Устройство двигателя

Содержание

Введение

1. Устройство двигателя

1.1 Назначение двигателя, его виды

1.2 Устройство двигателя

1.3 Принцип работы двигателя

1.4 Материалы для двигателя. Эксплуатационные материалы

2. Техническое обслуживание двигателя

2.1 Значение и сущность технического обслуживания и ремонта автомобилей

2.2 Возможные неисправности двигателя

2.3 Перечень выполняемых работ в объеме технического обслуживания для двигателя

3. Сборка двигателя

3.1 Разборочные работы

3.2 Дефектация деталей двигателя

3.3 Методы восстановления работоспособности двигателя

3.4 Сборка двигателя

3.5 Послеремонтные испытания. Порядок сдачи готового изделия

3.6 Организация рабочего места слесаря по ремонту автомобилей

4.Охрана труда

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

Двигатель — механизм, при помощи которого автомобили, тракторы, мотоциклы, вертолеты, самолеты, тепловозы, речные и морские суда получают возможность передвигаться. Двигатель является «сердцем» автомобиля.

Тема «Сборка двигателя» достаточно актуальна на современном этапе. Механизация и автоматизация процессов сборки автомобиля и его составляющих частей имеет большое значение в развитии ремонтного производства. Экономически выгодно применять различные машины и механизированное оборудование в процессе сборки автомобиля, т.к. снижаются усилия затраченные рабочим, время работы, чистота и культура производства, воздействие и износ используемых деталей. Это имеет огромное значение в условиях развития автомобильного производства. Актуальность этого вопроса растет изо дня в день, так как число автомобильного транспорта и специальной техники постоянно растет, растет и потребность в ремонте. Торгово-экономическая экономика ставит задачи по усовершенствовании ремонтных работ, то есть уменьшение временных рамок отведенных на одну ремонтируемую единицу, улучшение качества ремонта, снижение стоимости ремонта за счет внедрения передовых технологических разработок, и др.

В данной работе описаны основные средства механизации и автоматизации при капитальном ремонте автомобилей, но в действительности разновидностей специального инструмента на порядок больше. В ремонте используется очень широкий спектр оборудования, помогающего на много увеличить эффективность ремонтного производства.

Целью письменной экзаменационной работы является систематизация научных и практических знаний в области сборки двигателя, а конкретно развитие инициативы и самостоятельности решений по тем или иным проблемам, возникающим в процессе эксплуатации и ремонта двигателя, изменению конструкции ненадежных узлов и элементов, применению альтернативных видов новых материалов, разработке новых методик испытаний и регулировок с целью получения улучшенных характеристик по надежности, долговечности и экономичности.

Основными задачами написания работы являются:

— разработка путей развития по совершенствованию механизации и автоматизации сборочных работ при капитальном ремонте двигателя;

— основы обеспечения работоспособности двигателя;

— изучить виды и устройство двигателя;

— ознакомиться с перечнем выполняемых работ в объеме технического обслуживания для двигателя;

— основные нормативы безопасности;

— организация диагностических и регулировочных работ;

— рассмотреть методы и способы восстановления работоспособности двигателя.

Материалы обзора основаны на информации собранной из справочной, учебной и другой специальной и технической литературы.

При написании письменной экзаменационной работы были использованы источники таких авторов как В.Л. Роговцев, А.Г. Пузанков, В. Д. Олфильев, Фрункин. А.К., Чуначенко Ю.Т., научные труды Ю.М. Рудникова, Ю.Л. Засорина, В.М. Даговича, В.С. Калисекима, А.И. Манзона, Г.Е. Начума.

Данная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Во введении показана цель написания письменной экзаменационной работы. Глава 1 посвящена назначению и устройству двигателя, во 2 главе описывается техническое обслуживание двигателя, в 3 главе рассматривается их сборка, в 4 главе изложены общие основы обеспечения охраны труда. В заключении сформулированы основные выводы.

