在循环式内燃发动机中通过均质燃烧基点火(hcri)或部分hcri的燃烧控制的制作方法

专利名称：在循环式内燃发动机中通过均质燃烧基点火(hcri)或部分hcri的燃烧控制的制作方法
技术领域：
实施例总的涉及在通过使用选择的基点燃种类在发动机中氢、乙 醇和碳氢化合物燃料以及燃料/水性燃料组合的燃烧的改进的控制初始 化和增加中涉及的普通热流体化学动力学过程。
背景技术：
内燃("IC")发动机几乎在八十年来已成为主要的动力源。因 此，虽然目前进行了针对开发新概念发动机(电动发动机，燃料电池 发动机，混合动力发动机等)的许多努力，但更多的努力仍致力于持 续增强循环式(往复和旋转)内燃发动机。对于此进程更新的是对于 共同演变的"燃料设计"和"发动机设计"的努力，以更好地相互相 容。并且此工作的大部分仍保持为关注于用于燃烧开始("SOC")的 火花点火("SI")和压縮点火("CI")模式。然而，尽管许多相关 的进步，但与这些点火模式的常规形式相关的以及与这两个模式的更 新的变化相关的困难和限制持续存在。这些抑制因素的原因来源于以 这些模式进行的燃烧的本质。
在常规的SI初始化火焰传播燃烧中，当燃料和空气的均质混合物足够富集以维持火焰且在一点处被火花点火时，火焰中心形成且从点 燃点作为燃烧锋面前进。然而，此锋面以其自身固有的速度扩展通过 主室，且因此有效地超过任何进一步的控制。另外，在化学活性的此 区域(锋面)内，反应种类的比放热功率和驻留时间不能被控制。在 此移动的燃烧区域内的迅速膨胀(由于放热能量的释放)趋向于导致 其反应微粒过早排出(从移动的锋面排出)。因此，燃烧速度降低且 燃烧不完全而带有有害的排放物。
在常规的直接喷射("DI" ) CI中，燃料以可获知的入口速度引 入。燃料当进入燃烧室内时被雾化为小滴组，其个数密度足够高以形 成充分地紧密分开的燃料小滴的云，以使得火焰在周围建立而作为包 络。然后，它们的锋面通过由喷雾引入时施加的动量被驱动越过压縮 的空气充量。在火焰包络内侧氧被完全耗尽，而燃料在锋面处被完全 消耗。燃料在火焰锋面处达到其最大温度，因此稳定了燃烧过程。然 而，这也用于最大化氮氧化物的形成。另外，燃料当接近缺乏氧的高
温区域时被热解(pyrolize)为碳烟。并且如在常规的SI的情况中，在 SOC后，在此常规过程中的燃烧有效地超过了任何另外的控制。对此过 程的常规增强已一般地限制于空气燃料混合物的功效。 '
在常规SI和常规DI的CI中，点燃过程通过相对"较高"温度的化 学动力学机制驱动。取决于燃料，负责初始化这些机制的链式初始化 反应涉及直接燃料氧化或燃料分裂。燃料分裂可能由于较高温度的自 身(热分裂)导致，或由于在(取决于)较高温度的第三体反应导致。 因此，在其常规形式中，这两个模式都要求相对地高的热水平以使燃 烧开始(与在一些更新的开发中需要的水平相比)。同样，为使由这 些模式初始化的燃烧可持续，典型地要求燃料相对于氧的相对较高的 浓度(与更新的点燃改变中的一些点燃改变所需浓度相比)。
与常规的SI和常规的CI相比，均质燃烧的过程可实现点燃所需热 的降低和维持燃烧所需的燃料与氧的比的降低。均质燃烧需要在点燃期间主燃烧室空气-燃料充量的大体积的同时包络。燃烧事件在整个混 合物内被初始化(即，多点点燃)，且在无可见的移动火焰锋面情况 下而前进。因此，使用均质燃烧的发动机的行为一般地类似于压燃式 搅动化学反应器。在均质燃烧的过程中，反应中的燃料-空气混合物的 化学动力学主要通过种类浓度、温度或它们的组合初始化。在后文中， 均质燃烧通过种类浓度的化学诱导称为RI ("基点燃")，且通过温 度的诱导称为TI ("热点燃")。TI是CI的改变。
RI诱导的均质燃烧的早期例子在Goossak的美国专利No. 3,092,088; No. 3,230,933; No. 3，283,751和No. 3，802，827中描述。在 Goossak的"LAG"四冲程往复式内燃发动机中，燃料富集的混合物在 小的预室内的火花点火之后是燃料稀薄的混合物在较大的主室内的燃 烧。为将这些室连接，Goossak的低温点火发动机利用了小通道。此通 道撕开且熄灭了从预室发出的燃烧的气体，使得火焰不通过。相反地， 仅非燃烧的不完全燃烧产物的质量射流被传递到主燃烧室。在一定的 运行条件下，然后可见燃烧从许多小的产物核在主燃烧室的空气-燃料 充量的大体积内同时发展，该小的产物核由预室质量射流的湍流尾迹 导致。在这样的运行条件下，此多点点燃跟随了这些核的实际上的准 均质散布。
由于中间种类和例如CH3、 H202、 CH20、 C2、 CH和H的基(通过
富集混合物在预室内的不完全燃烧产生)导致的高化学活性与高湍流
强度水平(通过质量射流生成)联合一起产生了LAG发动机的主燃烧 室内的早期点燃和迅速燃烧。虽然并非负责在LAG发动机内的分层进 气均质燃烧的所有种类都是基，但因为Goossak且在下文中RI被理解为 主要由高反应性中间种类和/或基(一起称为"RI种类")的存在导致 的自燃。不幸的是，因为这取决于在同一个循环中产物核的流体动力 学散布，所以LAG发动机仅能制成为在总体发动机运行范围的有限的 部分内有效运行。Blaser等披露了对于RI的不同的解决方法。对此解决方法的后续工 作导致数个实际的四冲程往复式内燃发动机设计(美国专利No. 4，S98,135; No. 5，862,788和No. 6,178,942)。此解决方法实现了在一个 循环内的RI种类生成以用于下一个循环，从而克服了LAG发动机的散 布限制。在最近的称为SCS ( "Sonex燃烧系统")的例子中，在LAG 发动机的低温点燃中所具有的相同的主要效果通过此活塞微室构造而 形成即"RI种类"和强湍流。不幸的是，此技术具有缺点。 一个缺 点是可能仅提供平均总体发动机运行范围优化以用于同时的发动机效 率改进和排放降低。因为典型地必须对于发动机的总体运行范围条件 进行优化，所以此基于活塞的技术在高负荷期间产生了过多的基且在 低负荷期间产生了不足的基。为补偿，发动机控制装置必须将燃料喷 射正时超调，以实现希望的SOC正时。因此，在高转速下，喷射正时必 须很大以晚于燃料的充分混合，从而降低了燃烧的均质程度且增加了 CO和其他污染物的产生。因此，不能利用在发动机运行范围的所有点 处的RI的完全潜能。在一些运定点处，这实际上降低了发动机性能。
转到TI，其早期的例子是Noguchi等人的美国专利No. 4,317,432。 此专利描述了在汽油二冲程往复式内燃发动机中称为Toyota-Soken ("TS")燃烧的低温自点燃燃烧过程。在此TI变化中，进气口一排 气口的设计造成了在离开的已燃气体和进入的新鲜进气之间的重叠。 这允许了将热传递(且也携带了一些化学活性产品)到冷的新鲜进气。 TS燃烧的一些特征模仿了现有技术LAG和SCS发动机的特征。大约在 同时开发的ATAC (Active-Thermo-Atmosphere Combustion)发动机也 涉及了基本上与TS相同的TI现象(SAE论文No. 7卯501 [Onishi等])。 虽然在Ishibashi和Asai的此发动机类型的进步中强调了包括了基(SAE 论文No. 980757和美国专利No. 5,697,332)，但与在LAG和SCS发动机 中的总体基活性相比，已发现这样的活性在TS和ATAC发动机内最小。 另外，与SCS发动机相比，在此发动机中RI种类不从一个循环携带到下 一个循环。因此，目前的TS和ATAC与均质进气压縮点火(HCCI)发 动机分类在一起。HCCI是TI,且因此是CI的改变。Najt和Foster (SAE论文No. 830264)拓展了对排气的热能的使用， 以导致在四冲程往复式内燃发动机中的TI均质燃烧。他们的工作和更近 期的带有EGR的数值计算(SAE论文No. 2001-28-0048 [Blank等人]， 在此通过参考合并)一起证实了TI包括在进气和氧稀释的热学加热中的 均质点燃。另外，被发现对于LAG和SCS发动机内的自燃诱导负责的主 要的"RI种类"在此更近期的计算研究的EGR IT燃烧排气中未发现。 因此，RI种类不包括在四冲程HCCI变化中。HCCI燃烧的多种其他名称 包括预混合进气压縮点火("PCCI")和压縮点火均质进气("CIHC")。
随后进行了更多的工作以扩展TI在二冲程和四冲程往复式内燃发 动机应用中的可利用性。然而，在PCCI发动机的某些运行条件下，至 今还存在未解决的问题。在HCCI发动机内燃烧通过压縮导致的"低" 温度燃料氧气链式初始化反应导致的自燃而开始。因为燃料-空气进气 混合物在上止点("TDC")前很好地形成，所以点燃可以在压縮过 程期间多次发生。因此，当发动机负荷增加时，点火正时趋向于提前 且燃烧速度趋向于增加。另外，由于在TDC之前的早期热量释放，热 效率可能降低，且由于更快和更早的燃烧，发动机的运行可能变得粗 暴。相反地，当负荷降低时，点火正时趋向于延迟。这可能最终导致 点火不良以及排放物的增加。另外，当发动机速度增加时，因为用于 稀释的混合物的低温主要反应的时间更短，所以用于主热量释放的时 间被延迟。在此情况中，如果可利用的时间变得不充分，则也可能发 生点火不良。
这些PCCI问题可以替代地从压縮比("CR")的角度观察。对于 给定的一组的使用特定的燃料的开始条件的增强(通过CI)存在一个 CR。如果CR (在后文中称为"有效充气CR")与"发动机的机械压 縮比"相同，则燃烧将在"正确"的时间开始，即典型地燃烧初始在 活塞处于TDC时发生，且使得峰值缸压一般地在曲轴的10度转角内发 生。然而，如果有效进气CR (自燃CR)低于发动机的机械CR，则燃烧将在活塞TDC前开始，且发动机将不可接受地敲缸。如果自燃CR高
于发动机的机械CR，则将发生点火不良且发动机将不运行。因此，TI
的主要限制是缺少对于实际发动机所需的在可能的运行条件(包括燃 料十六烷值和辛垸值、环境温度、负荷、发动机速度等)范围内控制
预混合的HCCI和SCCI (分层进气压燃)(共同地PCCI)的可接受的方 式。
进行了更多的工作以扩展RI模式的使用。密切地基于LAG概念的 热化学特征，Oppenheim等人开发了脉冲射流燃烧(PJC)点火系统和 随后的称为射流羽烟(Jet Plume)喷射和燃烧(JPIC)系统的第二系统 (美国专利No. 4,924,828 ; No. 4,926,818 ; No. 4,974,571和No. 5,271,365;和SAE论文No. 2000-01-0194和No. 2000-01-0199)。然 而，在他们的JPIC系统中，燃烧控制依赖于反应物成分和流体力学，且 因此受到与LAG发动机中相同发现的限制相同的限制。
LAG概念的基于催化剂的延伸是称为Smartplug的现有技术(美国 专利No. 4,977,873; No. 5,109,817; No. 5，297，518和No. 5,421,299)。 Smartplug引入件提供了与火花点火的燃料富集预室相同的效果，但没 有预室燃料供给的增加的复杂性。然而，作为通过质量射流输送不完 全燃烧产物的替代，这主要是TI形式，从而将热能通过火焰射流发射。 因此，Smartplug不涉及RI且其优点主要限制于带有其较低的热效率潜 能的预混合进气应用。
在美国专利No. 6，092，512和No. 6,345，610中提及了在发动机燃烧 气缸外侧生成不完全燃烧产物直接用于增加气缸内的燃烧控制的两个 近期的努力。虽然这两个努力实现了对计量的量的不完全燃烧产物的 合适的使用以适合于每个发动机运行状况，但第一个应用依赖于改变 排气状况且第二个应用简单地是移动到进气歧管的LAG概念自身。它
们在高速和高负荷情况下可能不是有效的。因此，它们都不能提供使 得均质燃烧在整个发动机运行范围上发生且工作所需的控制。因为这些原因，建议了双模式解决方法，该方法合并了仅在轻负荷下的LAG
技术(见美国专利No. 6,595,181)。从此简要的回顾中，数个情况变得 显见。主要地，仅RI和TI变化(CI的变化)能在内燃发动机中产生均质 燃烧。然而，有效的TI现有技术限制于预混合燃料的应用(且因此限制 于较低的效率)且限制于仅在发动机运行范围的有限部分内的运行。 DI燃料引入内燃发动机变化提供了较高的效率潜能且不受发动机运行 范围的限制，但不幸地它们不能是均质燃烧运行。在常规的RI发动机 中，示出为能在整个发动机运行范围内使用燃料DI的单独模式均质运 行的唯一变化是SCS发动机。然而，在此RI变化中对于燃烧的控制的进 行远远是有限的，且在发动机运行范围的一定的部分内此变化实际上 使燃烧退化。

发明内容
实施例一般地涉及用于控制燃料在发动机的主燃烧室内的点燃所 需的热量和相对于氧浓度的所需的燃料浓度的降低的方法。方法包括 提供在至少一个前次燃烧循环中在与发动机的主燃烧室相关的次级室 内生成的多个基点燃种类，其中多个基点燃种类通过至少一个OH基点 燃种类驱动的化学动力学机制生成。方法也包括引导多个基点燃种类 的一部分到主燃烧室。方法进一步包括调节主燃烧室的基点燃种类的 部分的积累和生成的基点燃种类，以调节在主燃烧室内燃料的点燃事 件。
另一个实施例一般地涉及用于使用预定量的多个基点燃种类而化 学地调节燃料在发动机内的燃烧的过程。过程包括提供通过至少一个 管道连接到可变体积的主燃烧室的至少一个次级室，且将至少部分地 在至少前一个循环中在发动机内生成的预定量的多个基点燃种类引导 到可变体积主燃烧室，以在主压縮事件的结束前与可变体积主燃烧室 的新的空气进气混合。过程也包括在主压縮事件期间将可变体积主燃 烧室空气的第二部分和燃料保留在至少一个次级室内，且使用在可变 体积主燃烧室内的预定量的基点燃种类来作为化学剂(agent)，以通过驱动涉及经由基的燃料分解的预点燃化学反应而首先激活燃料的预 点燃事件，然后初始化点燃事件的点燃化学反应的开始，该点燃事件 经由OH驱动燃料分解。方法进一步包括使用通过点燃事件和燃料燃烧 生成的峰值压力来驱动OH和能量从可变体积主燃烧室到至少一个次级 室内。方法再进一步包括使用从可变体积主燃烧室传来的OH和能量和 存在于次级室内的第二多个基点燃种类以在至少一个次级室内驱动一
个OH基种类驱动的燃料分解子机制或多个OH基种类驱动的燃料分解 子机制，以用于另外的基点燃种类的生成。
再另一个实施例总地涉及包括气缸的内燃发动机中的设备，其中
气缸进一步包括至少一个可变体积燃烧室，该燃烧室由做功动力产生
部件限定，该部件在外侧上由气缸壳体限定的空间内移动。气缸构造
为周期性地接收燃料和空气进气且实施燃烧循环，该燃烧循环包括进
气、主压縮、燃烧、做功膨胀和排气部分阶段。设备包括在至少一个
可变体积燃烧室附近的围绕气缸的气缸壳体布置的至少一个微室，其 中至少一个微室构造为用作多个基点燃种类的产生的发源地点。设备
也包括至少一个连接管道，该至少一个连接管道构造为将至少一个微 室与相关的至少一个可变体积燃烧室联接，其中至少一个连接管道也 构造为允许在燃烧循环的不同阶段期间多个基点燃种类、空气、燃料 和化学反应产物出入至少一个微室的流动。设备进一步包括与至少一 个微室相关的至少一个控制器，该至少一个控制器构造为基于施加到 发动机的负荷和速度要求而调节提供到至少一个可变体积燃烧室的多 个基点燃种类的量。


因为参考如下的实施例的详细描述并结合附图更好地理解实施例 的多种特征，因此可以更完全地认识到该实施例的多种特征。
图1描绘了根据HCRI过程100的一般的HCRI热流体化学动力学过程。图2A是利用了在图1中示出的HCRI过程100的示例性HRCI发动机 200的单独的发动机燃烧气缸的复合的示意图。
图2B是用于图2A中示出的一般的HRCI发动机实施例的示例性电 子控制系统的示意图。
图3描绘了用于氢、乙醇和碳氢化合物燃料的一般的点燃极限的曲 线图。
图4A是描绘了利用了在图1中示出的根据HCRI发动机200的HCRI 过程100的典型的四冲程HRCI旋转燃烧发动机(HCRI发动机300)的单 独的发动机气缸的内部的示意图。
图4B描绘了在图4A中示出的利用了 HCRI过程的四气缸HRCI旋转
燃烧发动机的两个发动机燃烧气缸的顶视图。
图4C描绘了用于在图4A中示出的利用了HCRI过程的四气缸HRCI
旋转燃烧发动机实施例的安装在壳体外周的微室组件的通过截面 (A-A)的顶视图。
图4D描绘了用于在图4A中示出的利用了HCRI过程的四气缸HRCI
旋转燃烧发动机实施例的一个发动机燃烧气缸内的转子的侧视图。
图5A描绘了利用了在图1中示出的根据HCRI发动机200的HCRI过
程100的典型的HRCI二冲程往复式发动机(HCRI发动机400)的一个发
动机燃烧气缸的示意性的内部轴截面图(通过线E-E的截面)。
图5B描绘了利用了HCRI过程的在图5A中示出的HRCI二冲程往复
式发动机实施例的一个发动机燃烧气缸的内部顶部(通过顶部的包括
线E-E的径向截面)的示意图。
图5C描绘了利用了HCRI过程的在图5A中示出的HRCI二冲程往复
式发动机实施例的一个发动机燃烧气缸的内部底部(通过线G-G和H-H
的气缸的底部的径向截面的顶视图，且也示出了在这些线下方的活塞)
的示意图。
图6A描绘了利用了在图1中示出的根据HCRI发动机200的HCRI过 程100的典型的HRCI四冲程往复式发动机(HCRI发动机500)的一个发 动机燃烧气缸的内部轴截面(通过线D-D的截面)的示意图。
图6B描绘了利用了HCRI过程的在图6A中示出的HCRI四冲程往复式发动机的一个发动机燃烧气缸的内部轴截面(通过线J-J和线K-K)的
示意图。
图6C描绘了使用了HCRI过程的在图6A中示出的HCRI四冲程往复 式发动机的一个发动机燃烧气缸的内部顶部(通过气缸盖的包括线D-D 和J-J的径向截面)的示意图。
图6C描绘了使用了HCRI过程的在图6A中示出的HCRI四冲程往复 式发动机的一个发动机燃烧气缸的内部底部(包括线K-K的底部的径向 截面)的示意图。
图7A是示出了对于完全DI的HRCI四冲程往复式发动机的初级室 和次级室的釆样压力与曲柄角("CA")值的关系的曲线图，该发动 机采用C2HsOH燃料和17.5:l的CR (P, —主室，P2 —微室)。
