ai + C = D;         kfnew = kfold/LA,        keqnew = keqold/LA
Ai + Bi = C + D;    kfnew = kfold /(LA*LB),  keqnew = keqold/(LA*LB)
D = Ai + C;         kfnew = kfold,           keqnew = keqold *LA
C + D = Ai + Bi;    kfnew = kfold,           keqnew = keqold *(LA*LB)
Ai + C = Bi + D     kfnew = kfold /LA,       keqnew = keqold *(LB/LA)
機構内の可逆反応が明示的な逆反応速度定数を用いている場合、正反応速度定数及び逆反応速度定数に対して以下の調整が適用される。
Ai + C = D;         kfnew = kfold/LA,        krnew = krold
Ai + Bi = C + D;    kfnew = kfold /(LA*LB),  krnew = krold
D = Ai + C;         kfnew = kfold,           krnew = krold /LA
C + D = Ai + Bi;    kfnew = kfold,           krnew = krold /(LA*LB)
Ai + C = Bi + D;    kfnew = kfold/LA,        krnew = krold /LB
不可逆反応の場合、正反応速度定数に対して以下の調整が適用される。
Ai + C => D         kfnew = kfold/LA
Ai + Bi => C + D    kfnew = kfold /(LA*LB)
D => Ai + C         kfnew = kfold
C + D => Ai + Bi    kfnew = kfold
Ai + C => Bi + D    kfnew = kfold/LA
【００３３】
ひとたびこれらの計算が実行され、調整された定数で方程式中のそれらの対応する速度定数が置換されると、方程式を解くことができる。
【００３４】
異性体ランピング規則が適用された後、代表異性体及び代表特性がマスター機構の化学反応方程式中で異性体グループ内の化学種の代わりに用いられる。さらに、方程式の定数が調整され、関与する化学種がより少ない換算機構が得られ、化学反応モデルの解析に使用できる状態になる。換算機構は、換算機構それ自体における化学反応の解析で即座に利用することもでき、又はこの換算モデルを組み入れたシミュレーションを実行することにより化学反応モデルを解析する、より大きなプロセスに組み入れることもできる。あるいは、換算機構は、それ自体として、又は機構ライブラリの一部としてのいずれであっても、将来的なそれら及び他の用途のために記録又は格納することができる。そのようなライブラリ内の特定の機構は、そのライブラリ内の特定の機構がふさわしい条件にある化学反応解析を促進するために取り出し又はアクセスすることができる。
【００３５】
本発明の実施形態及び方法はまた、化学反応モデルを解析及びシミュレーションする、より大きなプロセスに組み入れることもできる。例えば、化学反応モデルを解析するための方法は、本発明の機構換算方法を、全プロセス中に１回又はそれ以上の回数実行されるサブルーチンとして組み入れることができる。上記の「独立型」機構換算方法により生成される換算機構は正確さに関して最適化されていないとはいえ、この方法を適用する恩恵は二重である。すなわち、換算機構を非常に迅速に生成することができ、且つ、必要とされる入力はマスター機構のみである。対照的に、より正確な換算機構は、本開示で説明する以下の他の方法で生成することができるが、これらのより正確な換算機構は、より長い処理時間、マスター機構を用いた目標出力値の生成、機構それ自体以外の追加情報の入力を必要とする。
【００３６】
ＩＩ．反復的異性体ランピング及び誤差許容差を使用する機構換算