1. Назначение двигателя, его виды

Двигатель — механизм, при помощи которого автомобили, получают возможность передвигаться. Двигатели, у которых топливо, распыленное и смешанное с воздухом, сгорает внутри цилиндров и в результате выделяющиеся газы — продукты сгорания — производят работу, называются двигателями внутреннего сгорания, сокращенно — ДВС. ДВС — это двигатель, который производит работу. В цилиндрах двигателей перемещаются поршни, связанные посредством шатунов с коленчатым валом. Поэтому такие двигатели внутреннего сгорания называют еще поршневыми [4, C. 63].

Двигатель является источником механической энергии, приводящей автомобиль в движение.

В настоящее время большое распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

ДВС подразделяются на бензиновые и дизельные. Они различаются по способу зажигания топливно-воздушной смеси. В бензиновых двигателях зажигание происходит принудительным путем через искровые свечи; в дизельных — топливная смесь поджигается от повышения ее температуры при сжатии. Дизельные двигатели в отличие от бензиновых отличаются лучшей экономичностью (на 15-20 %) благодаря большей степени сжатия.

Однако в случае поломки их ремонт обходит гораздо дороже бензиновых.

Разнообразие современных поршневых двигателей появилось в связи с компоновкой их цилиндров. Различают рядные, V-образные, оппозитные, VR-образные, W-образные двигатели. Наибольшее распространение получили рядные двигатели, в которых цилиндры располагаются в одной плоскости, по причине их наименьшей себестоимости в сравнении с производством других двигателей.

Двигатель, у которого рабочий цикл совершается за четыре такта (два оборота коленчатого вала), называется четырехтактным. Существуют и двухтактные двигатели, у которых рабочий цикл совершается за два хода поршня и один оборот коленчатого вала. Их почти не применяют на автомобилях, а ставят на мотоциклы.

На автомобилях ставят двух, четырех-, шести-, восьми и двенадцати цилиндровые двигатели. Все зависит от назначения, веса и размеров автомобиля.

2. Устройство двигателя

Устройство двигателя автомобиля в поперечном разрезе показано на рисунке 1. 1.

Рисунок 1.1 — Схема

На схеме показаны основные части двигателя автомобиля:

— распределительный вал,

— штанга,

— коромысло,

— клапан,

— головка цилиндра,

— цилиндр,

— поршень,

— шатун,

— коленчатый вал,

— поддон картера.

Рисунок 1.2 – Детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов

Рассмотрим основные части кривошипно-шатунного механизма двигателя и схему их взаимодействия. Кривошипно-шатунный механизм двигателя включает блок цилиндров, головку блока, поршни, поршневые пальцы и кольца, шатуны, коленчатый вал, коренные и шатунные подшипники, маховик и масляный картер (рисунок 1.2). Цилиндр является основной частью двигателя, в которой происходит весь рабочий процесс. Внутренняя часть цилиндра отполирована до зеркального блеска, поэтому ее и называют зеркалом цилиндра. У многоцилиндровых двигателей цилиндры изготовлены в одной общей отливке, образующей блок цилиндров.

Сверху блок плотно закрывает головка. В головке цилиндров имеются впускные и выпускные каналы, перекрываемые клапанами, и отверстия для ввертывания свечей зажигания. Через впускные каналы в цилиндры поступает горючая смесь, а через выпускные каналы выходят отработавшие газы. Между блоком и головкой ставят металлоасбестовую уплотняющую прокладку, обеспечивающую герметичность соединения. Блок и головка имеют двойные стенки, образующие полость, которую заполняют охлаждающей жидкостью. Эту полость называют рубашкой охлаждения.

Нижнюю часть поршня называют юбкой, верхнюю головкой, а плоскость, которая воспринимает давление газов, — днищем. С внутренней стороны юбка имеет приливы — бобышки с отверстиями для поршневого пальца. Для того чтобы юбка поршня могла постоянно прилегать к зеркалу цилиндра и не заклиниваться при тепловом расширении, на ней имеется разрез, допускающий ее сжатие.

Блок цилиндров двигателя легкового автомобиля составляет одно целое с верхней частью картера. Высокая жесткость блока обеспечивается тем, что плоскость разъема картера расположена ниже оси коленчатого вала на 50 мм.