图7B是示出了对于完全DI的HRCI四冲程往复式发动机的初级室 和次级室的采样温度与曲柄角("CA")值的关系的曲线图，该发动 机采用C2H50H燃料和17.5:1的CR (l —主室，丁2 —微室)。
具体实施例方式
为简化和图示的目的，本发明的原理通过主要参考其典型实施例 来描述。然而，本领域一般技术人员将容易地认识到相同的原理等同 地适合于且可以实施在所有类型的燃烧发动机中，且任何这样的变化 不偏离本发明的真实精神和范围。此外，在如下的详细描述中，参考 了附图，该附示了特定的实施例。可以对实施例进行电气、机械、 逻辑和结构改变而不偏离本发明的精神和范围。如下的详细描述因此 不具有限制性意义且本发明的范围通过附带的权利要求和它们的等价 物限定。
实施例一般地涉及点燃控制过程。更特别地，点燃控制过程是热 流体化学动力学过程，该过程构造为提供对于在循环式内燃发动机内 的均质燃烧和接近均质燃烧的RI种类初始化的严格控制，该发动机使 用了不同的氢、乙醇和碳氢化合物燃料和燃料/水性燃料混合物。点燃 控制过程通过利用RI种类，即基(radical)和高反应性的中间种类实现了此严格控制，以"支配"循环式内燃发动机内的点燃和燃烧。在 这样的条件下的自燃可以称为通过基点燃("RI")模式。
其他实施例涉及以可以适合于发动机运行范围内的任何点的方式 调节循环式(往复活塞式和旋转式)内燃发动机内的燃烧。这些其他 的实施例可以实施为循环式内燃发动机，该内燃发动机被修改以使用 点燃控制过程。除使用RI的单独点火模式发动机外，点燃控制过程的 实施例也可以增强多个另外的循环式IC发动机的范围内的SI和CI。
这些RI种类增强内燃发动机使用了 RI种类来以"帮助"(而非支配) 在主要使用这些较旧的点火模式的常规内燃发动机的修改形式中的点 燃和燃烧。在所有三个点火模式情况中，点燃控制过程的使用可能实 现了带有增加的效率和降低的总体排放的改进的燃烧。
在比较了通过RI用于SOC的化学动力学机制与通过其他点火模 式和SOC相关的一般机制时，对CI模式的TI ("热点燃")改变用 作良好的参考点。与典型地与DI的CI和SI相关的"较高"的温度相 比，带有预混合燃料TI的SOC—般地在"低"温度下发生。另外，用 于TI的在"低"温度下的链式初始化反应最典型地是燃料氧化反应。 相反，在相对于TI的"低"温度的"较低"温度下发生了受控RI过程。 同样，用于RI的链式初始化反应主要涉及RI种类H202和H02，而非 燃料02的反应。另外，用于RI的在"较低"温度下的基于RI种类的 链式初始化反应典型地比用于TI的在"低"温度下的基于燃料氧化的 链式初始化反应更快。
此外，TI的支配的燃料02链式初始化反应高度地受到空燃比的影 响。另一方面，因为这基于非常不同的机制，所以用于RI的支配的链 式初始化反应毫不取决于空燃比。替代地，支配的RI链式初始化反应 更多地取决于RI种类的存在强度(浓度)。这些TI和RI的比较应用 于DI燃料和均质燃烧RI ( "HCRI")的预混合燃料子类。此外，因 为此存在强度通过点燃控制过程变为可控的有益物品，所以此新的过程发明能实现对与用于预混合和DI燃料情况的SI模式和CI点火模式 的修改相关的昂贵的现有技术的潜能的更深的挖掘。
点火控制过程的内燃发动机实施例包括一个或多个发动机燃烧气 缸，它们带有便于主压縮、主燃烧、做功膨胀、排气和进气事件的装 置，这对于本领域的一般的旋转和往复活塞式内燃发动机族是普通的。 对于这些发动机独特的是静止的次级RI种类生成室，该室位于气缸的 初级燃烧室附近。在二冲程和四冲程往复式发动机中，这些次级室(称 为微室)位于气缸盖和/或气缸套内或附近，该气缸盖和/或气缸套与活 塞一起围绕(且因此限定)了初级燃烧室(称为主室)。在旋转式燃 烧发动机中，这些微室典型地位于气缸壳体外周内或附近的功能等价 的位置处，所述的气缸壳体外周与转子一起限定了多种初级室(主室)。
这些微室("M-C")与初级室通过管道联接。管道定尺寸为使
得在M-C和主室之间的流动在内燃发动机实施例的几乎所有运行速度 下被节流。管道的尺寸也设计为在主室事件期间在达到M-C前在管道 内熄灭火焰。M-C和它们的管道也可以位于气缸的移动部分(例如， 活塞或转子)内。
这些实施例构造为包括控制设备，该控制设备与M-C内的RI种 类产生和跟随此M-C产生的其他过程相关。这些控制设备使得能调节 RI种类的总体产生和/或总体输送，以在后一个循环中在主室内使用。 对总体产生和/或输送的调节取决于RI种类的最终的量，在随后的循环 期间这些RI种类必须存在于给定的主室内，以帮助便于通过RI种类 以希望的方式且取决于发动机的运行条件(组合的负荷、燃料、速度 等)而发生燃烧事件。因此，当产生控制在静止的M-C的一些M-C中 执行时，在这些室内对它进行调节，其方式为考虑到由气缸的所有M-C 生成的RI种类的总量以及任何可预先确定的主室生成和补充生成和在 下一个燃烧事件开始前向后发生的任何可预先确定的输送。在M-C内，RI种类自然地通过特殊的"OH-RI种类"驱动的燃料 分解反应而生成。对于这些特殊的燃料分解反应的OH供给是在主燃烧
事件期间生成的大的量，且在随后的点燃期间和之后峰值的主室比微
室压力导致的质量传递期间传送到M-C。此"OH-RI种类"驱动的RI 种类生成过程的总体生成水平主要受到三个因素的影响。第一因素是 多种种类在M-C中的相对浓度。第二因素是反应M-C组成的温度。第 三因素是M-C的总体体积。在这些因素的第一个因素中，基本地，燃 料与OH的比和燃料与RI种类的比最重要。这些比可能又部分地通过 调整控制流体到可调节M-C内的引入而被调节。第二因素可以部分地 通过M-C增强设备来控制，该M-C增强设备能调整M-C表面或/和内 部温度。第三因素可以通过设计来控制，该设计能调节M-C的体积。 也可以使用其他类型的M-C RI种类生成控制增强设备。
在HCRI循环内的一些点处，存在于M-C内的新造成的RI种类的 部分将典型地转变为"冻结平衡"的非反应性状态或转变为的"接近 冻结平衡"的非常低的反应性状态。RI种类的此部分的一部分将维持 保留在M-C内，直至它可以用于帮助形成种子且孕育随后的主室气体 进气以用于完全的HCRI或(SI或CI的)RI种类增加的目的。
无论在调节M-C RI种类生成过程中的控制程度，主室的随后的 具有RI种类的种子形成和孕育由另外的可预测的子过程支持。这些另 外的子过程的一些也是可控的。仅在主燃烧事件完成后的短时调整开 始时，两个可预测的子过程在膨胀和排气事件期间在主室内发生。在 第一子过程中，在膨胀期间从M-C排出的RI种类的大部分被保留在主 室内一段时间。在相同的期间，第二RI种类生成过程在主室内发生， 该过程类似于上文的M-C RI种类生成过程。因为主室OH (由主燃烧 事件产生的)与排放到(在膨胀和吹下期间)主室内的M-C气体的混 合，所以此第二生成过程出现。
在这两个子过程中涉及的RI种类的许多在排气期间失去。然而，在循环期间，可以引起其他可控制的子过程以调整这些RI种类的保持 且进一步增加在主室内存在的RI种类。进一步增加的方式之一是另外 的生成，该另外的生成部分地通过较早生成的RI种类的一些部分驱动。 而且，在排气和进气事件期间，可以引发控制测量以进一步调整RI种
类到主室的输送。在此以M-C引发的总体RI种类生成和输送进程中，
点燃控制过程的所有可预测和可调节的部分被协调以实现在主室内的
RI种类的希望的存在。
这些RI种类在后一个循环的主室进气中的存在实现了可控的点燃 和燃烧。在RI种类支配的发动机中，在此存在中的较大的长度用于切 换支配的链式初始化路径到在(与具有相同的燃料的用于SI和CI的典 型的链式初始化反应相比)"较低"的温度下和以较快的反应率发生 的链式初始化路径。此新颖的一般RI种类导致的点燃子机制使得在较 稀薄的条件下采用更少的供给热量的点燃时可能的。且在RI种类增加 的发动机中，点燃和燃烧化学反应典型地是此RI种类支配的化学反应 和更常规的点火模式的化学反应的混合。
点燃控制过程基于RI种类生成和输送进程的调节，该调节以M-C 在一个循环内开始以影响在另一个循环的主室内的点燃和燃烧。无论 以支配角色还是以增加角色起作用，点燃控制过程可以同时降低在本 领域中的旋转和往复式内燃发动机实施例的排放、升高其热效率且增 加其运行燃料范围。在这些内燃发动机中，此控制过程可以对于预混 合和DI燃料引入的两种情况进行所有这些。然而，此点燃控制过程的 初级实现使得具有DI的单独点火模式RI在均质状况(DI HCRI)下实 现，其方式适合于循环式内燃发动机的单一的运行状况。
图1描绘了用于HCRI热流体化学动力学过程100(在后文中称为 HCRI过程100)的典型的过程流程图。HCRI过程100是一系列复杂 的可以在内部燃烧("IC")中发生的一般性事件。图2A至图2B图 示了典型的HCRI内燃发动机200 (在下文中称为HCRI发动机200)，该内燃发动机使用了根据另一个实施例的HCRI过程100。因此，参考
图2A至图2B解释HCRI过程100。
在图2A至图2B中描绘的典型的HCRI发动机200是根据多个其 他可能的内燃发动饥构造的能使用HCRI过程100的抽象描述。HCRI 发动机200因此是一般性内燃发动机实施例，它包含了与其他使用了 HCRI过程100的可能的内燃发动机实施例相同的元件。多种元件及其 与HCRI发动机200的运行的关系的论述在下文中给出。
HCRI过程IOO使用了基和高度反应性中间种类，这些种类在后文 中称为基点燃("RI")种类。RI种类在后文中理解为包括H202 (过 氧化氢)和H02 (过氧羟自由基)，用于氢、碳氢化合物和乙醇燃料 以及燃料/水性燃料混合物。另外，当这样的燃料/燃料混合物的燃料分 子包括至少一个碳原子时(例如单独的燃料甲烷和甲醇)，则在后文 中理解的是RI种类也可以包括CH02 (甲醛)。另外，当这样的燃料/ 燃料混合物的燃料分子包括至少两个或更多的碳原子(例如，单独的 燃料乙烷、乙醇和带有更大的分子的燃料)时，在后文中理解的是RI 也可以包括CH3HCO (乙醛)。氢、碳氢化合物和乙醇燃料和燃料/水 性燃料混合物在后文中称为"燃料"。最后，取决于燃料，在后文中 理解的是RI种类也可以包括其他基和高度反应性中间种类。
在一个实施例中，完全的HCRI发动机是其中在HCRI过程100 中的IC由RI种类支配的发动机。基点燃种类增加("RIS增加")的 发动机是作为另一个实施例的发动机，其中在HCRI过程100中的IC 由RI种类辅助但不由RI种类支配。在后文中，主压縮事件理解为在 排气和进气事件完成后开始。在再另一些实施例中，在HCRI过程100 中使用了在主压縮事件开始之前由一些方式引入的燃料的完全的 HCRI发动机称为HCRI过程100的"预混合进气HCRI过程发动机" (或PC-HCRI过程发动机)，且根据再另一些实施例，在HCRI过程 100中使用了在主压縮事件开始后某时开始的燃料直接喷射("DI")的完全的HCRI发动机称为HCRI过程100的"DI-HCRI发动机"。
类似地，在一些实施例中，在HCRI过程100中使用了在主压縮 事件开始前通过一些方式引入的燃料的RIS增加的发动机称为HCRI 过程IOO的"预混合RIS增加的发动机"，且在其他实施例中，在HCRI 过程100中使用了在主压縮事件开始后某时开始的燃料DI的RIS增加 的发动机称为HCRI过程100的"DI RIS增加的发动机"。取决于使 用的支配的点火模式是火花点火(SI)还是压縮点火("CI")，这些 HCRI过程100 RIS增加的燃料引入选择(预混合和DI)的每个具有与 它们相关的子选择。因此，存在HCRI过程100的四个基本的RIS增加 的实施例。这些实施例涉及了 RIS增加的PCCI、 RIS增加的PCSI、 RIS 增加的DICI、 RIS增加的DISI。
HCRI发动机200的循环部分地包括进气事件、主压縮事件、主燃 烧事件、做功膨胀事件和排气事件。取决于HCRI发动机200的实施例， 这些事件中的一些可以同时发生。
'如在图1中示出，情况1， 105: HCRI过程100以来自前一个循 环的RI种类被输送到本循环而开始和结束。这些RI种类在一个主室 34或多个主室以及一个微室("M-C" ) 32或多个微室("M-C") 内/通过一个主室34或多个主室以及一个微室("M-C" ) 32或多个微 室("M-C")被携带到本循环(图2A)。
在新循环开始时，在主室34和M-C 32内的大量的RI种类典型地 处于"冻结平衡"(或"接近"冻结平衡)状态。RI种类然后典型地 在新循环内早期时存在的相对较低的温度下维持非反应性。在RI应用 中，种类当具有零化学反应率时则处于冻结平衡的状态。"冻结平衡" 相对于RI的完全意义和含义在SAE学报论文No. 2004-01-1677 (Blank) 中论述，在此通过参考将其合并。在此期间，多个排气68通过普通的排气设备60离开主室34，且 多个进气66通过普通的进气设备58进入主室34。取决于总体排气-进 气事件过程的体积和混合效率，包含在排气66内的大部分的主室RI 种类从发动机排出。
当排气68通过普通的排气再循环设备(系统)62再循环时，另外 的量的RI种类保持在主室34内或与进气66 —起返回到主室34。与进 气66 —起返回的RI种类的量可以通过一个一般的排气RI种类增加设 备64或多个排气RI种类增加设备64 (存在于多个修改的进气68'内) 来调整。同样，与进气66 —起返回的RI种类的量可以通过一个一般 的进气RI种类生成控制增加设备70或多个进气增加设备70调整。
当内燃发动机使用预混合燃料(对于HCRI过程100的PC-HCRI 或预混合RIS增加发动机中的一个发动机的预混合燃料)时，燃料可 以在一般的进气设备58处通过一般的进气进入设备燃料引入设备44D 经过燃料引入孔48引入到进气66内。燃料通过燃料供给分配系统88 (图2B)通过至少一个燃料供给管线52分配到进气燃料引入设备44D。 供给到进气燃料引入设备44D的燃料的量通过发动机电子控制系统30 的一部分被调节，该电子控制系统30控制了燃料供给分配系统98。所 提供的燃料的量和燃料引入的正时符合HCRI发动机200的运行要求。
在室之间自然地发生的压力差异导致携带到M-C32中的每个内的 RI种类中的一些通过至少一个连接管道42传递到主室34，在连接管 道42处它们然后与保留的气体和进气66以及任何再循环的排气68和 68'混合。混合的方式可以随所使用的发动机的运行要求而改变。
在情况2， 110中，在压縮事件中间的某时间处，在主室34内的 气体("气体进气")已经变得高度含有来自前一个(多个)循环的 RI种类。在情况3， 115中，当在主室34内发生气体压縮时，RI种类和主
室气体的混合变得更均匀。此主室压缩导致压力升高，并且由压力导
致的温度升高。随着这些温度升高，在主室34内的RI种类的活性开 始增加。而且，压力差异形成在主室34和M-C32之间，且传递到M-C 32内的气体的节流发生在管道、2内。节流又导致这些室(32和34) 之间的压力差异进一步形成，从而导致形成高速质量射流或多个高速 射流(每个管道42—个射流)。这些射流将主室气体(包括进气)的 部分传递("促使")到M-C 32内，从而更新了 M-C空气(且因此 氧)供给。如果在进气66内存在预混合燃料，则燃料也通过管道42 经过质量射流进入M-C 32。
在情况4， 120中，当存在燃料的DI(如在HCRI过程100的DI-HCRI 和DI-RIS-增加发动机中)时，燃料到主室34内的喷射开始("SOI") 的正时典型地在主室压縮事件的中晚期部分中。在此情况中，燃料通 过主室燃料子部件和一个或多个多流体引入设备44A的子部件和/或通 过单独的主室燃料引入设备48B或多个单独的引入设备48B经由(对 于所有这样的引入设备44A和44B)至少一个燃料引入孔48引入到主 室34内。燃料经过燃料供给分配系统98通过燃料供给管线52分配到 引入设备44A和44B，以在主室34内使用。供给到这些引入设备44A 和44B中的每个的燃料的量通过发动机电子控制系统30的部分被调 节，该电子控制系统30控制了燃料供给分配系统98。所提供的燃料的 量和燃料引入的正时符合HCRI发动机200的运行要求。
对于HCRI过程100的DI-HCRI发动机，此DI燃料引入的开始的 正时的特征是相对于希望的点火正时早(与常规的DI柴油发动机运行 相比)。对于这些实施例，SOI和EOI ("喷射结束")正时为使得喷 射在燃烧开始("SOC")前充分地完成，且使得自燃(SOC)直至可 移动做功动力产生部件40通过上止点("TDC")后很短时间时才开 始(其中TDC是可移动做功动力产生部件40的使得主室34的体积最 小的位置)。这允许了用于使燃料最终变得与至少以准均质分层方式含有RI种类的主室气体进气混合更彻底的时间。在DI应用中，喷射 的主室燃料的一些可以通过扩散(在主室气体进气内)且通过伴随的
对流而进入M-C 32的质量射流。此燃料因此由这些质量射流携带经过 管道42到达M-C 32且被保留。
在情况5,125中，在HCRI过程100的DI-HCRI实施例中，对于 相对于SOC的早期引入的主室燃料的全部(与常规的DI CI相比)， 一般地也保证了很好地搅拌的燃料的条件。即使在较高的负荷情况下， 通过"TDC后"增加之前的某时，主室燃料—空气气体进气到至少准 均质水平的混合典型地在HCRI过程100的DI-HCRI实施例中得以保 证。然而，如在LAG发动机中在RI种类支配的影响下，即使在燃料 一空气气体进气略微一中等分层时RI均质燃烧也能发生(SAE学报论 文No. 2004-01-1677 [Blank])。这些保证遵循了两个因素因为RI 种类的存在而比正常可利用的混合时间更长，和比典型湍流程度高很 多。