図２を参照すると、フローチャートは、別の実施形態による方法を示す。図２に示す種々の操作は、図示された順序又は何らかの他の順序で実行することができる。機構換算プロセス２００は、化学反応モデルに関連付けられたマスター機構を記述するデータにアクセスすることにより開始する（ブロック２０２）。上記の別の実施形態に関連して上で論じたように、データは、データベースから入手可能なものとすることができ、１つ又はそれ以上の化学反応の集合、１つ又はそれ以上の化学反応変数及び定数値（例えば熱力学的速度定数）の集合、並びにマスター機構内の化学種の分子構造、官能基及び熱力学的性質を含むことができる。さらに、データは、化学反応変数の中でもとりわけ、反応モデル又は方程式由来の固有解変数（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｖａｒｉａｂｌｅ）、並びに誘導変数（ｄｅｒｉｖｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ）（燃焼解析におけるそのような誘導変数の例として、火炎速度、点火遅れデータ、熱発生データ及び排出指数が挙げられる）のような、目標出力変数の集合を含むことができる。これもまた上で論じたように、マスター機構及び関連データは、全体又は部分的に新規であっても又は以前に開発されたものでもよく、且つ、全体又は部分的にライブラリからアクセスすることもでき、又はこの機構換算プロセス２００を組み入れたより広い化学反応モデル解析の一部として生成することもできる。
【００３７】
代替的な実施形態において、機構換算プロセスを開始する前にマスター機構から骨格機構を生成することができ、骨格機構に対応するデータに、ブロック２０２に示すようにアクセスすることができる。例えば有向関係グラフ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｇｒａｐｈ）法のような方法が骨格機構の生成に有用である。このような方法は本発明にとっては主要なものではないので、詳細は論じない。骨格機構は、マスター機構内で見いだされるデータと同じタイプのデータを含むことができる（すなわち、化学反応モデル内の化学反応を表す化学反応方程式及び化学種に加えて、方程式の変数及び熱力学的速度定数のような定数値を表すデータ、並びに骨格機構内の化学種に関する分子構造、官能基、熱力学的性質データ、及び目標出力変数）。それゆえ、ブロック２０２で示されるようにアクセスされるデータは、前の段落に記載したようなマスター機構、又は種々の方法を使用してマスター機構から誘導される骨格機構に対応するものとすることができる。実際、化学反応に関連付けられる機構及び骨格機構を生成するための幾つかの計算パッケージが存在する。
【００３８】
マスター機構又は骨格機構を記述するデータにブロック２０２でアクセスした後、目標出力変数がブロック２０４に示すように選択される。選択された目標出力変数は、化学反応解析における注目する機構パラメータに対応する。一実施形態において、目標出力変数は、所定のリスト又はライブラリから選択することができる。そのようなライブラリは、化学反応モデル解析のためのマスター又は骨格モデルの開発に関連して予め生成されたものであり得る。
【００３９】
一実施形態において、目標出力変数は、機構換算プロセス２００の正確度の監視及び制御に用いることもできる。より詳細に後述するように、機構換算プロセス２００は、機構から種を除去することを伴う。種の除去は、機構の正確さを低下させ、それに対応して計算される誤差値（誤差値の計算はより詳細に後述する）を大きくする結果となる。目標出力変数に誤差許容差を割り当てること（ブロック２０６）は、種の除去手順の制御を容易にするが、その理由は、一実施形態において、誤差許容差に応じて許されるよりも多くの種が除去されることがないためである。本発明によるこの制御プロセス及び種の除去手順は、より詳細に後述する。
【００４０】
一実施形態において、相対誤差許容差及び絶対誤差許容差を目標出力変数に割り当てることができる。例えば、絶対誤差許容差値１．Ｅ−６モル分率を割り当てることは、ＮＯｘのＰＰＭのような種の分率にとって適切であり得る。この例において、種の除去は、生成される誤差値が目標出力変数であるＮＯｘのＰＰＭについてのこの誤差許容差値を下回る限りは続行することになる。別の実施形態において、それぞれの絶対誤差許容差にゼロ値が割り当てられた場合には、目標出力変数の全ての値が考慮されることになる。
【００４１】