Расстояние между осями цилиндров составляет 95 мм; по всей высоте цилиндров сделаны протоки для охлаждающей жидкости, благодаря чему обеспечивается интенсивный отвод тепла, улучшается охлаждение поршней и поршневых колец, несколько снижается температура моторного масла и уменьшается вероятность деформаций блока от неравномерного нагрева.

В верхней части цилиндров у некоторых блоков запрессованы короткие сухие гильзы длиной 40 мм со стенками толщиной 15,75 мм. При эксплуатации гильзы не выпрессовываются; растачивание и хонингование цилиндров при ремонтах производится совместно, т.е. так же, как и цилиндров, не имеющих гильз.

Водяная рубашка блока цилиндров сообщается с рубашкой головки блока через специальные отверстия в их взаимно прилегающих плоскостях, уплотняемых прокладкой головки блока.

В передней части блока имеется полость для цепной передачи, приводящей в движение распределительный вал и дополнительный вал привода масляного насоса, прерывателя-распределителя и бензонасоса. В передней части полости находится окно, закрываемое крышкой привода распределительного вала, для крепления которой передний торец блока снабжен фланцем с девятью резьбовыми отверстиями. Справа на блоке цилиндров расположены приливы с отверстиями для крепления водяного насоса, кронштейна генератора и кронштейна крепления подвески двигателя. С левой же стороны блока имеется развитый прилив, в котором размещен дополнительный вал привода масляного насоса, прерывателя-распределителя, бензинового насоса и маслоотделитель системы вентиляции картера. Чуть ниже расположены: прилив с отверстием для маслоизмерительного стержня (щупа), фланец крепления кронштейна подвески двигателя и резьбовое отверстие для краника слива охлаждающей жидкости из водяной рубашки блока цилиндров.

Задняя часть блока цилиндров имеет развитые кронштейны и отверстия для крепления картера сцепления, который фиксируется относительно блока двумя установочными втулками, входящими в крайние боковые отверстия, и крепится к нему четырьмя болтами. Непосредственно к обработанному торцу задней части блока привернута шестью болтами крышка сальника, уплотняющего заднюю коренную шейку коленчатого вала.

Если взглянуть на блок цилиндров двигателя снизу, можно увидеть пять опор для вкладышей коренных подшипников коленчатого вала. Крышки коренных подшипников обрабатывают окончательно под вкладыши совместно с блоками, и поэтому они не взаимозаменяемы. Для обеспечения их правильного расположения при сборке необходимо учесть, что на них нанесены метки с номерами соответствующих опор. Каждая крышка крепится двумя болтами.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска из него отработавших газов. Механизм имеет распределительные шестерни, распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла и клапаны с пружинами. Как работает газораспределительный механизм? Шестерня привода газораспределительного механизма (распределительная шестерня) вращается вместе с коленчатым валом. Связанная с ней ведомая шестерня, установленная на распределительном валу, имеет в 2 раза больше зубьев, так что распределительный вал за два оборота коленчатого вала делает только один оборот.

Главными составляющими газораспределительного механизма являются:

• рычаги;