这些因素中的第一个，比正常可利用的混合时间长，是RI种类存 在的结果。RI种类的存在实现了更低的压缩比("CR")或超燃料稀 薄的运行。当CR (与"功能等价"的常规CI发动机相比)大大地低 时，DI燃料引入可以比当HCRI发动机200在中等稀薄情况下运行时 更早。因此，直接喷射的燃料可能有效地混合到均质点。替代地，当 CR仅为中等较低时，HCRI发动机200可以在非常稀薄的条件下运行， 且燃料引入可以再次更早且再次均匀地混合。取决于负荷和发动机速 度，存在必须地需要更稀薄运行的条件(较高负荷和速度)。在这样 的条件下，RI种类生成因此被降低，使得燃料引入可以仍相对于希望 的自燃点早。
这些因素的第二个，比在HCRI发动机200内维持的典型的湍流 程度高很多，可以具有多种原因。然而，对于所有HCRI发动机实施例 普遍的是由M-C 32生成的强的湍流。此湍流生成很强的原因在SAE2007-01-0047[Blank]， SAE 2007-01-0135 [Blank]禾B SAE 2007-01-1254 [Blank]中给出。
在情况6，130中，在DI和预混合燃料的情况中，因为高湍流和RI 种类的存在，所以即使在相对地"远远更低"于在主室内存在的"正 常"温度(比对于常规的内燃发动机预点燃活动所需的低)时，典型 地在主压縮事件结束前某时，主室RI种类、燃料和空气开始明显的预 点燃活动。取决于燃料的特性、运行条件和内燃发动机实施例的技术 规格，此活动可以甚至经常在主压縮事件中较早地开始。
典型地，在循环的这些期间，燃料一空气气体进气在主室34内的 状态过渡通过图3中示出的"慢燃烧区域"。对于燃料的一般点燃极 限的此图基于低温点燃极限的Semenov半岛(Semenov， N.N.， Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity,普林斯顿大学出版社 (Princeton University Press) ，1958)。
对于作为F的氢分子或较小分子的乙醇或较小分子的碳氢化合
物，在导致RI和RIS增加的自燃的预自燃化学反应中，如下的链式初
始化反应组 <formula>formula see original document page 31</formula> (1)
包含了起到支配作用的反应中的一些反应，其中是带有比 F少一个H的分子。例如，对于乙醇，在组(N广2)内存在两个支配 的反应，其中i J是CH3CHOH和C2H4OH (SAE论文No. 2007-01-0623 [Blank],在此通过参考将其完整合并)。注意到的是此反应组导致高 度反应性的中间种类11202的形成。
除此组外，在自燃期间占优势的一般的"H202 + M"链式初始化 反应(式(2))(且因此在后文中描述)和在自燃期间占优势的链式 分支OH燃料分解反应组(式(3))(且因此在后文中描述)都典型地在预自燃期间运行中的其他支配反应中。在此相同的循环期间发生 的这些和其他支配的预自燃反应导致RI种类的缓慢建立。虽然占优势 的预自燃链式初始化和链式分支机制在具有较大的碳氢化合物或较大 的乙醇分子F的情况下变得更复杂，但相同的原理是适用的，其中过 氧羟自由基(H02—)(在燃料的链式初始化反应分解中)和氢氧基
(OH一)(在燃料的链式分支反应分解中)的作用都在预点燃活动期间
是占支配地位的。 .
一般地，这些一般的H02—和OH—驱动的"远远更低"的温度子机 制表示了在非常低的温度下的直接燃料分解，从而设定了通过在HCRI 过程100(DI-HCRI和PC-HCRI)的完全HCRI发动机中的RI种类(RI) 对于"较低"温度自燃的阶段，和用于在HCRI过程IOO的RIS增加的
发动机中的点燃辅助的阶段。
此描述也应用于双燃料(和多燃料)引入运行，其中与所有(燃 料的)成分的H0r和OH一的反应是相容的。在此情况中， 一般的机制 是类似的，其中对于每个成分的支配反应具有相同的形式(当然带有 它们自己的F， R;和其他种类)(SAE论文No. 2004-01-0047 [Blank])。 在其中燃料的不同成分与H02—和OH—的反应性不类似的运行中，典型 地至少在初始时， 一般反应子机制符合成分的活性，其活性与H02—或 OH-的更明显的一个的反应性一起是占支配地位的(绝对项上取决于在 预自燃期间哪个基分解，哪个成分更快)。
在HCRI过程100中，来自过去循环的RI种类和在此"远远更低" 温度预点火活动期间生成的RI种类随后一起以三个方式之一在主室IC 内使用(1)支配且因此初始化完全HCRI发动机内的自燃(RI); (2)增加在RIS增加的PCCI和在DI CI发动机内的自燃(CI)的效 率且维持对自燃的正时的更好的控制；和(3)增加在RIS增加的PCSI 和在DISI发动机内的火花点火(SI)的效率。在两个完全HCRI情况 中(DI-HCRI和PC-HCRI)，因为RI种类的存在，所以存在放热的预点燃活动，该活动缓慢(首先)地将燃料一空气气体进气沿着预定化 学动力学路径向下携带(取决于许多因素)到RI种类导致的自燃。在 四个RIS增加的情况中，在此相同期间的活动水平将不与这些情况中 的常规(非RIS增加的)变化的水平一样高，而是比其更高的水平(取 决于增加的程度)。 —
返回到图2A， HCRI发动机200的外壳包括"顶部"壳体外周36 和"侧面"壳体外周38 (或多个侧壳体外周38)。 一般地从在主压縮 事件中晚期的循环中的一个时刻开始，控制流体可以被引入到安装在 这些顶部和/或侧壳体外周36和38中的M-C 32的一个或多个内。通过 单独的RI种类生成控制流体引入设备44C或通过多个或双流体的引入 设备44A的控制流体子部件进行引入。到M-C 32的实际引入通过一个 或多个M-C RI种类生成控制流体引入孔46。控制流体经由微室RI种 类生成控制流体供给分配系统96通过至少一个M-C RI种类生成控制 流体供给管线50分配到引入设备44A和44C，以在这些M-C内使用。
不须将相同的控制流体或相同量的控制流体引入到使用了控制流 体的M-C 32的每个内。在HCRI过程IOO的三个DI发动机类型中， 控制流体典型地为燃料，但不必须是与在主室34内使用的燃料相同的 燃料。另一方面，在HCRI过程100的三个预混合发动机类型中，控制 流体典型地为空气或能够帮助稀释M-C 32的燃料浓度的一些其他流 体。引入到M-C 32的每个内的控制流体的量被修正测量以保证可以由 所有的M-C 32生成正确总量的RI种类，以帮助或支配随后循环的主 室(多个主室)34的点燃。由用于每个M-C32的控制流体供给分配系 统96发出的量通过发动机电子控制系统30的另一个部分调节。 一般 地，在较高的负荷下(当需要更多主室燃料时)，对于主室点燃要求 更少量的生成的RI种类，且反之亦然。这在HCRI过程100的应用中 适合于所有的不同的完全HCRI和RIS增加的情况。
除使用控制流体外，存在多个另外的增加，这些增加可以用于实现在壳体外周安装的M-C 32内的RI种类生成过程。通过引导装置的
M-C 32组件的可变冷却控制对于辅助在这些室内的M-C RI种类生成 过程的直接控制是有效的。其他控制增加包括催化表面和设备(包括 其中催化表面积可以变化的一些设备)，燃料重整设备，化学添加剂 引入设备，加热腔设备(例如通过快速电流放电，等)，快速等离
子体生成设备，快速紫外光放电设备，微波设备，快速冷却/加热设备，
M-C体积改变设备，M-C压力调节设备，M-C流暈改变设备，M-C几 何形状改变设备，M-C连接管道几何形状改变设备，M-C连接管道流 量改变设备，M-C管道进入燃料调节设备，等。例如(但不限制于) 这些设备的设备可以都用于在M-C中的RI种类生成中起作用(且有助 于间接控制在循环中主室的后期中的RI种类生成)。所有这样的设备 —起在图2A至图2B中表示为一个或多个一般的微室RI种类生成控制 增加设备54。
接收了控制流体或装配有且运行地使用RI种类生成控制增加设备 54的任何M-C 32也考虑为"主动控制的"。它们也通过发动机电子控 制系统30的一部分(图2B)调节，该控制系统30根据HCRI发动机 200的运行要求控制了它们的功能'。
在情况7， 135中，在HCRI过程100的完全HCRI实施例中，自 燃(RI)通过RI种类支配。因此，这些实施例的普通化学反应是高度 确定性的。而且，HCRI过程IOO的所有CI和SI RIS增加发动机也都 具有此确定性的普通化学反应而作为共同的特征。另外，这些RIS增 加的发动机将"非增加"化学反应的元素保持为与它们自己的常规特 征相关。这些RIS增加发动机使用完全HCRI的确定性的普通化学反应 的程度涉及RI种类增加("RIS增加")的程度。
这样HCRI过程100部分地由代表了完全HCRI的确定的普通化学 反应的共同特征被限定。且屈此，对于情况7， 315，这些确定性化学 反应的细节在此描述。为比较目的，与RIS增加的实施例的常规方面相关的"非增加"化学反应的部分在后文中提出(在HCRI过程100
的这些HCRI过程发动机的一般区别的详细的单独的论述内)。
在完全HCRI发动机中，点燃过程由涉及在"较低"温度下的燃 料OH分解链式分支反应组的子机制支配。这与典型地在常规的PCCI 中的相同的燃料中发现的更传统的"较低"温度直接-02燃料氧化链式 初始化化学动力学机制相对照。这也与和常规的SI和DI CI中的相同 的燃料的燃烧相关的"较高"温度相对照。常规的SI和DI CI的链式 初始化反应机制典型地涉及分裂(热的和/或通过第三体的)反应或和 直接的燃料-02分解反应。
在使用燃料(氢、乙醇、碳氢化合物燃料和燃料/水性燃料混合物) 的均质燃烧RI的一般情况中，为维持"较低"温度燃料一OH分解子 机制所需要的OH最初通过支配的链式初始化反应生成 H202 + M <=> OBT十Off+M (2)
(其中M是第三体种类且可以因此是多个种类的一个)。此一般 RI链式初始化反应明显地比常规HCCI的常规的"低"温度预混合进 气压縮点火的典型的一般的燃料-02链式初始化氧化反应组更快。例 如，此H202+M反应的前进率常数在1050 K时比甲烷的预混合CI (HCCI)的支配链式初始化反应的前进率常数在1200 K时快大于105 的倍数(SAE论文No. 2007-01-0047 [Blank])。
对于作为F的氢分子或较小分子的乙醇或较小分子的碳氢化合 物，由此通用的HCRI过程100链式初始化反应(式(2))生成的OH— 的量又使用在一般支配的链式分支反应组中
<formula>formula see original document page 35</formula> (3)
其中Rj-是比F少一个H的分子。对于以乙醇为例的完全HCRI， F是C2H5OH且多种R/分子是CH3CH20和CH3CHOH(SAE论文No. 2007-01-0623 [Blank])。一般的完全HCRI自燃事件也支配地受到其他关键RI种类的可利 用浓度的影响。虽然用于所有这些的子机制可能相当复杂(且因此更
难于归纳)，但其他RI种类也有助于在自燃期间加速OH—的生成(如 在预点燃期间那样)。这又有助于通过支配的燃料-OH链式分支反应 组(式(3))"驱动"更多的燃料分解。 一旦燃料的分子被OH-分解， 则此组的R」—分子产物中的一些可以直接进一步通过02在这些较低的 温度下分解。虽然支配的自燃链式分支机制对于作为F的较大的碳氢 化合物或较大的乙醇分子变得更复杂，但相同的原理是适用的，其中 羟基(Off)的作用保持在燃料分解中占支配地位，直至很多燃料(如 果不是大部分)被消耗。
存在数个原因，这些原因解释了为何此自燃活动(通过反应式(2)、 反应组式(3)和其他RI种类驱动的反应支配)可以在低于与常规的 PCCI相关的"低"温度且低于与常规的SI和DICI相关的"较高"温 度的温度下开始。 一个原因是这些涉及RI种类的反应对于它们的活动 要求了比一般地致使PCCI内的初始化燃烧的燃料-02链式初始化反应 所需的总能量低很多的总能量(且因此要求了低很多的供给热)。对 于通过式(2)的11202的第三体分裂和通过式(3)的Off驱动的燃料 分解所需的温度一般相当地低于对于直接02驱动的燃料分解所需的 "低"温度，而对于相同燃料的直接热分裂和第三体分裂所需的温度 经常高于对于02驱动的燃料分解所需的温度。另外，因为这些与RI 种类相关的反应相对地更取决于RI种类的浓度，所有它们也相比较低 地依赖于空气与燃料的浓度比。这实现了在比典型地对于常规的SI， PCCI和DI CI可能的条件远更稀薄的条件下的点燃。同样，当其进行 时，较低温度的RI自燃活动用于生成更多的RI种类。
驱动此RI活动的支配的反应和反应组的反应率是由关键反应剂的 浓度和反应中的主室气体温度决定的。因此，在过程100的完全HCRI 发动机中，此自燃活动的总体"节奏速度(tempo)"建立，直至节奏速度在文字上描述为"减弱"的点。虽然这些支配的反应在此"减弱" 点后一段时间持续占支配(只要燃料供给维持)，但最终其他子机制 发挥作用，从而最终导致高温化学反应，该高温化学反应导致了 H20 禾口 C02。
完全HCRI的此一般化的描述适用于双燃料(和多燃料)RI化学 反应，其中(燃料的)所有成分与Off的反应性是相容的。在这样的情 况中， 一般机制将是相同的，其中对于燃料的每个成分的支配反应是 相同形式的(当然具有它们自己F， R/和其他种类)(SAE论文No. 2007-01-0047 [Blank]和组合的SAE i仑文No. 2007-01-1912和JSAE 论文No. 20077210 [Blank],在此通过参考将其完整合并)。在其中燃 料成分与OH—的反应性不类似的运行中，最初至少一般反应子机制将典 型地跟随其与OH—的反应性占支配地位的燃料成分的活动。
在对于均质燃烧的自燃期间，在主室内的所有燃料被消耗。而且， 在燃料的均质燃烧期间，也产生了相对大量的OH基。在自燃结束前， 主室Off的浓度达到峰值。此外，放热率远快于在未增加的CI和SI 的变化中的点燃的放热率。因此，在均质然燃烧完成时，主室34内的 气体的比内能状态达到峰值。因此，主室气体的压力和温度也几乎在 自燃完成后迅速达到峰值。因此，在主室34和M-C 32之间形成了巨 大的压力差。这又使得在这些室34和32之间的质量射流速度和质量 流量达到峰值，从而在极高的湍流水平下驱动了相对大量的OIT和能量 到M-C 32内。
除共享完全HCRI的确定的普通化学反应外，HCRI过程100的 RIS增加的发动机也共享了在完全HCRI点燃和燃烧期间具有的其他特 征中的许多特征。例如，燃烧在HCRI过程100的RIS增加的PCCI发 动机中也是均质的。另外，在HCRI过程100的四个主要RIS增加发动 机中的燃烧事件期间，主室气体的压力、温度、OH—浓度和比内能也达 到峰值。作为结果，在这些实施例中也形成了高质量流量，从而在极高的湍流水平下携带了相对大量的OH—、其他化学反应产物和能量到
M-C 32内。
作为在HCRI过程100的完全HCRI和PCCI RIS增加的发动机中 的选择步骤，紧在其处自燃活动的"节奏速度"将要"减弱"的循环 中的点之前，可以使用一般的主室点火正时增加设备56 (图2A)。在 完全HCRI发动机且在PCCI RIS增加发动机内的点火正时增加设备56 的目的不是初始化自燃。而该目的是有助于点(循环内的位置)的正 时的精度，在该点处自燃活动的"节奏速度"在字面意义上"减弱"。 在完全HCRI循环中或在PCCIRIS增加的循环中，在此点处，因为压 縮热和RI种类活性的组合一起已经使得主室燃料一空气混合物准备用 于点燃(通过广泛的OH—生成)，所以压力和温度的任何小的联合上升 将导致燃料一空气气体进气在一个进行中的大量点燃(其定义为均质 燃烧)。点火正时增加设备56的例子可以包括火花塞类型的设备，催 化点燃设备，等离子体射流生成设备，火焰射流生成设备等，其中这 样的设备的目的是在主室燃料一空气气体进气的某个部分内生成相对 地小(或甚至大)的但/且非常突然的内能增加。在HCRI过程100的 两个SIRIS增加的实施例中，此步骤不是选择的。'
对于在M-C 32内新RI种类的生成的关键是"OH-RI种类导致" (驱动)的化学反应，该化学反应通过主室OH—到M-C 32的含有RI 种类的气体内的很好地正时的流入导致。此流入在点燃期间或刚点燃 后发生。此流入也实现了 M-C32中的极高的湍流水平。因此，存在羟 基与M-C气体(包括燃料和RI种类)在更小的湍流长度规模下的迅速 混合。可能与在M-C 32内的RI种类生成同等重要的是相对高量的焓， 该焓也从主室34接收在M-C 32内，从而导致M-C温度开始迅速升高。
在情况8， 140中，此较高(且一端时间增加)量的OIT在M-C32 内的突然存在作为"驱动力"起作用而迅速将存在的M-C燃料转换为 更多的RI种类。而且，M-C32的总体化学活动进一步通过迅速升高的温度(由于相对大量的焓传递)加速。M-C 32设计且控制为使得在主 压縮事件的最后部分期间且在做功膨胀事件的第一部分期间，它们的 气体的状态热学地维持在图3的"冷火焰"和/或"慢燃烧"区域内(如
果火焰具有冷的火焰区域)。有时(如在SAE论文No. 2007-01-0623 [Blank]中)也有利的是在突然的导管42流动反向(部分地由于在主室 34内的做功膨胀事件)使状态回到区"A"(图3)内而不点燃M-C 气体前非常短暂地使M-C气体的状态稍微进入图3的区"B"或"点 燃"区域内。
一般地，对于作为F的氢分子或分子较小的乙醇或分子较小的碳 氢化合物，在对于微室OH导致的化学反应中的一般子机制中发现的主 要的支配反应中再次为一般反应组
<formula>formula see original document page 39</formula> (4)
其中如前所述，Rj—是比分子F少一个H的分子。虽然用于在M-C 中的OH-燃料反应的支配机制对于作为F的较大的碳氢化合物或较大 的乙醇分子变得更复杂，但相同的原理是适用的。 .