絶対誤差値に加えて、相対誤差許容差を目標出力変数に割り当てることもできる。一実施形態において、相対誤差許容差は、マスター機構によって予測される目標出力変数の百分率として表すことができる。例えば、「熱発生１０％におけるクランク角度」（「ＣＡ１０」）が目標出力変数として選択され、マスター機構を解くとＣＡ１０値がおよそ７度ＡＴＤＣと予測される場合、この目標出力変数について相対誤差許容差を２０％と設定すると、ＣＡ１０値がマスター機構により予測される値の１．４度以内になるまで、機構から種が除去されることになる。
【００４２】
一実施形態は、後述の誤差計算において生成される誤差値の表現に関して種々の選択肢を提供することができる。これらの選択肢は、リスト又はメニューの形で提供することもでき、又はライブラリから選択することもできる。例えば、生成誤差値は、種除去手順全体にわたるそれぞれの目標出力変数の全時間／空間プロファイルとして表すことができる。あるいは、特定の目標出力変数についての生成誤差値は、単に、種除去手順のいずれかの反復において生成された終点の値（「終点選択肢」）又は最大誤差値として表すことができる。さらに、点火遅れ時間又は火炎速度のような単一点の目標出力変数に関して、換算プロセスが反復的に実行される場合、「終点選択肢」は、プロセスの各反復において生成される値を使用するのではなく最終の反復から生成された誤差値のみを使用することになる。
【００４３】
本発明の実施形態において、機構に対する操作パラメータを特定することができる。より具体的には、ひとたび誤差許容差が図２のブロック２０６に示すように割り当てられると、ブロック２０８に示されるように特定の種を種除去手順からの除外対象として指定することができる。すなわち、機構換算プロセス２００において、特定の種は異性体換算手順において異性体で置き換えないことを指定することが好ましい場合がある。例えば、燃焼反応モデルに関連する機構において、吸気種（ｉｎｌｅｔ  ｓｐｅｃｉｅｓ）のような重要な種、及び主要な燃焼生成物であるその他の種を、換算機構において異性体で置き換えられないように除外対象として指定することができる。それゆえ、換算機構は、これらの種が除外対象にされなかったとすれば分類されたはずの異性体グループの代表異性体及び代表特性ではなく、これらの種及びその特性を含むことになる。
【００４４】
別の実施形態において、ブロック２０４で選択される目標出力変数が広範囲の反応条件にわたって評価されるべきものである場合、機構換算プロセス２００をより簡約化し、より管理しやすくするために、換算プロセス２００に対して反応条件のサブセットを指定することができる（ブロック２１０）。このようにして複雑度を小さくすることは、換算機構を生成するために必要な実行時間を短くし、特に注目する反応条件が限定されているところで、改善された効率をもたらすことができる。もちろん、本発明は、機構換算プロセスのためのその他の操作パラメータ（例えば、特に機構換算プロセスがより広い化学反応解析に組み入れられている場合の、反応条件又は他の反応パラメータ）の仕様も意図している。
【００４５】
本発明の一実施形態において、マスター機構は、反応経路を含むことができる。別の実施形態において、上述のように反応条件を特定すること（ブロック２１０）は、特定の操作条件を表す化学反応フローモデルの集合であって、その中ではマスター機構の化学反応方程式が化学反応モデルから誘導される変数及び数学項を含む保存方程式であり得る化学反応フローモデルの集合を定義することを含むこともできる。そのような化学反応方程式及び保存方程式は、操作可能且つ可解の数学方程式として表現することができる。そのような実施形態において、目標出力変数は、反応フローモデル保存方程式の集合から選択することができ、保存方程式を解いて、これらの変数についてマスター値を生成することができる。これらの反応フローモデル保存方程式内の化学種は、異性体グループに分類して代表の異性体及び特性で置き換えることができ、そして、保存方程式は、後で詳述するように異性体による逐次的な種の置換を用いて反復的に解くことができ、換算機構を生成するプロセスにおいて反復的に目標出力変数が反復的に生成される。
【００４６】
誤差許容差の使用を通じて機構換算プロセスを制御するために、別の実施形態において、マスター機構内の方程式を選択された目標出力変数について解くことにより、注目する目標出力変数についての解が生成される。これらの解の値を「マスター値」として指定し、記録し、又は格納することができる（ブロック２１２）。