двигатель автомобиль ремонт неисправность

Конструкция двигателей, основные узлы и детали. Приложение 8

Руководство по эксплуатации‎ > ‎ Конструкция двигателей, основные узлы и детали. Приложение 8 Двигатели делятся на две основные группы: закрытые обдуваемые (1Р44,54,55) и защищенные (IP23). Двигатели имеют станину с наружными продольными охлаждающими ребрами. Станины двигателей изготавливаются из чугуна. Станины двигателей, имеющих в наименовании букву «X» (см. Приложение 2) изготавливаются из алюминия. Щиты двигателей закрытого обдуваемого исполнения (IP44,54,55) 5АМХ выполнены с наружными охлаждающими ребрами, щиты двигателей 4А, 5AM (6АМ и др.) с гладкой наружной поверхностью. Коробки выводов двигателей всех исполнений изготавливаются из алюминия. Двигатели закрытого исполнения (1Р44, 54, 55) охлаждаются путем обдува внешним центробежным вентилятором, установленным на валу двигателя и закрытым защитным кожухом (Рис. 11).   Рис. 11 Двигатель закрытого исполнения (серии АИР, АИРМ,АИС,АИРС, 5А, 5AM, 6А, 6АМ) Двигатели защищенного исполнения имеют степень защиты IP23 и выполняются либо с симметричной радиальной (Рис. 12а), либо с комбинированной системой вентиляции (Рис. 126). Двигатели с симметричной радиальной вентиляцией (Рис. 12а) имеют подшипниковые щиты для входа воздуха внутрь двигателя и станину с отверстиями для его выхода. На внутренней поверхности станины предусмотрены выступы, образующие каналы для прохода воздуха в аксиальном направлении. Воздух прогоняется через двигатель при помощи вентиляционных лопаток ротора. Для распределения потока воздуха внутри двигателя предусмотрены специальные дефлекторы на подшипниковых щитах. Охлаждение двигателей с комбинированной системой вентиляции (Рис. 126) осуществляется центробежным вентилятором, установленным на валу двигателя, а также вентиляционными лопатками ротора, всасывающими воздух через отверстия в подшипниковых щитах. Охлаждающий воздух обдувает ребра на поверхности станины и лобовые части обмотки внутри двигателя.   а) симметричной радиальной вентиляцией    б) с комбинированной системой вентиляции Рис. 12 Двигатели защищенного исполнения (серии 4АМН, 5АН, 5АМН, 5АНМ) Рис. 13 Двигатели с высотой оси вращения 80-132 мм IP55 Рис. 14 Двигатели с высотой оси вращения 160-280 мм IP54 Рис. 15 Двигатели с высотой оси вращения 200 мм IP23 Рис. 16 Двигатели с высотой оси вращения 315 мм IP54 (55) 1.10 — Подшипник передний 1.21 — Подшипниковый щит 1.21 FF — Подшипниковый щит фланцевый 1.22 — Воронка (дефлектор) 1.31 — Крышка подшипника передняя наружная 1.32 — Прокладка передняя наружная 1.33 — Уплотнение (манжета) 1.35 — Маслоотражающее кольцо 1.36 — Кольцо уплотнительное 1.37 — Кольцо упорное пружинное 1.38 — Пружина гофрированная невинтовая 1.41 — Крышка подшипника передняя внутренняя 1.42 — Прокладка передняя внутренняя 1. 50 — Подшипник задний (В) 1.61 — Подшипниковый щит 1.63 — Воронка (дефлектор) 1.71 — Крышка подшипника задняя наружная 1.72 — Прокладка задняя наружная 1.73 — Уплотнение (манжета) 1.75 — Маслоотражающее кольцо 1.76 — Кольцо уплотнительное 1.77 — Кольцо упорное пружинное 1.81 — Крышка подшипника задняя внутренняя 1.82 — Прокладка задняя внутренняя 2.11 — Масленка 2.12 — Трубка маслопровода 2.13 — Трубка маслопровода 2.14 — Кронштейн крепления трубки 2.24 — Пластина сливной камеры 2.25 — Прокладка сливной камеры 3.00 — Статор 3.00 IM3 — Статор (монтажное исполнение IM3) 4.00 — Ротор 4.31 — Колпачок защитный на рабочий конец вала 4.32 — Шпонка на рабочий конец вала 4.41 — Колпачок защитный на второй конец вала 4. 42 — Шпонка на второй конец вала 5.01 — Планка (подставка) 5.11 — Крышка вводного устройства 5.13 — Прокладка под крышку 5.21 — Корпус вводного устройства 5.22 — Прокладка под корпус 5.23 — Прокладка в окно станины 5.31 — Фланец 5.32 -Гайка нажимная резьбовая 5.33 — Шайба нестандартная под уплотнение 5.34 — Уплотнение 5.35 — Прокладка под фланец 5.41 — Фланец не резьбовой прижимной 5.60 — Панель 6.10 — Вентилятор металлический сборный 6.11 — Вентилятор пластмассовый 6.14 — Пластина для закрепления вентилятора 6.15 — Кольцо упорное пружинное 6.16 — Шпонка под вентилятор 6.20 — Кожух сборный 6.21 — Кожух 6.26 — Втулка амортизационная