用于随后将多种Rj.(和其他子机制生成的种类)转换为RI种类 的子机制更复杂，严重地依赖于已经存在于微室内的燃料、RI种类的 明显的浓度。且当新量的RI种类增加(由于这些子机制)时，所生成 的新的11202的部分然后被牺牲以通过放热反应式(2)产生另外的011—， 以帮助加速燃料的OH—分解为多种Rj-和其他种类。类似地，在M-C32 内存在的其他RI种类有助于更多的OH—和更多的RI种类在复杂的化学 动力学子机制中的生成。因此，总体RI种类生成机制是OH驱动的和 RI种类驱动的，或"OH-RI种类驱动的"。虽然支配的自燃链式分支 机制对于作为F的较大的碳氢化合物或较大的乙醇的分子变得更复杂， 但相同的原理是适用的，其中羟基(OH—)的作用在燃料分解中是支配 的。此一般化的M-C RI种类生成过程对于HCRI过程100的所有完全 HCRI和所有RIS增加的实施例是通用的。但此一般化的描述也基于被 引入到主室34和M-C 32中的相同的燃料(当被引入到M-C中的流体 实际上是燃料时)，在双燃料或多燃料引入运行中，这对于所有引入 到发动机内的成分(燃料的成分)成立。在这样的情况中，如果所有 成分(燃料成分)与OH—的反应性相容，则对于每个的支配反应是相同 的形式的(当然具有它们自己的F， Rj-和其他种类)(SAE论文No. 2004-01-0047 [Blank]和ISAE论文No. 20077210 [Blank])。在其中燃 料成分与OH-的反应性不类似的运行中，最初至少一般反应子机制将典 型地符合其与OH—的反应性是支配的燃料成分的活动。此RI种类生成 过程持续强化，直至从主室34的OH-的供给被以上所述的(且部分地 由于做功膨胀事件导致的)突然的M-C向主室管道42的流动反向切断， 然后，此过程结束。
基于M-C RI种类生成过程的此简化的化学动力学描述，可描述控 制梳体的作用。相对于空气，燃料在M-C32内的浓度越高，则此子机 制将产生另外的RI种类越快。这反过来也成立。这在SAE论文No. 2007-01-0013 [Blank]中论证，在此通过参考将其完整合并。'此完全的 化学动力学研究显示了为何主室34自燃的正时(SOC)可以在HCRI 过程100的完全HCRI发动机中直接通过引入到M-C32内的控制流体 的量的调节而被控制。此参考论证了引入到M-C32内的控制流体的量 精确地确定了在M-C 32内生成的RI种类的量(用于下一个主室燃烧 事件)。因此，RI种类生成过程可以直接通过使用发动机电子控制系 统30(图2B)来控制。在正确的时间(取决于特定的发动机运行状况) 时，电子控制系统30指导微室RI种类生成控制流体供给分配系统96 发送正确量的控制流体通过控制流体供给管线50 (图2B)到一定的 M-C 32的控制流体引入设备44A和/或44C (图2A)。这些控制流体 引入设备将控制流体通过控制流体引入孔46输送到这些M-C 32。
在HCRI过程100的PC-HCRI发动机和两个预混合燃料RIS增加发动机中，控制流体可能是液体或气体，该液体或气体可以用于按需 要来稀释M-C的燃料浓度(相对于空气浓度)。更多的稀释降低了RI
种类生成率且更少的稀释增加了 RI种类生成率。相反，在HCRI过程 100的DI-HCRI实施例和两个DI燃料RIS增加中，控制流体最好是燃 料(或燃料的成分)。以这样的控制流体，当需要增加或降低RI种类 生成时，M-C的燃料浓度相应地被强化或削弱。
基于对M-C RI种类生成过程的简要的化学动力学描述，也可以描 述一般的M-C RI种类生成控制增加设备54的作用。 一般的M-C RI 种类生成控制增加设备54可以是能通过一些装置增加或降低M-C RI 种类生成的化学动力学过程的总体速率。特别地，这些M-C增加设备 54加快或减缓了反应组
义 { F + OH_<=> Rf + H20〗
(其中F是较小的分子)(式(4))的总体反应率，或加快或减 缓了其更复杂的等价物(当F是较大的分子时)与用于随后将R/种类 (和其他子机制生成的种类)转换为另外的RI种类和更多的OIT的子 机制。特别地，在RI种类生成机制内包含的支配的放热反应
H202十M <=>OET + OIT + M (式(2))
的总体反应率对于温度且对于&02的浓度高度敏感。式(4)的 反应的总体反应率及其更复杂的等价物(对于较大的分子燃料成分) 对于温度且对于OH—的浓度高度敏感。最后，用于将反应组(式(4)) 的产物转化为新的RI种类的支配的随后反应对于温度和现有的RI种 类的浓度高度地敏感。
因此，能以受控的方式影响M-C的气体的温度和/或能以受控的方 式增加M-C内的Off的浓度和/或任何RI种类的浓度的多种设备都在 被考虑为M-C RI种类生成控制增加设备54的设备中。例如， 一个完 全的化学动力学试验示出，仅M-C壁的温度的调节可用于控制在M-C 32内生成的RI种类的量和控制在主室34内的自燃时间(SAE论文 No. 2007-01-0047 [Blank],在此通过参考将其完整合并)。替代地，能改变M-C32的体积或能将
其他化学添加剂引入到M-C 32内或能具有可帮助调节通过M-C 32生 成的RI种类的量的其他功能的设备也被考虑为M-C RI种类生成控制 增加设备54。这些M-C增加设备54可以单独使用(或与控制流体引 入的合适的调节联合使用)，以直接控制通过M-C 32生成的RI种类 的量。在发动机电子控制系统30的直接控制下，这些增加设备54(与 同步的控制流体引入一起或单独地)用于调节在主动控制的M-C32内 的RI种类生成过程的速率。
在情况9， 145中，在一些点处(典型地在做功膨胀事件的"适当 地在中期前"部分)发生了突然的管道42流动反向(在前文中提及)。 一般地，这仅作为主室做功膨胀和在M-C内的升高的温度和压力(由 于放热RI种类生成过程)的结果发生。这些自然地相反的过程导致压 力比反转(使得M-C 32的压力大于主室34的压力)。紧靠此点后， 发展了高度湍流的质量射流，从而将RI种类、未使用的燃料、未使用 的氧、焓、其他化学反应产物等从M-C32携带出且携带到主室34内， 它们与主室34热流体连通。取决于HCRI发动机实施例和M-C 32的 物理位置，虽然此传递典型地到其中发生了点燃和燃烧的相同的主室 内，但在一些内燃发动机中也可以是另外的主室34。在这样的情况中， 流动反向可能替代地由于在M-C管道42将连通转移到其他主室34时 的压力下降导致。在任一情况中，在此之后且因为快速的烚传递，受 影响的M-C32内的压力开始更快速地下降。在"中期前"做功膨胀期 间的此压力下降导致这些M-C 32的温度下降。在受影响的M-C 32内 的大量基种类随后达到冻结(或接近冻结)平衡的状态。
虽然在做功膨胀事件的部分的"合适地在中期到后期前"存在主 室34内的伴随有主室压力下降的快速温度下降，但主室34内的温度 仍对于主室RI种类活动足够高。虽然在主室内的OIT浓度也随温度降 低，但在做功膨胀过程的"中期到后期"部分期间，其浓度保持恒定。 因此，因为在室(32和34)之间的压力差，所以未消耗的M-C燃料和氧与大量的微室RI种类等一起从那些M-C 32传递到主室34内，它们
是通过高速的高度湍流射流的排放质量。这些量因此直接排放到主室
34的严重地含有OH—的气体内，且迅速地混合。此情况导致循环的第 二 OH— RI种类导致(驱动)的RI种类生成过程，从而产生新的主室 RI种类。此过程持续通过(且经常超过)排气事件的吹下部分。因此， 对于在随后的循环(多个循环)中的基点燃所需的RI种类的供给也落 在主室34内发生的两个自燃后过程上。
第一自燃后过程是RI种类保持。典型地，(在做功行程和吹下期 间)存在于MC-32内的很多RI种类(特别是CH3HCO和CH20，取决 于燃料)当它们排出到主室34内时未被消耗，而是被保持且用作用于 第二过程的驱动力的部分。然而，因为最初的高温度(当主室气体的 状态仍在图3的点燃区域的"B"区中时)，典型地，排放的M-C RI 种类的部分(包括H02的一些和&02的更多)在适当地在中期到晚期 做功膨胀流动反向前的时间和主室气体从"点燃区域"的"B"区回到 "缓慢燃烧区域"的"A"区的过渡之间失去(消耗)。
(自燃后过程的)第二过程是主室RI种类生成。这在主室内的气 体的状态过渡回到"A"区(见图3)期间的某时开始，从而主要地 导致11202，但也导致更多的HCV (最初)，和更多的其他的RI种类。 此生成过程被供给燃料且通过来自M-C 32的相对高量的燃料和RI种 类和仍存在于主室34内的充分地高的OIT浓度驱动。 一般地，此生成 过程在两个阶段中发生，每个阶段带有其自身的独特的子机制。第一 阶段子机制在过渡到"A"区期间开始，且持续直至主室吹下的开始。 第二阶段在主室吹下开始后开始且持续一段时间。
在此相对地高的OIT环境中，对于作为F的氢分子或较小分子的 乙醇或较小分子的碳氢化合物，贯穿在主室34RI种类生成过程的两个 阶段中的支配的一般反应再次是(如在M-CRI种类生成过程中)反应 组〉，{ F + OH- <=> Rf + H20)
(式(4))。
虽然用于主室34内的OH-燃料降低的支配机制对于作为F的较大 的碳氢化合物或较大的乙醇的分子变得更复杂，但相同的原理是适用 的。然而，用于随后将R/种类(和其他子机制生成的种类)转换为RI 种类的子机制典型地与M-CRI种类生成过程的子机制不同。同样，用 于将R/种类(且其他子机制生成的种类)转换为RI种类的子机制一般 地对于两个主室阶段不同。这些子机制中的不同主要是由于在各阶段 期间在主室34内存在的温度值的不同导致的。
除在HCRI过程100的所有完全的HCRI发动机中发生外，当RIS 增加的程度高于有意义的阈值时，此一般化的主室RI种类生成过程以 及HCRI过程100的所有RIS增加的实施例出现。且虽然此一般化的描 述基于引入到主室34和M-C 32内的相同的燃料成分(如果燃料成分 实际上是用于主动控制的M-C的控制流体时)，但在双燃料或多燃料 引入运行中，这也可以对于引入的每个燃料成分成立。在多燃料成分 情况中，(在做功膨胀和喷下期间)排出的M-C燃料成分中的一些在 任何情况中比在主压縮事件期间保留在M-C 32内的主室燃料成分更 早。此外，如果所有燃料成分与OH-的反应性相容，则对于每个成分的 的支配反应具有相同的形式(当然带有其自己的F、 R,和其他种类)。 然而，在其中燃料成分与Off的反应性不类似的运行中，最初至少一般 反应子机制将典型地符合其与OH—的反应性是支配的燃料成分。
在排气过程中的一些点期间，仍保留在主室34内的主室RI种类 也将典型地进入到冻结(或接近冻结)平衡的状态。随后，循环重复， 以情况l， 105开始。对于其固有的一般设计特征，HCRI发动机200的运行地实现HCRI 过程100的能力和其他实施例在如在图2B中示意性地描绘的典型的发 动机电子控制系统30上预测。发动机电子控制系统30有助于实现 HCRI发动机200的HCRI发动机实施例，以使用和实现HCRI过程100 的多种实施例，包括完全HCRI实施例和RIS增加的实施例。
在后文中理解的是一般的发动机控制系统30能具有HCRI发动机 200所需的这些功能，这些功能在发动机控制系统的现有技术中描绘。 除这些在现有技术中描绘的功能外， 一般的发动机控制系统30能调节 小量的RI种类生成控制流体在相关的主动控制M-C 32内的放置，以 用于控制M-C RI种类生成过程(直接地)和主室RI种类生成过程(间 接地)的目的，以又实现在主室34内的燃烧的受控的RI种类增强。 对于精确地相同的目的(控制目的)， 一般发动机控制系统30也能调 节一般M-CRI种类生成控制增加设备54。最后， 一般发动机控制系统 30能控制其他RI种类生成控制增加设备64和70和/或点火正时增加 设备56，该设备56可以应用于相同的目的(控制目的)。虽然此一般 的控制系统30可以利用传感器指导的逻辑和/或燃烧历史辅助管理子 系统，但帮助燃烧控制的RI种类的使用将典型地减轻其所需的总体复 杂性(与本领域和相关领域的一些最新常规控制系统相比)。
HCRI发动机200包括多个另外的一般设计特征，这些特征对于其 运行地使用和实现HCRI过程100的能力是固有的。这些特征是特别重 要的，其有助于确定M-C32的化学成分和生产能力。例如，在这些次 级室内产生的化学成分通过影响了 M-C 32的水力填充率和排空率的参 数而部分地确定。M-C32的体积和导管42的高度(或有效直径)、长 度、位置和构造在设定这些率中是支配的参数。
关于M-C体积，当在HCRI发动机200的发动机燃烧气缸内的可 移动的动力生成部件40处于给定的主燃烧室34的上止点("TDC") 位置时，与给定主室34连通的所有M-C 32的组合体积与给定的主室34可以具有的最小体积的比将是一般地在(但不限制于)0.01和0.25 之间比1.0的值。因此， 一般地-
0'0"iXU 0,25:1， (5)
其中^6-c是气缸内的与所述的主燃烧室连通的第i个微室的体
积，N是气缸内与所述的主燃烧室连通的微室的总数，^d是给定的 主燃烧室34在其燃烧循环期间可以具有的最小体积，且符号""表示 "比"。给定的主室34可以具有的最小体积是在可移动做功动力产生 部件40处于TDC位置时的体积。在此体积比(0.01:1至0.25:1)的范 围内的宽度部分地由于燃料的多样性且部分地由于对于燃料通过RI种 类的自燃所需压缩比(CR)的伴随的宽范围导致的。M-C32的每个在 单独的发动机燃烧气缸内的体积不需要相同。另外，为控制目的，M-C 32的一些或全部的体积可以通过使用一般的M-C RI种类生成控制增 加设备54中的一个的实施例在HCRI发动机200的运行期间被降低(或 扩大)，因此降低(或增加)比(且改变M-C的几何形状)。
管道42自身可以是通风口、 ？L、通道、槽、充分地多孔的网、膜 等。取决于燃料，这些管道42的尺寸、构造和位置的选择可以具有不 同的考虑。管道典型地设计为使得来自主室34的燃烧火焰在可以延伸 到M-C32内之前熄灭。且对于发动机的所有运行条件，这些微室到主 室的连接管道42最好地设计为使得在较高的压力下，可压縮气体通过 它们的流入流动和流出流动(通向和来自M-C32)被节流(但不必需 地被节流)。典型地优选的是在M-C 32内的压力条件滞后于主室34 的压力条件(如在SAE论文No. 2007-01-0047 [Blank]中示出)。也典 型的是最好使得管道42内的流动不被阻塞，但在某些物理构造中它们 可以被阻塞一段时间。完全DI HCRI发动机的例子在SAE论文No. 2007-01-1254 (Blank)中描述，在该完全DI HCRI发动机中存在阻塞管 道流动的所需时间，该论文通过参考完整合并。
另外，管道42的布置和每个M-C 32的管道42的数量是重要的因素(SAE论文No. 2007-01-0013 [Blank])。这些管道相对于M-C 32 的倾斜影响成分在M-C 32内的湍流混合率。类似地，管道42的定位 也经常在对准偶然离开的流出质量射流时被判定。这是因为M-C32的 第二重要的功能是对于主室混合生成大量的附加的湍流。在此点上， 质量射流通常最佳地被管道42对准到主室34内的最优位置，以有助 于最大化由此质量射流生成的湍流的效果。
如上文中在图l的情况l, 105中的HCRI过程100的描述中参考 的，循环气体在RI种类增加中的作用可能是非常重要的。如果存在某 个百分比的排气通过一般的排气再循环设备(系统)62的回到主室34 的循环(内部地或外部地)，则一般地，相同百分比的或某个成比例 的百分比的排放的RI种类可被回收(取决于在循环时对这些气体的处 理)。这符合来自相对地较低温度的排气和它们中的RI种类的一些可 能也进入冻结平衡或接近冻结平衡的事实。