【００４７】
ひとたび目標出力変数が選択され（ブロック２０４）、誤差許容差が割り当てられ（ブロック２０６）、任意の操作パラメータが指定され（ブロック２０８及び２１０）、「マスター値」が生成され（ブロック２１２）ると、異性体置き換え手順が開始される（ブロック２１４）。異性体「ランピング」としても知られるこの手順は、上記で「独立型」機構換算プロセスに関連して説明した異性体「ランピング」手順の態様を含む。すならち、ランピングプロセスは、個別の化学種を、種の分子構造及び特性における類似度に基づいて異性体グループに分類又は「ランピング」する。分類は、１つ又はそれ以上のランピング規則の集合に従い、それらの１つ又はそれ以上は、上記で「独立型」機構換算に関連して述べたように、予め定めることができる。しかし別の実施形態においては、ランピングプロセスは、ブロック２１４、２１６、２１８、２２２及び２２４に示すように、反復的な方式で進めることができる。このことは、集合内の各ランピング規則が、他の規則が適用されるのと同じときに適用されるのではなく、累積的に、段階的なプロセスで、又は離散的な反復で適用され、その結果、種が各反復回において段階的に除去され、ランピングプロセスの正確さを監視及び制御することができることを意味する。他の実施形態において、適用されるランピング規則の集合は、ランピング規則の集合を含むリスト又はライブラリから全体に又は一部を選択することができる。さらに、ランピング規則のシーケンスは、予め定めることができ、又は、反復的ランピング規則適用プロセス中に異性体ランピングプロセスの暫定的な結果に基づいて決定することができる。
【００４８】
例えば、ひとたび目標出力変数が選択され（ブロック２０４）、誤差許容差が割り当てられ（ブロック２０６）、任意の操作パラメータが指定され（ブロック２０８及び２１０）ると、機構内の全ての化学種が解析され、種の分子構造及び特性の類似度に基づいて分類される（上述のように、以下の官能基、すなわち、ヒドロキシ、ヒドロキシルラジカル、カルボニル、ペルオキシド、ペルオキシラジカル、及び炭素ラジカル基をランピングプロセスにおいて考慮することができる）。当然、ブロック２０８でランピング手順からの「除外対象」として指定された種は、解析及び分類されない。この実施形態のプロセスの反復的な性質を踏まえて、ブロック２１４において、単一の（すなわち「第１の」）異性体ランピング規則のみが種を分類するために適用される。例えば、上で「独立型」ランピングに関連して説明した異性体ランピング規則の集合は、反復方式であっても適用することができる。すなわち、換算機構を生成する前に全ての異性体規則を適用するのではなく、集合の第１の異性体ランピング規則が他の規則とは独立に適用されて、同数の各々の官能基を有する種が同じ異性体グループにランピングされた仮機構が生成される。
【００４９】
このようにして、第１のランピング規則に基づく異性体グループに属する種が同定され、機構の方程式において、これらの種及びそのそれぞれの特性が上述のようにそれぞれの異性体グループに対応する代表異性体及び代表異性体特性で置き換えられ、仮機構が生成される（ブロック２１６）。特定の異性体グループ内の各々の種を機構内で単一の代表異性体で置き換えることは、ある異性体グループに属する種の全ての熱力学的性質及び輸送量がそれぞれの代表異性体の特性で置き換えられることを意味する。従って、特定の異性体グループ内の種を伴う機構内の全ての化学反応方程式は、それぞれの代表異性体及び代表特性を含むように修正される。
【００５０】
各代表異性体は、別個の化学種のグループを置き換えるので、代表異性体の熱力学的性質及び輸送量は、異性体グループ内の各化学種の対応する特性の組合せであり得る。各化学種の寄与を考慮に入れる方法は当該分野で知られている。例えば、上記の独立機構換算プロセスの説明において、非特許文献２に記載されているような等配分手法が適用されている。この等配分手法は、本発明の教示に従い、反復的異性体置き換え手順の実施形態において適用することができる。
【００５１】
しかしながら、全ての異性体が全ての時点で厳密に同じに寄与するという仮定は、結果としてもたらすランピングされた機構の正確さを低下させかねない。それゆえ、別の実施形態は、異性体グループにグループ分けされた化学種の寄与を見積もる代替的な手法を使用する。この手法は、非特許文献３で説明され、用いられている定比手法である。