也关于排气68，排气RI种类生成控制增加设备64可以沿排气再 循环设备62或在排气再循环设备62内被定位，以帮助控制/增加对于 未来的循环可利用的RI种类。排气RI种类生成控制增加设备64的最 典型的功能包括稳定和/或增加/降低在循环的排气(68或68')内的RI 种类浓度。当无主动控制M-C32被使用时，RI种类生成控制增加设备 64可以用于起到更主要的作用。因此，可以将一般的排气再循环设备 (系统)62与其增加设备64 —起使用，且在发动机电子控制系统30 的直接调节下使用，以帮助控制对于未来循环的主室34的燃烧事件可 利用的RI种类的量。
增加设备64的稳定功能的例子在联合的SAE论文No. 2007-01-1887和JSAE论文No. 20077212 (Blank)中给出，在此通过参 考将其完整合并。这些参考文献的HCRI发动机使排气通过换热器设备 (用作排气RI种类生成控制增加设备64的例子)。这将返回的排气 冷却到进气66的温度，以保证在返回的排气68'和进气66的混合期间无反应活动。此参考文献也论证了 (通过设备62)对这些再循环排气
的RI种类返回部分的调节可以单独地用于控制HCRI发动机200的四 冲程往复式DI-HCRI实施例的主室34内的自燃的正时。
排气再循环设备62的这些特征进一步通过完全的化学动力学仿真 论证示出，该论证在SAE论文No. 2007-01-0135 (Blank)中给出，在此 通过参考将其合并。在此参考中，排气68 (从循环到循环)的内部保 持通过根据被维持的排气压力来调节进气66的升高压力来控制。在此 参考中，示出了为何通过进气升高压力的调节的排气(且因此在主室 34内保持的RI种类)的内部保持的控制可以单独地用于控制HCRI发 动机200的二冲程往复式DI-HCRI实施例的自燃的正时。替代地，通 过运行地管理进气进入设备58和排气离开设备60可以获得类似的结 果。例如，可以运行地管理影响了这些设备(58和60)的流动形式和 流速的几何形状和其他因素。
排气内的RI种类和废热也可以用于增加设备64内以生成另外的 RI种类和/或用于包括在进气66内的其他种类。因为RI种类的相对地 高的浓度在HCRI发动机的循环的排气中已存在，所以用于增加RI种 类浓度的一个示例方式是简单地将另外的燃料引入到排气内。取决于 运行中的温度，这将导致与在图1的情况6， 130中的一般的主室预自 燃过程(以H(V和/或OH-驱动的燃料分解开始)中发现的反应子机制 次序类似的一般反应子机制次序。替代地，另一个方式是将含氧的空 气喷射到再循环排气内以氧化(且因此消耗)排气RI种类含量的一些 部分。此增加设备64的功能也可以包括添加其他化学种类(包括燃料 添加剂)到再循环排气(68或68')中。为此目的，RI种类传感器设备 (它们是发动机电子控制系统30的部分)可以合并到这些增加设备64 以帮助调节它们的功能。
另外，存在用于在图2A至图2B中示出的多个一般的进气RI种 类生成控制增加设备70的原理。此增加设备70可以位于再循环排气68或68'到进气66的返回前和/或后。这样的设备70可以使用与循环 的排气(68或68') —起返回的RI种类以增加外部过程(发动机燃烧 气缸的外部)，该外部过程产生了另外的RI种类和/或用于到新的进气 66的添加的其他的种类。这样的设备70经常使用进气66以帮助实现 这些增加。除与能执行排气RI种类生成控制增加设备64的设备类似 或相同的设备外， 一般的进气RI种类生成控制增加设备70的例子是 微波设备，燃料重整设备，LAG类型的设备等。替代地， 一般的进气 RI种类生成控制增加设备70可以用于降低进入到主室34内的RI种类 的量。为此目的，在这些增加设备70中可以包括RI种类传感器设备， 以帮助调节它们的功能—。在预混合燃料情况中，这些增加设备可以在 进气进入设备58内放置在燃料引入设备44D前和/或后。这样的进气 RI种类生成控制增加设备70如果使用则通过发动机电子控制系统30 的一部分调节。
对于HCRI发动机200的可运行地能够实现HCRI过程100和其他 实施例的能力，存在其他的固有的一般设计特征。 一个设计特征是在 大多数情形中，在HCRI发动机200的DI HCRI内燃发动机内，燃料 经常最好地引入到主室34 (通过引入设备44A和44B)，其引入方向 是离开安装在壳体外周上的M-C导管42的方向。这选择地以如下方式 进行，即喷射的喷雾被从引向任何M-C的流动引导开。原理是避免在 将进气66携带到这些M-C 32的压力驱动的射流中直接携带DI燃料流 (且甚至避免携带到可能通向这些射流的内部流动流中)。如果M-C 32 的一个或多个位于可移动的做功动力生成设备40内，则这也成立(到 可能的程度)。这使得这样的M-C 32能作为被动控制的M-C 32起作 用。 一般地，被动控制的M-C 32不包含用于调节RI种类生成的内部 或外部装置。有时使用了被动控制的M-C 32以从主动控制的M-C 32 卸去一些负荷，且使得RI种类生成过程的总体控制更精确(同时也降 低了设计偏差)。当希望这样时，被动控制的M-C32也可以安装在侧 面壳体外周38或顶部壳体外周36内。最后，必须强调的是功能上M-C 32不用于辅助发动机燃烧气缸的
"当前"的运行循环的"当前"的主室34的主室空气燃料气体进气内 的点燃和燃烧。而是M-C 32用作一个循环内的原始生成位置以产生 RI种类以用于"后期"燃烧循环内的主室点燃和燃烧中的特殊使用。 因此，M-C32不是"预燃烧"室。
图4A至图4D共同地图示了典型的旋转HCRI内燃发动机(在后 文中称为HCRI发动机300)，它是HCRI发动机200的实施且实施了 HCRI过程100。 HCRI发动机300因此也能使用和实现HCRI过程100 的两个完全HCRI和四个RIS增加的实施例。图2A和图2B用于HCRI 发动机200，且图4A和图4D用于HCRI发动机300，它们具有共同的 特征。因此，为清晰起见，HCRI发动机300的共同特征的一些的描述 及其在图4A至图4D中的示意性描述被省略，且这些特征相对于HCRI 发动机200的描述及其在图2A至图2B中的示意性描述依赖于提供对 于提供特征的充分的描述。虽然用于HCRI发动机200和HCRI发动机 300的术语一般地相同，但存在对于HCRI发动机300的数个差异。
例如，可移动做功动力产生部件40也称为转子86。在HCRI发动 机300中，主室34是初级室，其包括由转子86和"顶部"壳体外周 36的部分、"侧面"壳体外周38和由"端部"壳体外周94与"分开" 的壳体外周90或由分开的壳体外周90中的两个形成的空间(体积)。
从图4A中可见，在HCRI发动机300中，转子86造成了三个初 级室。取决于转子86的位置，这些初级室可以具有三个不同的功能。 它们可以使用于进气室82、排气室84和主燃烧室34的性能。当这些 初级室中的任何室涉及主燃烧预点燃、主燃烧点燃或主燃烧后点燃化 学动力学活动时，它们被考虑为处于"燃烧位置"。进一步地，当任 何HCRI发动机300的初级室处于燃烧位置时，它们被考虑为主室34 的一个。因此，在旋转发动机中，术语"主室"34被理解为当任何相 关的初级室处于"燃烧位置"时包括三个(或更多，如在准涡轮(Quasiturbine)发动机的例子中)单独的初级室的一个或两个(取决 于转子位置)的功能上等价的部分。
在HCRI发动机300中，"顶部壳体外周"36被考虑为是发动机 壳体外周的"径向向外"(相对于轴88向外)的部分，当转子的三个 移动侧中的一个处于"TDC"(上止点)位置(如在图4A中示出的左 "转子侧")时该部分邻近由转子和壳体外周形成的体积。通过定义， 当转子侧和壳体外周的内表面之间的体积处于其最小值时转子侧处于 HCRI发动机300中的TDC位置，且它有助于形成的初级室处于"燃 烧位置"的一个(与处于在发动机燃烧气缸的相对的"象限"内的组 合的排气进气位置相对)。因此，在图4A和图4B中，"侧面壳体外 周"38被考虑为围绕了发动机燃烧气缸的"径向向外"壳体外周的剩 余部分，该部分不考虑为顶部壳体外周36的部分。
转子86的角向运行考虑为沿逆时针方向。因此，在此图的左上部 中描绘的M-C32在后文中考虑为"领先"的M-C32。位于图4A中的 左下侧处的安装在外周上的M-C 32替代地被考虑为"滞后"的M-C 32。 应注意的是图4B和图4C都描绘了用于多于一个的发动机气缸的示意 性信息。在图4A中的滞后M-C 32描绘成在图4B中示出的A-A平面 内的发动机燃烧气缸内，其中用于A-A平面(用于多于两个的发动机 燃烧气缸)的M-C组件的细节在图4C中示出。
进气66通过进气口 72从发动机进气歧管26进入发动机气缸(这 些部件是进气进入设备58的部分)，且排气68通过排气口 74离开发 动机气缸到发动机排气歧管28内(这些部件是排气离开设备60的部 分)。
HCRI发动机300的每个发动机气缸使用了一对领先的主动控制 M-C32。这些对中的领先M-C 32中的每个是通过多流体或双流体引入 设备44A供给的控制流体。同样，每个发动机燃烧气缸的单独的滞后主动控制M-C 32是通过单独的RI种类生成控制流体引入设备44C(图 4A)供给的控制流体。最后，安装在转子上的被动控制M-C32的对嵌 入到转子86的这些侧的每个内(如通过图4A和图4D的组合示出)。
虽然未示出，但主动控制M-C的每个被考虑为具有一个或多个微 室RI种类生成控制增加设备54。 HCRI发动机300也考虑为具有(且 运行地能使用)排气再循环设备62 (带有其排气RI种类生成控制增加 设备64)和进气RI种类生成控制增加设备70。
将一般的进气进入设备燃料引入设备44D包括到进气进入设备58 (在此情况中直接进入到发动机进气歧管26)内和将双流体引入设备 44A包括到主室内以分别用于预混合和DI燃料引入，和包括一个点火 正时增加设备56 —起使得HCRI发动机300能使用且实现HCRI过程 100的两个完全HCRI和四个RIS增加实施例。在这些多种过程实施例 中的运行通过电子发动机控制系统30被引导，该电子发动机控制系统 30以适合于发动机运行状况的方式调节多种燃料和控制流体引入器 (44A、 44C和44D)和多种RI种类生成控制增加设备(54、 64和70)、 排气再循环设备62和点火正时增加设备56。
对于本领域一般技术人员容易地显见的是典型的HCRI发动机300 (如在图4A至图4D中描绘)代表了一般化的旋转发动机示意性图示， 且除提及到的这些之外，可以添加其他部件或可以移除或修改现有的 部件。另外，也能使用和实现HCRI过程IOO的许多其他的旋转HCRI 发动机变体是可以的。
图5A至图5C共同图示了典型的二冲程往复活塞式HCRI内燃发 动机(在后文中称为HCRI发动机400)，该发动机是HCRI发动机200 的实施且可以使用和实现HCRI过程100。 HCRI发动机400因此也能 是HCRI过程100的两个完全的HCRI和四个RIS增加实施例。用于 HCRI发动机200的图2A至图2B和用于HCRI发动机400的5A至图5C具有共同的特征。因此，为清晰起见，HCRI发动机400的共同特 征的一些的描述及其在图5A至图5C中的示意性描述被省略，且依赖 于相对于HCRI发动机200的这些特征的描述及其在图2A至图2B中 的示意性描绘提供对共同特征的充分描述。虽然用于HCRI发动机200 和HCRI发动机400的术语一般是相同的，但存在对于HCRI发动机 400的数个差异。
例如，在HCRI发动机400中，可移动做功动力产生部件40也称 为活塞76。当主室34的体积处于其最小值时活塞76处于HCRI发动 机400内的"TDC"位置。虽然此特定的术语不用于图5A的描述中， 但在此二冲程往复活塞式发动机实施例中的顶部壳体外周36也可以称 为"气缸盖"且侧面壳体外周38也可以称为"气缸套"。在典型的 HCRI发动机400中的顶部壳体外周36是壳体外周的盘形部分。此盘 形部分跨过了发动机燃烧气缸的上部分。它从大致对应于点火正时增 加设备56的底部的轴向位置盖住了气缸。侧面壳体外周38是开始正 在此轴向位置下方的发动机燃烧气缸的壳体外周的部分。
在图5B中示出了顶部外周36的俯视图。此视图通过将图5A中 示出的部分E-E连接的轴线。如通过图5B可见，相同的双流体喷射器 44A将控制流体供给到八个主动控制的M-C 32中。而这些M-C的四 个具有与另外四个不同的几何形状，它们都具有(但不必须地具有) 与在SAE论文No. 2007-01-0135 (Blank)中以此实施例进行的仿真试验 中相同的体积。此图是功能示意图，不是详细的或按比例的描绘。
图5C是当活塞接近其BCD ("下止点")位置时此发动机的简 单的进气口72、排气口 74和活塞76顶部设备的径向截面示意图。这 再次是功能性的"底视图"表示，不是精确的径向截面。类似于HCRI 发动机300，在HCRI发动机400中进气66通过进气口 72从发动机进 气歧管26的部分(这些部件是进气进入设备58的部分)进入，且排 气68通过排气口 74离开到发动机排气歧管28内(这些部件是排气离开设备60的部分)。也类似于HCRI发动机300的是燃料通过进气进 入设备燃料引入设备44D直接引入到发动机进气歧管26内。带有两层 活塞表面(图5A和图5C)的进气口 72和排气口 74布置的HCRI发 动机400的优点是生成了高度对称的内部流动形式，这有助于避免离 开的排气68与进来的进气66在进气-排气事件期间的过度混合(如在 SAE论文No. 2007-01-0135 [Blank]中的一些细节中描述的)。
如在HCRI发动机200中，HCRI发动机400可以构造为带有多种 RI种类生成控制增加设备(54、 64和70)且假定包括排气再循环设备 62。排气再循环设备62的可应用于此实施例的一个例子在SAE论文 No. 2007- 01-0135 (Blank)中给出。也假定有这些设备和多种燃料和控 制流体引入器(44A、 44C和44D)和点火正时增加设备56的电子发 动机控制系统30。通过控制系统30的调节具有适合于HCRI发动机400 的运行状况的方式。因此，HCRI发动机400可以使用和实现HCRI过 程100的两个完全的HCRI和四个RIS增加实施例。
本领域一般技术人员容易地显见的是在图5A至图5C中描绘的典 型的HCRI发动机400表示了一般化的二冲程往复活塞式发动机的示意 性图示，且除己提及的那些之外，其他部件可以添加或现有的部件可 以移除或修改。另外，HCRI发动机400的能使用和实现HCRI过程100 的许多其他二冲程往复活塞式发动机HCRI发动机实施例是可以的。
图6A至图6D共同图示了典型的四冲程往复活塞式HCRI内燃发 动机(在后文中称为HCRI发动机500)，它是HCRI发动机200的实 施例且使用了 HCRI过程100。 HCRI发动机500因此也能是HCRI过 程100的两个完全的HCRI和四个RIS增加实施例。用于HCRI发动机 200的图2A至图2B和用于HCRI发动机500的图6A至图6D具有共 同的特征。因此，为清晰起见，HCRI发动机500的共同特征的一些的 描述及其在图6A至图6D中的示意性描绘被省略，且依赖于这些特征 参考HCRI发动机200的描述及其在图2A至图2B中的示意性描绘来提供省略的共同特征的充分描述。虽然用于HCRI发动机200和HCRI 发动机500的术语一般地相同，但存在用于HCRI发动机500的数个改 进。
例如，类似于在HCRI发动机400中，在HCRI发动机500中可移 动做功动力产生部件40也成为活塞76，其中当主室34的体积为其最 小值时活塞76处于"TDC"位置。也类似于HCRI发动机400，在此 四冲程往复活塞式发动机实施例中的顶部壳体外周36也可以称为"气 缸盖"且侧面壳体外周38也可以称为"气缸套"。在典型的HCRI发 动机500中的顶部壳体外周36是跨过发动机燃烧气缸的上部部分的壳 体外周的盘形部分。它从对应于示出在图6A和图6B的每个中的主室 34内的两个90度轴向平面角部的轴向位置盖住了气缸(刚好略微在示 例的"内部带碗的活塞"形的活塞76的行程最高可能点的上方)。侧 面壳体外周38是发动机燃烧气缸的壳体外周的开始正在这些轴向位置 下方的部分。
描绘了 HCRI发动机500的两个轴向截面视图。图6A是通过线 D'-D的轴向截面，它强调了安装在顶部壳体外周上的主动控制M-C 32 的定位。图6B是通过包含了平面的线J-J和K-K的轴向截面。此图强 调了进气门78和排气门80的定位。来自发动机进气歧管26的进气66 可以通过进气门78进入主室34且来自主室的排气68可以通过排气门 80离开到排气歧管28。在图6B中也示出了包括了一般的进气进入设 备燃料引入设备44D以将燃料直接引入到(进气进入设备58的)发动 机进气歧管26。
也具有两个径向截面视图。第一视图是图6C，其是顶部外周36 的俯视图。此视图的平面通过(图6A的)线D-D和(图6B的)线J-J。 如通过图6B可见，相同的双流体喷射器44A将控制流体供给到四个主 动控制M-C32。如图6A和图6B，此图(图6C)是功能性示意图，不 是详细的或按比例的描绘。第二视图是图6D，图6D是此发动机的简单的活塞76布置的示意图，此时该活塞接近其BCD (下止点)位置。 这又是功能性"俯视图"表示，不是精确的径向截面。
HCRI发动机500是另一个例子，其中被动控制的M-C 32安装在 可移动做功动力产生部件40内。通过将图6B和图6D对比，这些被动 室的布置是清楚可见的。从图6D可理解的是，四个被动M-C32对称 地布置在活塞76的碗的中心部分内。虽然它们的功能非常不同，但这 些安装在活塞上的被动M-C 32的定位非常类似于在SAE论文No. 952359 (Reitz等)中的"空气室"的最优定位。在此早期工作中，到空 气室的进入/离开管道构造为具有非常大的直径，使得在发动机内无基 种类生成。SAE论文No. 2007-01-0013 (Blank)强调了 HCRI发动机500 的通过使用特殊的气门行进方案而使用气门动作和另外的气门动作以 帮助将RI种类在M-C 32和主室34之间传递的能力。
如在典型的HCRI发动机200中，HCRI发动机500可以构造为带 有多种RI种类生成控制增加设备(54、 64和70)和排气再循环设备 62。使用微室RI种类生成控制增加设备54以用于单独控制在非常类 似于HCRI发动机500的四冲程HCRI发动机实施例内的燃烧的正时的 例子在SAE论文No. 2007-01-0047 [Blank]中给出。也适用于组合地且 协调地使用排气再循环设备62和排气RI种类生成控制增加设备64的 HCRI发动机500的例子在联合的SAE论文No. 2007-01-1887和JSAE 论文No. 20077212 (Blank)中给出。电子内燃发动机控制系统30调节了 这些设备和多种燃料和控制流体引入器(44A、 44C和44D)和点火正 时增加设备56。通过控制系统30的此调节具有适合于HCRI发动机500 的运行状况范围的合适的形式。HCRI发动机500可以使用和实现HCRI 过程100的两个完全的HCRI和四个RIS增加实施例。
本领域一般技术人员容易地显而易见的是在图6A至图6D中描绘 的典型的HCRI发动机500表示了一般化的四冲程往复活塞式发动机的 示意性图示，且除以上所提及的之外，其他部件可以添加或现有的部件可以移除或修改。另外，HCRI发动机500的能实现和使用HCRI过 程100的许多其他四冲程往复活塞式发动机HCRI发动机实施例是可以 的。
在HCRI发动机200的这三个HCRI发动机实施例中的HCRI过程 IOO的完全的DI HCRI过程实施例示出了在HCRI过程的部分期间在略 微在图1的情况2， 110之前和略微在情况8， 140之后之间的普遍的 类似的压力和温度趋势。燃烧的这两个性质的示例曲线在图7A和图 7B中给出以用于在SAE论文No. 2007-01-0623 (Blank)中研究的四冲 程往复式内燃发动机的主室32和主动控制的微室34。发动机类似于 HCRI发动机500，不同在于它不具有活塞76内的被动控制M-C 32。 重要的是从图7A中注意到主室34和M-C 32内的压力在TDC (0度 CA)后快速的下降。这指示了仅压縮未提供了几乎足够的热以使主室 气体自燃。因此，如果在TDC后不发生实现OH-RI种类的放热预点燃 活动(如对于图1的情况7， 135在以上所述)，则当然将导致点火不 良。然而，图7B示出了在此期间尽管压力的下降(在室34和32内)， 但在主室34内由于此预点燃活动而温度升高。因此，在TDC后11度 CA处发生了稳定的自燃。
在一般的和简单的情况中，对于给定的燃料，用于均质燃烧自燃 的标准可以考虑为取决于五个因素的组合
为理解相关地解释，此一般标准意味着将发生均质燃烧自燃的情
形(AIHC,mt)大致上基于对如下关键因素的加权合并(非和)空气 进气一燃料混合物的温度(Tmix)、混合物的空燃比(A/F t)、在空气 进气一燃料混合物中的选择的RI种类的初始(即在压缩期间在RI种 类预自燃活动开始前的点)的组合浓度(Re。ne)、空气进气一燃料混合 物(在全局/室水平)中的混合程度(Dmix)和在燃料充分混合后的反应性RI种类与燃料的驻留时间(Rres) 。 Teff是根据对于主室混合物的 给定的燃料和A/Fw的"有效"进气CR的温度。取决于燃料、A/Frat 和进气的入口条件等，Teff又基于"有效"进气CR。因此，Teff对应于
对于通过CI单独的自燃的给定的燃料和A/F^所需的温度。A/F^越稀 薄，则确保均质自燃发生而所需—Teff越高。如果此一般标准在循环期间 不满足(且通常通过在TDC后不长的时间)则发生点火不良。在此简 化的解释中忽略了多个其他因素。
在完全PCCI (且因此不使用任何来自前一个循环的RI种类)中， 自燃的公式简单地为AIHC，edt=a*Tmix/Teff。通过项的确定，对于给定的
空燃比A/Frat和燃料，当T画/Teff接近1.0时对于PCCI将发生自燃。
因此，对于此情况，当AlHc,m产a时达到用于自燃的标准。
完全的HCRI发动机的 一 般的区别在HCRI过程100的完全HCRI 发动机和RIS增加发动机之间的主要差异是RI种类的使用程度。如在 图1中图示的且如通过HCRI发动机200 (图2A至图2B)实施的用于 基点燃的热流体化学动力学过程的一般化的过程实施例(HCRI过程 100)已经在前文中以认识中的完全的HCRI实施例和RIS增加的实施 例被限定和描述。因此，虽然此先前的论述更趋向于完全的HCRI发动 机情况，但不唯独此情况。而且，因为其包括性，此先前的论述给出 了对于两个HCRI子情况自身的区别的有限关注。
虽然HCRI过程100的一般的完全HCRI发动机可以使用歧管(或 化油器)燃料引入、直接燃料引入或二者的组合，但是仅带有燃料DI 的实施例提供了更好的总效率。而且，DI燃料完全HCRI子情况的HCRI 内燃发动机实施例可以实现比预混合燃料完全HCRI子情况略微更好 的SOC控制。然而，在完全HCRI的两个子情况中，RI种类的合适的 最大使用被用于预导致自燃和导致自燃。因此，如在常规的PCCI内一 样，在完全HCRI过程实施例中的燃烧是均质的。这与在SI燃烧(带 有其火焰锋面燃烧)和DI CI燃烧(带有其预混合和湍流混合阶段)期间发生的时间延伸的扩散反应过程形成鲜明的对比(内燃发动机原理，
1988 [Heywood])。
一般地，Rres的值主要通过两个因素控制RI种类变成是反应性 的时间和燃料引入的正时开始和持续时间。因此，此值保持为零直 至如下两个情况发生(1)己存在一些已经变得与其他主室气体有效 地混合的燃料引入，和(2)RI种类已变得在意义上是反应性的。另外， 对于两个完全的HCRI子情况，RI种类增加的程度(Rc。。e)理解为处
于其最大值(Rconc,max)
与用于由式(6)给定的均质燃烧的一般标准相比，对于DI完全 HCRI子情况(在此称为HCRI过程100的"DI-HCRI"过程实施例) T,不需要在确保自燃前达到Teff。对于给定的燃料和给定的空气一燃
料比A/F^，即使/当T,达到明显地低于Teff的值时(其中自燃自身开
始在低于Teff的100至15(TC的典型温度下发生)自燃标准可以被满足。 而且，D,的值也不需要处于其最大值1.0，但它一般应适当地接近该 值以使得燃烧是均质燃烧。
对于完全HCRI的DI HCRI子情况，在移动的主室气体的多种质 量位置处，当燃料、氧和RI种类变得在最低湍流长度尺度处混合时RI 种类驻留时间开始。压縮导致Tmix升高。燃料引入的量根据给定的发 动机速度和发动机负荷设定，使得空气进气一燃料混合物仍保持较稀 薄(比典型的常规PCCI和DI内燃发动机稀薄)。发动机的CR设定
为低于为达到T祖所需的CR (对应于进气混合物的A/F^和进气情况
等)。初始RI种类浓度Re，和RI种类驻留时间R^的总平均(全局 平均)(主要通过燃料引入正时，即开始和持续时间来控制)与温度 升高(由于压縮和预自燃化学反应)和混合率相协调，协调的方式使 得保证在希望的时间发生点燃。
对于DI-HCRI子情况，可以考虑将这些因素设定为使得对于给定的空燃比A/Fut和给定的燃料的自燃标准为
<formula>formula see original document page 60</formula>
因此，当此函数达到a时对于DI-HCRI发生自燃。对于DI-HCRI，以 半分析的形式描述为
<formula>formula see original document page 60</formula> (7)
其中a是对于在常规的PCCI公式中的自燃的必须值(对应于对于 常规的PCCI的"有效"充气CR)。而为理解的目的，三个其他的系 数可以简单地视作常数，在实际中它们(c、 d和e)是Tmix、 Re。ne、 Dmix
和Rres的非线性函数。注意的是Re,，max是关键RI种类的初始浓度且 在预点燃过程期间不改变。
因此，在HCRI过程100的DI-HCRI过程实施例的发动机整个运 行范围内，在主室34内的燃烧控制严格地通过RI种类由组合方式维 持。控制在HCRI过程100的DI-HCRI过程实施例中的"有效"SOC 的两个主要方式是(1)生成和通过到下一个循环的RI种类的量(每 发动机燃烧气缸的质量)的精确调节，和(2)这些RI种类被允许与 燃料一起在点燃前在主室34内的驻留时间的量。
在预混合进气完全HCRI子情况(在此称为HCRI过程100的 "PC-HCRI")中，燃料喷射的全部可以进入一般的进气进入设备58 内(如典型地在常规的HCCI中)和可以在典型地早于主压縮事件开始 的正时处存在一些燃料喷射和DI的组合到主室34内。在此预混合燃 料子情况的所有发生中，自燃标准理想地对于D,不敏感(在任何情 况中Dmix—般地在合适地在SOC前在其最大值1.0时恒定)。因此， 对于HCRI过程100的PC-HCRI过程实施例，对于给定的空燃比A/Frat 和给定的燃料自燃标准为<formula>formula see original document page 60</formula>
其中a又是对于在常规PCCI自燃的必须值。在此过程中，RI种类一燃 料驻留(相互作用)时间(RKS)的调节在控制策略中不可利用。对于 SOC的正时的控制主要通过调节在先前的循环(多个循环)中生成的且输送到主室34的RI种类的量。
强调的是对于HCRI过程100的这两个完全的HCRI过程实施例的 自燃所需标准的以上的描述是简化的。然而，为了将HCRI过程100 的这些完全HCRI实施例与HCRI过程100的RIS增加PCCI和RIS增 加DICI实施例相比较，以上描述提供的理解是足够充分的。
对于以上一般描述的可利用的部分，在图2A至图2B (用于HCRI 发动机200)、图4A至图4D (用于HCRI发动机300)、图5A至图 5C (用于HCRI发动机400)和图6A至图6D (用于HCRI发动机500) 中示意性地描绘的内燃发动机实施例都是能使用和实现HCRI过程100 的DI-HCRI和PC-HCRI过程实施例的发动机构造的例子。存在一般的 方式以用于作为完全的HCRI过程实施例的这些内燃发动机实施例 (300、 400和500)的所有三个的运行。此一般方式是在前文中详细 提供的且适用于这两个完全HCRI过程实施例的一般区别的在典型的 内燃发动机实施例(HCRI发动机200)中的一般的热流体化学动力学 过程发明(HCRI过程100)的一般化的过程实施例的运行。为简洁和 清晰，在三个示例的内燃发动机实施例(HCRI发动机300、 HCRI发 动机400和HCRI发动机500)中的运行的共同特征的一些的描述因此 被省略，且依赖于关于在图1中描绘的HCRI过程100的运行的这些特 征的描述和它的在HCRI发动机200中的运行的详细描述来提供被省略 的运行的共同特征的充分的描述。特别地，HCRI过程100的详细描述 的插入应用于完全HCRI，且它的如给出的描述完全地解释了 HCRI过 程100的DI-HCRI和PC-HCRI过程实施例。
另外，为一般描述的清晰，发动机电子控制系统30的目的必须在 HCRI发动机200和它的三个示例的HCRI内燃发动机实施例(300、 400和500)的运行中被考虑为HCRI过程100的DI-HCRI过程实施例 或HCRI过程100的PC-HCRI过程实施例。发动机电子控制系统300 必须保证引入主室34内的燃料的总量和正时、引入到M-C 32内的控制正时和控制量和所有RI种类生成增加控制设备54、 64和70的使用
(如果使用任何设备或全部)都与发动机运行状况和规格以适合于这
两个完全HCRI过程实施例的方式完成。对于DI-HCRI过程实施例和 PC-HCRI过程实施例，所生成、携带、循环和输送以帮助点燃的RI种 类的总量是完全支配自燃事件所需要的量，从而导致(与常规的点火 模式相比)为点燃燃料所需热的降低和所需燃料浓度相对于氧浓度的 降低。而且，这些控制设备也以一起保证在希望的时间的自燃的方式 运行，且使得发动机的做功动力输出符合运行负荷和速度要求。
HCRI过程100不是"二择一"的技术。在完全的HCRI内燃发动 机实施例中(使用DI-HCRI和PC-HCRI的那些实施例)，专门使用 RI以实现HCRI过程100的独特的"完全HCRI"过程优点的最优使用。 然而，HCRI过程100也可以用于增加和改进其他常规的技术。因此， 此部分的剩余部分提供了 HCRI技术的四个主要的RIS增加应用的细 节。它们作为如在图1中描述的HCRI过程100的附加的过程实施例提 出，且一般地描述为在图2A至图2B中描绘的HCRI发动机200的实 施例变动。这些实施例中的两个涉及通过CI的点燃且两个涉及通过SI 的点燃。替代地，这些实施例中的两个涉及预混合进气且两个涉及燃 料的DI。