【００５２】
この定比手法は、各異性体グループにおける種のグループ内質量分率を追跡し、全てのサンプリング点にわたる平均質量分率をランピングされた種に対する各々の種の相対寄与として用いる。これは、マスター機構を用いて、注目する条件の範囲わたってシミュレーションを実行して、グループ内質量分率の平均を計算することを必要とする。
【００５３】
ＩＩ．Ａ．速度定数の調整
独立型機構換算プロセスに関連して上で論じたように、種が代表異性体及び代表特性で置き換えられた化学反応方程式の速度定数は、この特性における変化を考慮に入れた調整を必要とすることがある。速度定数の調整は、上記のセクションＩ．Ａ．で説明したように進めることができる。しかしながら、等配分手法ではなく定比手法が適用される場合、化学反応方程式に対する以下の調整を行わなければならない。すなわち、定比手法において、ＬAは、｛Ａi｝グループ内のＡiの平均グループ内質量分率の逆数に等しく、ＬBは、｛Ｂi｝グループ内のＢiの平均グループ内質量分率の逆数に等しい。ＬA及びＬB値における違い以外は、定比手法の速度定数は、等配分手法に関連してセクションＩ．Ａ．で説明したのと同じ方法で調整される。一実施形態において、速度定数の調整は、種を代表異性体で置き換えることを伴うプロセスの各々の反復に関連して行われる（ブロック２１６）。
【００５４】
再び図２を参照すると、仮機構を用いて、ブロック２１８に示すように、選択された目標出力変数について解を生成する。仮機構を用いて生成された解を、マスター機構を用いて生成された対応するマスター値と比較して、各目標出力変数について規格化された誤差値を生成する（ブロック２２０）。より詳細には、各目標出力変数についての規格化誤差値は、次式
【数１】
2014520294.tif 000002
で求められ、式中
ＭＶは、目標出力変数に対応するマスター値であり、
ＰＶは、仮機構を用いて生成された目標出力変数の値であり、
Ｒは、目標出力変数に割り当てられた相対誤差許容差であり、
Ａは、目標出力変数に割り当てられた絶対誤差許容差である。
【００５５】
各目標出力変数についての規格化誤差値が所定の閾値未満であれば、全ての割り当てられた誤差許容差設定は満たされている。一実施形態において、この所定の閾値は１．０とすることができる。ブロック２２２に示すように、目標出力変数についての規格化誤差値の全てが所定の閾値を下回ったならば、集合内の別の異性体ランピング規則が適用され（ブロック２２４）、異性体ランピング手順及び速度定数調整ステップが繰り返され、新たな仮機構が生成される。この時点で、より多くの種が置き換えられ（ブロック２１６）、目標出力変数についての解が生成され（ブロック２１８）、所定の閾値との比較（ブロック２２２）のための、規格化誤差値の新たな集合が生成される（ブロック２２０）。上述のように、より多くの種を機構から除去することは、規格化誤差値を大きくするので、異性体ランピング規則を反復的プロセスで適用することは、より多くの種を代表異性体で置き換え、各々の逐次的ステップにおいて規格化誤差値を大きくする結果となる。
【００５６】
本発明の１つの実施形態において、上で「独立型」機構換算プロセスに関して説明したような異性体ランピング規則の同じ系列は、反復プロセスであっても適用される。すなわち、上述の各々の異性体ランピング規則が順次適用され、逐次的な異性体ランピング規則が適用されるたびに新たな仮機構が生成される。本発明の代替的な実施形態において、ランピング規則は、上述の系列に現れる順序とは異なる順序で適用することができ、又は他のランピング規則を本発明の概念から逸脱することなく適用することができる。さらに、各々の仮機構及び関連付けられる生成された規格化誤差値は、後のアクセス又は取り出しのために記録又は格納することができる。
【００５７】
異性体ランピング規則を逐次的に適用し、仮機構及び規格化誤差値を生成し、規格化誤差値を所定の閾値と比較するプロセスは、ブロック２１６−２２４に示すように、規格化誤差値が所定の閾値に合致するか又はそれを超えるまで続く。この時点で、反復的プロセスは終了し、いずれの規格化誤差値も所定の閾値を超えない最も少ない数の種を伴う仮機構が換算機構として指定され、出力され又は格納される（ブロック２２６）。プロセスは、集合内の全ての異性体ランピング規則が適用され、且つ閾値を上回る規格化誤差値が生成されなかった場合にも終了することができる。この場合、最も少ない数の種を伴う仮機構を換算機構として出力し、同定し、指定し、又は格納することができる。