RIS增加的PCCI实施例的一般区别在与常规的PCCI (HCCI 和SCCI)相关的缺点中包括通过CI将均质燃烧延伸到发动机的整个 运行范围的困难。而且，在其中可有效实现PCCI利用的发动机运行范 围内，存在与控制SOC相关的困难。为实现控制SOC，典型地需要广 泛的控制，通常使用多个传感器、广泛的传感器引导的逻辑和燃烧历 史辅助的管理。
常规PCCI主要地依赖于对于均质燃烧的自燃控制可利用的数个 主要因素的仅两个。这些因素的一个是要求燃料和空气在最低的湍流 长度尺度下彻底地混合。通过定义，在PCCI中，这简单地通过将燃料与空气进气在远早于SOC点前预混合而完成。第二个因素是热(或"有 效地"进气CR)管理。为使得自燃在特定的时间发生，混合物必须(在 此时间)已经处于适合于发动机燃烧气缸的开始进气状况的精确的"有
效"进气CR。如果有效充气CR与"发动机的机械压縮比"相同，则
燃烧将在希望的时间处发生。 -
如上所述， 一般地PCCI自燃依赖于"低"温度CI化学动力学子 机制，该子机制以在与在完全HCRI中涉及的"较低"温度相比大体上 较高的温度(但称为"低"温)下的燃料氧化链式初始化反应开始(SAE 论文No. 2007-01 -0047[Blank]， SAE论文No. 2007-01-0135[Blank]和 SAE论文No. 2007-01-0623 [Blank])。
燃料与PCCI的燃烧也涉及RI种类的使用。然而，通常仅在这些 燃料一氧化链式初始化反应开始(以较高的"低"温)之后，RI种类 的浓度开始建立且加速。稍后在PCCI内RI种类开始在较高的温度下 牺牲自身以产生大量的基OH—。
这与用于使用在完全的HCRI点燃过程中的自燃的一般的"较低" 温度的"OH-RI种类"驱动的燃料分解子机制形成对照，其中，由于 在先前的循环期间生成的RI种类的携带、循环和输送，RI种类已以相 对大的量存在于进气内。因此，对于产生这些种类不需要与PCCI相关 的较高的"低"温度(或较高的"有效"进气CR)。在完全HCRI内 燃发动机中(DI HCRI和PC-HCRI)预点燃过程和点燃过程(对于给 定的燃料)受到在图1的情况6， 130和7， 135中给出的分别在低于 "较低"和"较低"温度下的子机制的支配。在这些较低的温度下， 在预点燃期间，H(V在支配的链式初始化反应式(1)中使用。通过链 式初始化反应式(2)也从携带的和预点燃生成的&02供给生成了 OH-的供给。此反应(式(2))高度放热且最终变成驱动RI种类导致的 自燃(RI)的支配反应。OIT主要在预点燃和自燃期间在支配的链式分 支反应式(3)内主导地被使用。尽管其开始相对地较低的温度，但用于完全的HCRI的此一般的 RI链式初始化和链式分支反应过程显著地比在较高的"低"温度下开
始的PCCI的一般的直接02燃料氧化驱动的链式初始化(和链式分支) 反应过程更快。且当这两个化学反应联合以实现RIS增加的PCCI过程 实施例(这里称为HCRI过程100的"RIS-PCCI"过程实施例)时， 与"常规"PCCI相关的许多问题被克服。
取决于增加的程度，在RIS-PCCI过程实施例(如在完全的HCRI 中)中，OH—通过高度放热反应式(2)在主室34内从预供给的H202 (通过HCRI过程100携带、循环且输送)在RIS-PCCI自燃前合适的 时间生成。虽然此机制仍复杂，但其他RI种类也很大程度上有助于加 速此更快的(比常规PCCI更快)OH—生成。而且，在此预点燃过程的 大部分期间，所有RI种类的浓度一般地增长。除由放热反应式(2) 提供的内部能量外，OIT基用于通过链式分支反应式(3)和一般的子 机制生成另外的内能，该子机制通过多种Rj—基的可利用性而被激活。 因此，在完全HCRI中，在RIS增加的PCCI中，Rj—基在早期自燃活动 期间造成(但以较低的量，取决于RI种类增加的程度)。
RIS-PCCI过程实施例的将其与PC-HCRI过程实施例区分的主要 特征是不足的RI种类最初以足以导致完全RI的量(Re。ne)存在于主室 34内的事实。但足够的RI种类最初存在以促进其自身生长率且又供给 放热反应子机制以充分地升高主室进气的温度直至或接近新的 RIS-PCCI值Teff，使得常规的子机制(主要涉及在较高的"低"温下 的燃料氧化反应的子机制)可以进行。因此，对于最终的自燃的标准 通过RI和PCCI的组合设定。
对于给定的空燃比A/F^和燃料类型，当如下式子成立时满足了对 于RIS-PCCI的过程实施例的基本的标准
(AI,—ca - FlaUerr; c* Rc咖;一R^ = a (9)其中(如在前述情况中)a是对应于"有效"进气C R的必须值(且
因此是所有影响对于给定的燃料和空燃比A/F^的"有效"进气CR的 因素的函数)。因此，在此a又是对于常规PCCI自燃的必须值。然而， 三个权重函数又可以简单地再次视作常数，权重因数a、 c和e (以及
Teff)实际上是T^和Rc。ne的非线性函数。如对于完全HCRIZ Tmix的
改变不由压縮单独导致，而是由于压縮和通过RI种类(以及其他种类) 的存在而导致的预点燃活动联合导致。PC-HCRI过程实施例和 RIS-PCCI过程实施例之间的仅有的区别在于RI种类增加的程度。Rc。nc 的值低于R，e，，的值。
增加的对RIS-PCCI过程中的自燃正时的控制可以以如下的方式 获得。首先，A/F^保持为比常规的PCCI更稀薄。因此，Teff的值升高 (到比常规的PCCI在其典型地更稀薄的条件下所需的值以上的值)。
确保自燃的标准是在任何情况中不对于Tmix敏感但也通过Tmix、 R②m
和R^的值驱动。在预燃烧期间，RI种类的存在通过"较低"温度的 子机制影响了 Traix自身的升高。因此，取决于增加的程度，虽然较晚 的预自燃化学动力学过程的一些百分比仍可以是通过较高的"低"温 燃料氧化子机制(一般地与常规的PCCI相关)，但化学动力学的剩余 部分是由于较早的预点燃和点燃过程通过与PC-HCRI过程实施例相关 的相同的子机制导致的。且两个子机制(且因此通过RI种类的初始存 在实现的另外的化学反应)的连续使用实现了对于RIS-PCCI发动机内 的自燃的正时的增强控制。
替代地且较不优选地，RIS-PCCI过程可以通过降低发动机的CR
来控制而非通过使得A/F^更稀薄来控制。在此情况中，Teff的值不升 高。明显地，因为较低的CR，压縮自身将不能使进气变为Teff。但是， RI种类活动再次用于通过提供使得丁 ^升高到常规的PCCI Teff值所需
另外的内能来补充自燃过程。显然，用于控制RIS-PCCI过程的第三选 择是降低CR (但不降低很多)和使得混合物更稀薄(但不很稀薄)。为完整性，应提及的是对于存在RI种类增加的程度，大多数情况 中在发生自燃的实际温度中将总是存在一些成比例的下降(低于Teff， 即在等价的常规PCCI发动机中对于自燃所需值)。这是因为，在HCRI
过程100的RIS-PCCI过程实施例中，RI种类预点燃化学反应的效果总 是比通过排气的循环向主进气内添加内能中(如在PCCI的情况中〗的 效果大。此预点燃化学反应导致造成更多的用于自燃所需的主前体种 类。这些前体种类中的许多最终在自燃中被要求。这些种类在常规的 PCCI的较高的"低"温燃料氧化子机制且在HCRI过程100的PC-HCRI 过程实施例的"较低"温度的OH-RI种类驱动的燃料分解链式初始化 和链式分支子机制中使用/要求。在RIS-PCCI中，在与HCRI过程100 的PC-HCRI过程实施例相关的相同的子机制的一些在"较低"温度下 的完成(且导致内能生成)后，实际上也存在比常规PCCI中更多的关 键RI种类和OH—。在常规的PCCI运行中，这些RI种类和OH—不能以 很大意义上的量在这些"较低"的温度下存在，而是主要当进气接近 达到Teff时生成。因此，这些RI种类的最初存在导致一般的但非复杂 的混合子机制。
RIS增加DI CI实施例的一般的区别；作为对常规的CI DI发动机 (例如，柴油发动机)的增加，HCRI过程100可以在常规的柴油CR 下但在更稀薄的条件下实现自燃和更完整的继续燃烧。这导致的新类 型的RIS增加DICI实施例(在后文中称为HCRI过程100的"RIS-DI CI"过程实施例)具有相对于带有或不带有EGR的常规DI柴油发动 机的优点。
在常规DI CI发动机(带有或不带有EGR)中，燃料的自燃和随 后的燃烧在两个阶段中(预混合阶段和混合控制阶段)。在两个阶段 中，过程反应通过高温氧化和/或分裂子机制发生。在预混合阶段中， 自燃和预混合燃烧更多地通过化学动力学控制。典型地通过压縮(但 不总是借助于EGR的热部分一如果使用EGR的热部分则它典型地被 冷却)在燃料喷射前使进气达到Teff值(对应于常规的PCCI情况)以上的温度。然后，在混合控制阶段期间，剩余燃料的燃烧更多地通过 在进气高温下的湍流混合水平控制。因此，扩散在两个阶段中起到了 主要作用。不幸地是，此燃烧次序也用于最大化氮氧化物的形成。当 过程继续且氧变得局部被耗尽(到扩散和湍流不能保持的程度)时， 如果燃料包括大分子则它在接近无氧的高温区时可能被热解以产生碳 烟。
在HCRI过程100的RIS-DICI过程实施例中，RI种类替代地与氧 流预混合且在氧流中用作"燃烧增进剂"，使得在第一阶段中且也通 常(但不总是必然地)在第二阶段中的扩散燃烧(取决于燃料、运行 条件和RI种类增加的程度)都可以在更稀薄(比化学计量下稀薄)的
条件下发生。因此，发动机可以(且典型地)以较高的A/F^运行。燃
料的增加的稀薄性降低了峰值火焰温度且有助于降低NOx的总生成。
当使用略微到适度地低于正常的常规DI CI CR时，RIS-DICI过程 实施例的自燃标准几乎与完全DI HCRI的标准相同，不同在于空燃比 (A/Frat)在SOI后随时间增长。因此，替代地，最一般的标准适用， 即
Pla^T她HW; ^G(A/F^); cW咖；d*(1.0 - D她)；e*Rrcsj = a (10)
在此情况中(比正常的常规DICICR略微到适度地低)，取决于 CR，燃料引入可以较早且可能在自燃发生前存在更多的燃料混合。燃 料引入的持续可以(且通常为)使得EOI仍在SOC之后某时间发生。 在其自燃期间，当火焰变得在围绕仍在被引入且驱动为越过主室34的 小滴组的包络内形成时，RI种类有助于在这些锋面中发生的扩散燃烧 过程。由于在第一阶段中并非所有氧都被消耗，所以通常也并非所有 RI种类在此第一阶段都被消耗。且因为RI种类和氧在自燃前很好地相 互混合，所以剩余的RI种类继续与未使用的氧流一起运行。这些剩余 的RI种类因此可用于帮助循环的下一个部分，即混合控制阶段。因此，在混合控制阶段扩散中，燃烧也可以且一般地在略微比正常(常规) DI CI发动机空燃比条件稀薄时发生。
然而，当使用正常的DICICR且SOI (喷射开始)仅在Tn^已达
到(或接近达到)Teff后发生时，RI种类在自燃中的作用不同。在此情 况中，它们对于自燃的正时具有很小的影响(替代地由喷射正时设定 自燃正时)。替代地，它们用于使得自燃更迅速，带有形成在引入的
小滴组周围的更稳定的火焰包络。RI种类对在两个循环燃烧阶段中在 大体上更稀薄的条件中(与"常规"DICI发动机相比更稀薄)发生的
燃烧过程有帮助。
无论是否使用使用了较低的CR，在预混合阶段和混合控制阶段 中，由式(2)和式(3)给出的反应起到主要作用。类似于在HCRI 过程100的RIS-PCCI过程实施例中，较高温度的燃料分裂和通常与常 规DI CI的两个燃烧阶段相关的氧化子机制因此被修改。对于多种燃料 的修改的子机制的一般化是与常规的DI CI预点燃、点燃和燃烧相关的 复杂的一般的子机制和与完全的DI HCRI预点燃和自燃相关的子机制 的伪混合。修改的程度与RI种类增加的程度相当。 '
而且，在做功膨胀期间，含有高速RI种类的射流也从微室排出。 此外，这些射流携带了另外的RI种类和氧。它们也用于生成相对地大 的湍流水平。因此，虽然原始主室RI种类的存在(来自先前的循环(多 个循环))已用于消除碳烟形成的大部分(通过增加燃烧过程的效率)， 但当正确地对准时，这些射流也有助于进一步消除可能不利地形成的 任何碳烟的凹坑。
最后，应提及的是常规的DI CI点火模式必须依赖于喷雾的动量 以驱动火焰越过压縮的空气进气。这要求用于DI CI的燃料具有相对地 高的十六院值(即它们自燃相对地快)，使得预混合阶段燃烧可以跟 上喷射流速。否则(带有较低的十六垸值)，可能具有过度的噪声，且在某些运行情况下可能敲缸。然而，(如在SAE学报论文No. 2004-01-1677 [Blank]和SAE i仑文No. 2004-01-1847 [Blank]中示出，在
此通过参考将其合并)RI种类的不足量的存在用作十六烷促进剂。
RIS增加的PCSI实施例的一般性区别在与使用常规的PCSI (HCSI)相关的问题中，困难是在PCSI运行范围的极限处，即在高负 荷时的敲缸和在低负荷时的节流。虽然完全HCRI发动机的点燃与常规 PCSI发动机的点燃的化学动力学比较比其与常规PCCI发动机的点燃 的比较更困难，但涉及RIS-PCCI过程实施例的前述论述的一些可以扩 展到RIS增加的PCSI。
类似于常规的PCCI和RIS-PCCI，常规的PCSI或RIS增加的PCSI (在后文中称为HCRI过程IOO的"RIS-PCSI")都不涉及扩散火焰燃 烧。类似地，作为常规的DICI的替代，在常规的PCSI的火焰锋面内 的燃烧在相对于常规的PCCI的"低"温度和完全HCRI的"较低"的 温度的"较高"的温度下发生。然而，因为两个常规的PCSI和RIS增 加的PCSI的SOC都是由于火花导致，所以不能进行对于自燃的标准 的比较。而且，PCSI也主要涉及火焰锋面以传播燃烧且不同样地取决 于化学动力学或湍流混合。
取决于燃料，常规的PCSI使用了较高温度的燃料分裂(热的和/ 或通过第三体的)和燃料氧化化学动力学子机制。但是，RI种类在 RIS-PCSI过程实施例内的存在的效果类似于RI种类在RIS-PCCI过程 实施例中的效果。在RIS-PCSI过程实施例中的点燃子机制又是半连续 的高良好的子机制，但是它一般地略微快于在RIS-PCCI过程实施例中 的良好的点燃子机制而发生。
将RI种类在RIS-PCSI过程实施例中的效果可视化的简单方式是 将这些RI种类视作负责增加两个事情。首先，它们增加了燃料的可点 燃性。其次，它们的存在增加了燃料一空气混合物在火焰锋面内的燃烧速度。且取决于燃料、CR和空燃比，可以具有在火焰锋面外侧的第 三个效果。
式(2)和反应式(3)都在包括完全HCRI的"较低"的温度和 常规SI的"较高"的温度的温度范围内发生。因此，在锋面内侧，反 应式(2)和反应式(3)与常规PCSI的常规高温氧化物反应和/或燃料 分裂机制组合起到了主要作用。在火焰锋面内， 一旦最终达到了较高 的温度，则这两个反应在任何情况中也是常规的PCSI高温氧化反应机 制的部分。因此，在常规PCSI情况的高温机制中，RI种类在任何情况 中也起到主要作用。但是，在常规的PCSI中，这些种类可能仅在较高 的温度下通过氧化驱动的链式初始化机制而生成后才起到它们的作 用。
在RIS-PCSI过程实施例中，这些选择的RI种类替代地已存在且 可以通过反应式(1)至(3)(和RI的典型的用于较小和较大分子的 燃料的其他更复杂的机制)快得多地"进行工作"。但是，因为温度 变高(比完全HCRI情况中)快得多，所以类似于常规的PCSI的那些 机制的机制很快起作用。 .