【００５８】
本発明の実施形態において、反復的異性体換算プロセスは、規格化誤差値が生成されるにつれてこれを追跡することによって監視することができ、プロセスを任意の時点で停止させることができる。本発明による機構換算プロセスは、異性体ランピング手順中に生成された任意の仮機構の選択及び取り出し又はアクセスを、化学反応のモデル化のために、規定することもできる。このことは、化学反応モデルの解析における大きな自由度を可能にする。
【００５９】
ＩＩＩ．コンピューティング装置及びシステム
本発明の種々の実施形態は、種々のハードウェア及び／又はソフトウェアのモジュール及びコンポーネントから構成されるデバイスにおいて、独立して又は集合的に実装することができることが理解される。そのようなデバイスは、例えば、互いに通信接続されたプロセッサ、メモリユニット、及びインタフェースを含むことができ、デスクトップ型、サーバ型及び／又はラップトップ型コンピュータから、移動体デバイスなどのような大衆消費電子デバイスまでの範囲に及ぶことができる。そのようなデバイスは、入力デバイス及び周辺デバイス、並びに、デバイスがデータ及び命令を種々の媒体、入力デバイス、ネットワーク、又は本発明の種々の実施形態に従う他の入力手段から読み出すこと及び受け取ることを可能にする、その他のコンポーネントを含むことができる。
【００６０】
例として、図３は、本発明の種々の実施形態を実装することができるデバイス３００のブロック図を示す。デバイス３００は、少なくとも１つのプロセッサ３０４及び／又はコントローラと、プロセッサと通信する少なくとも１つのメモリユニット３０２と、インターネット又はその他のネットワーク、実体及びデバイスなどの通信媒体と直接又は間接的にデータ及び情報を交換することを可能にする少なくとも１つの通信ユニット３０６とを含む。プロセッサ３０４は、例えばメモリ３０２内に格納された、プログラムコードを実行することができる。通信ユニット３０６は、１つ又はそれ以上の通信プロトコル及びインタフェースに従った有線及び／又は無線通信能力を提供することができ、従って、適正な送信／受信アンテナ、回路及びポート、並びにデータ及び他の情報の適正な送信及び／又は受信に必要であり得るエンコード／デコード能力を提供することができる。デバイス３００は、種々のその他のコンポーネント、例えば、出力をユーザに提供するためのディスプレイ及び入力インタフェース（例えば、キーボード、マウスなど）などをさらに含むことができる。
【００６１】
同様に、本発明の各モジュール内の種々のコンポーネント又はサブコンポーネントは、ソフトウェア、ハードウェア、及び／又はファームウェアにおいて実装することができる。モジュール及び／又はモジュール内のコンポーネント間の接続は、適切なプロトコルを用いたインターネット、有線又は無線ネットワーク上での通信を含むがそれらに限定されない種々の接続方法及び媒体のうちのいずれか１つを用いて提供することができる。
【００６２】
ＩＶ．化学反応
モデルからの結果を用いて、化学反応における所望の結果を達成することができる。例えば、モデル機構においてランピングされた化学種を用いた化学反応を起こさせて、そのランピングを用いた化学反応モデルによって生成される結果と実質的に同様の結果を達成することができる。
【００６３】
本明細書に記載の種々の実施形態は、方法ステップ又はプロセスの一般的な文脈で説明され、これらは、１つの実施形態において、コンピュータ可読メモリ内で具体化されるプログラムコードなどのコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品又はモジュールにより実装することができ、ネットワーク環境内のコンピュータ又はコンピューティングシステムのような装置で実行することができる。コンピュータ可読メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）などを含むがこれらに限定されない取外し可能型及び固定型の記憶装置を含むことができる。従って、種々の開示された実施形態は、非一時的なコンピュータ可読媒体上で具体化されるコンピュータコードによって実装することができる。他の実施形態のプロセスは、データに対して操作を実行するために使用することができ、ここでプロセス操作のための命令及びデータ、又はそれらの要素は、１つ又はそれ以上のコンピューティングデバイス又はシステム上に存在するか、又は１つ又はそれ以上のコンピューティングデバイス又はシステムを通って転送することができる。
【００６４】
本発明の実施形態は、ソフトウェア、ハードウェア、アプリケーション論理、又はソフトウェア、ハードウェア及びアプリケーション論理の組合せにおいて実装することができる。ソフトウェア、アプリケーション論理及び／又はハードウェアは、クライアントデバイス、サーバ又はネットワークコンポーネント上に存在することができる。所望であれば、ソフトウェア、アプリケーション論理及び／又はハードウェアの一部はクライアントデバイス上に存在することができ、ソフトウェア、アプリケーション論理及び／又はハードウェアの一部はサーバ上に存在することができ、ソフトウェア、アプリケーション論理及び／又はハードウェアの一部は、ネットワークコンポーネント上に存在することができる。例示の実施形態において、アプリケーション論理、ソフトウェア又は命令セットは、種々の従来型コンピュータ可読媒体のいずれか１つの上で維持される。この文書の文脈において、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、装置、若しくはデバイス、例えばコンピュータにより使用される命令、又はこれらと関連して使用される命令を収容し、格納し、通信し、伝搬し又は輸送することができる任意の媒体又は手段とすることができ、そのようなデバイスの一例が図３で説明され描かれている。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読記憶媒体を含むことができ、これは、命令実行システム、装置、若しくはデバイス、例えばコンピュータなどにより使用される命令、又はこれらと関連して使用される命令を収容又は格納することができる任意の媒体又は手段とすることができる。１つの実施形態において、コンピュータ可読記憶媒体は、非一時的な記憶媒体である。
【００６５】
種々の点で、本発明の実施形態は、データベースからのデータを用いることができる。例えば、化学種のデータベースにアクセスして、化学種の種々の特性を入手することができる。本開示に記載された他のデータは、同様に、データベースから入手することができ、又はデータベースに格納することができる。
【００６６】
所望であれば、本明細書で論じた異なる機能は、異なる順序で及び／又は互いに同時に実行することができる。さらに、所望であれば、上記の機能のうちの１つ又はそれ以上を随意のものとすることができ、又は組み合わせることができる。
【００６７】
本発明の種々の態様は、独立請求項で説明されるが、本発明の他の態様は、記載した実施形態及び／又は従属請求項からの特徴のその他の組合せを独立請求項の特徴と共に含み、単に請求項で明示的に説明された組合せだけを含むのではない。
【００６８】
上記の実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示したものである。上記の説明は、網羅的であること、又は本発明の実施形態を開示された通りのものに限定することを意図したものではなく、改変及びバリエーションが、上記の教示に鑑みて可能であり、又は種々の実施形態の実施から獲得され得る。本明細書において論じた実施形態は、種々の実施形態の原理及び性質並びにその実際の用途を説明して、当業者が本発明を種々の実施形態で、且つ、具体的に意図される使用に適するような種々の改変と共に利用することを可能にするために選択し、説明した。本明細書に記載の実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、システム、及びコンピュータプログラム製品の全ての可能な組合せにおいて組み合わせることができる。
【図１】
2014520294.tif 000003
【図２】
2014520294.tif 000004
【図３】
2014520294.tif 000005
【国際調査報告】
2014520294.tif 000006