对于已存在的RI种类，在火焰锋面内的燃烧总体上更快。锋面的 速度取决于进气的RI种类存在的稀薄性和程度而变化。因此，虽然此 总体上新的火焰锋面RIS-PCSI机制是半连续的混合物(完全HCRI和 常规的PCSI机制的混合物)，但它是比HCRI过程100的RIS-PCCI 实施例的混合物总体上更快且更同时发生的混合物(虽然不完全地同 时)。
由于增加的燃料可点燃性，可以使得在整个发动机运行范围内使 用的空燃比(A/Frat)在对于HCRI过程100的RIS-PCSI过程实施例的 运行中均一地更稀薄。另外，燃料在多种负荷(且因此A/F^)下的可
点燃性则可以通过Re。ne ( RI种类在主室进气内的浓度)控制为具有一定的精度。在高负荷下，当更多的燃料被添加时，要求更少的RI种类。 RI种类与燃料的比因此可以被控制以确保通常不能发生敲缸。在较低 的负荷下，当通常要求节流以防止点火不良时，替代地添加了更多的
RI种类以增加进气的可点燃性。因此，即使无节流，通过RI种类的存 在也使得点火不良相对地更不可能。而且，RI种类与燃料且与空气的 比也可以用于获得对于火焰锋面传播速度的一些控制。
最后，在RIS-PCSI过程实施例火焰锋面内的起作用的化学动力学 子机制的混合实现了在更稀薄的燃料条件下的更迅速的燃烧，因此， 即使局部膨胀(在燃烧区内)可能更快，但一般地存在更少的机会使 得反应中的微粒过早地从燃烧区排出(改进的程度部分地取决于燃 料)。然而，被排出的反应中的微粒处于它们通常在常规PCSI发动机 中遇到的环境非常不同的环境中。在使用RIS-PCSI过程实施例的发动 机实施例中，这些微粒排出到锋面外侧的相对地空气富集的主室进气 内(与常规的PCSI的导致化学计量燃烧的条件相比)。取决于燃料和 发动机运行条件，在一些情况中，排出的不完全的产物的一些可能继 续燃烧。
RIS增加的DISI实施例的一般性区别作为可控燃烧的替代，汽 油当遇到过多的压缩热时通常爆燃，从而导致气缸压力的突然升高， 这以非常大的力捶击活塞。对于带有高辛垸值和低十六垸值的其他燃 料这也可能成立。因此，因为对于汽油和其他带有类似燃烧特性的燃 料，缓慢的受控燃烧是必需的，直至发现了近来的常规GDI ("汽油 直接喷射")装置，其通过分层进气保证了这样的控制，使用这样的 燃料的DI是不可行的。
使用汽油的近来的现有技术的DISCSI ( "GDI")使用了在主室 进气内的分层燃料分配。使得在火花塞附近进气更富集且然后使得进 气在离开火花塞的距离增加时逐渐稀薄。这被发现使得较低负荷的 SCSI在汽油在额外的稀薄燃料条件下没有节流的情况下是可能的。虽然火花塞初始化了点燃，但喷射正时和喷射率在喷射中的变化用于维 持对分层的控制。然而，此现有技术发展不能扩展到较高负荷的条件。
在HCRI过程的RIS增加的DI SI实施例(在下文中称为HCRI过 程100的"RIS-DISI"过程实施例)中，与DISCRI相关的两个主要的 问题通过数个步骤被克服。首先，在RI种类在进气内的均匀的预放置 的情况下，使得燃料分布在低负荷下明显更稀薄。因为RI种类，此分 布不需要被分层。然后，进气的平均燃料稀薄度和RI种类在空气进气 内的初始浓度(Rc。ne)每个被调整(在相反的方向上几乎成比例地)， 以使得RIS-DISI发动机能在整个发动机运行范围内起作用。这工作的 原因符合以上给出的对于RI种类RIS-PCSI过程实施例的存在如何同 时完成了如下四个事情的相同的解释(l)增加燃料的可点燃性，(2) 增加燃料-空气混合物在火焰锋面内的燃烧速度，(3)便于对于火焰锋 面的速度的控制措施，和(4)有时实现了在火焰锋面外侧的另外的燃烧。
另外，HCRI过程100的RIS-DISI过程实施例以汽油和带有类似 的特性的燃料运行时通常如果产生则不产生许多碳烟。为何这是如此 的原因符合以上给出的对于RIS-DICI实施例如何完成了如下三个事情 的相同的原因(1)实现了更稀薄燃料的运行且因此更富集空气的燃 烧(降低了碳烟的生成)，(2)消除了仍通过分层对准到主燃烧室内 的高速含RI种类一氧的高湍流射流的喷射而不利地生成的碳烟形成， (3)产生和分布用作"十六垸促进剂"的RI种类。
对于上文一般描述的可应用部分，在图2A至图2B (用于HCRI 发动机200)、图4A至图4D (用于HCRI发动机300)、图5A至图 5C (用于HCRI发动机400)和图6A至图6D (用于HCRI发动机500) 中示意性地描绘的内燃发动机实施例都是能使用和实现在前文中描述 的HCRI过程100的RIS增加的过程实施例的所有四个(RIS-PCCI过 程实施例、RIS-DICI过程实施例、RIS-PCSI过程实施例和RIS-DISI过程实施例)的发动机构造的例子。存在一般的方式以用于作为HCRI
过程100的四个RIS增加的过程实施例的任何实施例的HCRI发动机 200 (300、 400和500)的所有这三个内燃发动机实施例的运行。用于 此的一般方式是在前文中详细提供的且应用于前述的RIS-PCCI过程实 施例、RIS-DICI过程实施例、RIS-PCSI过程实施例和RIS-DISI过程实 施例的一般区别的典型的内燃发动机实施例(HCRI发动机200)中的 一般的热流体化学动力学过程发明(HCRI过程IOO)的一般化过程实 施例的运行。为简洁和清晰，在三个示例的内燃发动机实施例(HCRI 发动机300、 HCRI发动机400和HCRI发动机500)中的运行的共同 特征的一些的描述被省略，且依赖于关于在图1中描述的HCRI过程 100的这些运行特征的描述及其在HCRI发动机200内的运行的详细描 述来提供对于四个RIS增加的过程实施例的被省略的运行的共同特征 的充分的描述。特别地，HCRI发动机100的详细描述的延伸被应用于 RIS增加的PCCI、 DICI、 PCSI和DISI的情况，且它的如给出的描述 完全地解释了 HCRI过程100的RIS-PCCI、 RIS-DICI、 RIS-PCSI和 RIS-DISI过程实施例。
另外，为总体描述的清晰，发动机电子控制系统30的目标必须在 HCRI发动机200和其带有HCRI过程100的RIS-PCCI、 RIS-DICI、 RIS-PCSI和RIS-DISI过程实施例的HCRI发动机实施例(300、 400、 500)的运行中被考虑。发动机电子控制系统30必须保证引入到主室 34内的燃料的总量和正时，引入到M-C32内的控制流体的正时和量， 和所有RI种类生成增加控制设备54、 64和70的使用(如果任一个或 都使用)都对于发动机运行状况和规格以适合于这些实施例的方式完 成。对于所有这些实施例，被生成、携带、循环和运输以有助于在晚 期循环中的点燃的RI种类的总量必须是在这些循环内的点燃事件中以 希望的方式(无支配)起帮助作用所需的量，从而导致(与常规的点 火模式对比)对于燃料点燃的所需热和所需的相对于氧浓度的燃料浓 度的降低。而且，这些控制设备也以一起保证发动机的做功动力输出 与运行负荷和速度需求一致的方式运行。对于两个CI RIS增加的变化，这些控制设备必须也保证在正确正时处的点燃。
从前述的关于HCRI过程100的四个RIS增加的论述中，现在应
清楚的是，HCRI过程100的这些增加实施例的点燃机制是被增加的常 规技术的子机制与完全HCRI子机制的混合。在预混合CI增加的变化 (RIS-PCCI)中，燃烧是均质的，且在DI燃料增加(RIS-DICI)和在 SI增加RIS的变化(RIS-DISI和RIS-PCSI)中，燃烧比在其常规的同 等情况中的燃烧局部地(但不是全局的/室宽地)更均匀。
权利要求
1. 一种用于控制在发动机的主燃烧室内用于燃料点燃所需热和相对于氧浓度的所需燃料浓度的降低的方法，所述方法包括提供多个基点燃种类，所述多个基点燃种类在至少一个先前的燃烧循环中在与所述发动机的主燃烧室相关的至少一个次级室内生成，其中所述多个基点燃种类通过至少一个OH基点燃种类驱动的化学动力学机制生成；引导所述多个基点燃种类的一部分到所述主燃烧室；调节所述主燃烧室的基点燃种类的所述部分的积累和生成的基点燃种类，以调节在主燃烧室内燃料的点燃事件。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述主室的基点燃种类的所 述部分的积累和生成的基种类的调节进一步包括控制所述多个基点燃 种类的产生。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中所述主室的基点燃种类的所 述部分的积累和生成的基种类的调节进一步包括控制引导到所述主燃 烧室的所述多个基点燃种类的量。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中所述主燃烧室的基点燃种类 的所述部分的积累和生成的基点燃种类用于调节所述点燃事件，以及 其中所述点燃事件进一步包括由链式初始反应H202+M=OH+OH+M和 涉及通过OH的直接燃料分解的链式分支反应来驱动所述点燃事件。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中所述主燃烧室的基点燃种类 的部分的积累和生成的基种类的调节进一步包括使用调节如下项的至 少一个的装置来控制在所述至少一个次级室内的所述多个基点燃种类 多个气体的产生所述次级室内的气体的化学成分；所述次级室内的气体的化学活性；所述次级室内的气体的化学活性率；所述次级室内的气体的温度；所述次级室内的气体的压力；和所述次级室的体积。
6. 根据权利要求2所述的方法，其中所述主室的基点燃种类的所 述部分的积累和生成的基种类的调节进一步包括使用构造为调节如下 项的至少一个的装置为所述主室的基点燃种类的所述部分的积累和生 成的基种类补充多个再循环排气的预定部分所述再循环排气的预定部分的化学成分； 所述再循环排气的所述部分的化学活性； 所述再循环排气的所述部分的化学活性率； 所述再循环排气的所述部分的温度；和 所述再循环排气的所述部分的压力。
7. 根据权利要求3所述的方法，其中所述主燃烧室的基点燃种类 的所述部分的积累和生成的基种类的调节进一步包括使用构造为调节 如下项的至少一个的装置来控制引导到所述的主燃烧室的多个基点燃 种类的量进入所述发动机的多个进气的歧管压力；离开所述发动机的多个排气的歧管压力；再循环的多个排气的部分；进气门的行进方案；排气门的行进方案；进气口的截面积；排气口的截面积；进气的流动方式；所述发动机内的压力；和所述发动机的压縮比。
8. —种用于改进包括气缸的内燃发动机的设备，所述气缸进一步 包括由做功动力产生部件限定的至少一个可变体积燃烧室，该做功动 力产生部件在由气缸壳体在外部界定的空间内移动，其中所述气缸构 造为周期性地接收燃料和空气进气且实施燃烧循环，所述燃烧循环包 括进气、主压縮、燃烧、做功膨胀和排气部分阶段，所述设备包括a) 布置在所述气缸的气缸壳体周围、与所述至少一个可变体积燃 烧室热化学的和流体动力学的接触并在所述至少一个可变体积燃烧室 附近布置的至少一个微室，其中所述至少一个微室构造为用作用于多 个基点燃种类的生成的发源地点；b) 构造为将所述至少一个微室与相关的所述至少一个可变体积燃 烧室联接的至少一个连接管道，所述至少一个连接管道也构造为在所 述燃烧循环的多个阶段期间允许所述多个基点燃种类、空气、燃料和 化学反应产物进出所述至少一个微室的流动；和c) 与所述至少一个微室相关的至少一个控制器，所述至少一个控制器构造为基于施加到所述发动机的负荷和速度要求来调节提供到所 述至少一个可变体积燃烧室的所述多个基点燃种类的量。
9. 根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个控制器与所述 至少一个微室相关且包括如下装置的至少一个装置a) 用于将控制流体分配到所述至少一个微室使得所述至少一个微 室内的燃料浓度被调节的装置；b) 用于将控制流体分配到所述至少一个微室使得所述至少一个微 室内的氧浓度被调节的装置；c) 用于改变所述至少一个微室的体积使得其体积被调节的装置；d) 用于与所述至少一个微室相关的温度的调节使得所述至少一个微室内的温度被调节的装置；e) 用于与所述至少一个微室相关的压力的调节使得所述至少一个 微室内的压力被调节的装置；f) 可控催化表面；g) 可控表面积催化表面；h) 可控燃料重整设备；i) 可控等离子体生成设备； j)可控紫外光设备； k)可控微波设备； l)可控化学添加剂设备；m)用于改变所述至少一个微室内的流动的装置； n)用于改变所述至少一个微室的几何形状使得所述的几何形状被 调节的装置；o)用于改变所述至少一个微室的所述至少一个连接管道的几何形 状使得所述至少一个连接管道的所述几何形状被调节的装置；和p)用于调节通过所述至少一个管道进入所述至少一个微室的所述 燃料的量的装置。
10. 根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个控制器包括如 下装置的至少一个装置a)调节器，所述调节器用于控制在多个排气的再循环部分内传送 到所述燃烧循环的所述基点燃种类的量，其中所述调节器构造为实施 如下项的至少一项i.排气到所述至少一个可变体积燃烧室的所述再循环部分的量值调节以控制所述传送的量；
11. 通过稳定所述传送的量的所述百分比，在所述再循环部分内传 送的所述基点燃种类的百分比的量值调节；iii. 在所述再循环部分内传送的所述基点燃种类的量值调节，以此 通过控制能降低所述传送的量的份额的参数完成调节；iv. 在所述再循环部分内传送的所述基点燃种类的量值调节，以此 通过控制影响至少一个基点燃种类驱动的化学动力学机制的参数完成 调节，以便生成所述传送的量的一部分；和v. 已与供给的所述空气进气的至少一部分混合的、在所述再循环部分内传送的所述基点燃种类的量值调节，以此通过控制影响至少一 个基点燃种类驱动的化学动力学机制的参数完成调节，以便生成一定 量的所述传送的量，和b)管理设备，所述管理设备用于控制所述基点燃种类从先前的所 述燃烧循环到使用于所述燃烧循环中的至少一个可变体积燃烧室的输 送，其中所述管理设备构造为控制如下动作的至少一个动作i. 气门动作，ii. 额外的气门动作，iii. 与进气口相关的动作，iv. 与排气口相关的动作， V.影响进气歧管压力的动作， Vi.影响排气歧管压力的动作， Vii.影响进气歧管温度的动作， Viii.影响所述发动机的压縮比的动作，ix.影响进气的流动形式的动作，和X.影响进气的流速的动作。11. 根据权利要求9或10所述的设备，其中所述至少一个控制器通 过与数据结构通讯的设备管理，其中存储在所述数据结构内的数据涉 及所述内燃发动机在变化的负荷和速度条件下的运行。
12. 根据权利要求8所述的设备，其中所述内燃发动机是旋转燃烧发动机。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个微室定位成 使得在其内生成的大量基点燃种类能被输送到直接跟随所述燃烧循环 的随后的所述燃烧循环的其他的可变体积燃烧室，由此所述燃烧循环 的至少一个可变体积燃烧室不是直接跟随的所述随后的燃烧循环的所 述其他的可变体积燃烧室。
14. 根据权利要求8所述的设备，其中所述内燃发动机是二冲程往 复活塞式发动机。
15. 根据权利要求14所述的设备，其中所述至少一个控制器用于以调节在所述燃烧循环之前紧临的先前的燃烧循环的燃烧气体残余的 保留的方式调整周期性接收的所述空气进气的升高压力。
16. 根据权利要求8所述的设备，其中所述内燃发动机是四冲程往 复活塞式发动机。
17. 根据权利要求12、 14或16所述的设备，其中所述内燃发动机 是DI燃料或预混合空气和燃料进气的完全均质燃烧基点燃发动机。
18. 根据权利要求12、 14或16所述的设备，其中所述内燃发动机 利用了所述量的基点燃种类以增大在所述至少一个可变体积主燃烧室 内的压縮点火。
19. 根据权利要求12、 14或16所述的设备，其中所述内燃发动机 利用了所述量的基点燃种类以增大在所述至少一个可变体积主燃烧室 内的火花点火。
全文摘要
提供了用于在旋转和往复活塞式内燃发动机中促进均质燃烧和改进点燃的过程(100)。支持此过程的实体实施例具有嵌入在气缸外周(36)内的次级室(32)以初始化在早期循环中的基点燃(“RI”)种类生成以在随后的循环中使用。这些次级室(32)与主室(34)通过小管道(42)连通。与通过这些次级室(32)使之容易的进程协同的是，用于调节最终生成的RI种类的量的新颖控制策略。如此供给的RI种类的可预定存在则改变或添加了对于随后循环的主燃烧室点燃机制的支配的链式初始化反应的受控变化。此存在通过降低对于开始和维持燃烧所需的热量和燃料比实现了此受控变化。此存在因此在基点燃、火花点火和压缩点火发动机内改进了燃烧且降低了排放。
文档编号F02B19/10GK101421495SQ200780012628
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月3日 优先权日2006年4月7日
发明者大卫·A·布兰科 申请人:大卫·A·布兰科