Топ 10 улучшений в конструкции двигателя [История от А до Я]

1. Четырехтактный цикл двигателя
2. Нагнетатель наддува и турбонаддув
3. Впрыск топлива
4. Непосредственный впрыск топлива (прямой впрыск)
5. Алюминиевые блоки цилиндров двигателя
6. Распределительный вал верхнего расположения («OHC» (over head cam) или «Cam-in-Head»)
7. Изменяемые фазы газораспределения
8. Электронный блок управления двигателем (ЭБУ)
9. Дизельные моторы без вреда экологии
10. Гибридный силовая установка

Ford Model T стал первым доступным автомобилем, благодаря снижению себестоимости модели за счет конвейерной сборки. А знаете, какой движок стоял в модели? В оригинальном Model T, выпущенном в 1908 году, стоял 2,9-литровый четырехцилиндровый двигатель, мощностью всего 22 лошадиные силы. Крошечная мощность для мотора такого размера. Зато он точно превосходил «железное сердце» самого первого автомобиля– 1885 Benz Patent-Motorwagen. В Benz Patent-Motorwagen стоял однопоршневый двигатель мощностью 2/3 одной лошадиной силы.

С самого начала автомобилестроения механизм двигателя внутреннего сгорания улучшался. С развитием технологий движки стали мощнее, тише, чище, экономичней. В этом состав редакции Zap-Online.ru смог убедиться, попутешествовав по заводу автомобилей Maserati и увидев сборку моделей GranTurismo.
Автоинженеры не прекращают работу над улучшением движков внутреннего сгорания и пророчат им еще долгое будущее.
В статье расскажем о 10 из самых крупных и значительных прорывах и улучшениях автомобильных двигателей с момента изобретения. Узнаем, как развивался механизм работы двигателя внутреннего сгорания и как к его механической части подключили электронику. Узнаем, с чего все начиналось, и куда движется.

1: Четырехтактный цикл двигателя

Преимущества над двухтактниками: экономичный расход топлива, благоприятней для окружающей среды.

Недостатки: сложный, дорогой в производстве.

Двигатель с одним поршнем 1885 Benz Patent-Motorwagen был еще и двухтактным, как и все движки на заре их появления. Тактом, если вы не в курсе, называют одно движение поршня в двигателе.

Четыре такта стали одним из первых прорывов в улучшении работы двигателя внутреннего сгорания в конце XIX века. В четырехтактном движке бензин сгорает за четыре шага: впуск, сжатие, сгорание и выхлоп. Все четыре шага происходят за два хода поршня вверх/вниз. Подробнее здесь.
Двухтактные двигатели выполняют ту же задачу – сжигание топлива для создания механического движения – но делают это в два шага. Двухтактники применяют до сих пор. Их ставят в газонокосилки, кроссовые мотоциклы, большие промышленные двигатели. Их плюс в небольших размерах, большей мощности на литр рабочего объема, простоте и низкой цене ремонта.
С появлением четырехтактника снизился расход топлива, увеличилась мощность, крутящий момент, срок службы автомобильного мотора, выхлопные газы стали чище. Но в сравнении с двухтактными моторами, четырехтактники сложнее и дороже в сборке и ремонте. В их работе необходимы клапана для впуска воздуха и выпуска отработанных газов.
При своих недостатках четырехтактники стали отраслевым стандартом для автомобилей. За время эволюции четырехтактника почти ничего не поменялось, кроме работы клапанов. О клапанах поговорим позже.
А пока очередь подошла к наддуву и его пути из авиации в мир автомобилей.

2: Нагнетатель наддува и турбонаддув

Преимущества: увеличивает мощность мотора без увеличения его объема.

Недостатки: расход топлива, турбо яма.

Для работы автомобильному мотору необходимы три вещи: зажигание, топливо, воздух. Чем больше воздуха втиснем в цилиндр, тем большую мощность, генерируемую поршнями, получим на выходе. Тут на сцену выходит «его Величество наддув».

В двигателе с нагнетателем наддува, воздух в камеру сгорания нагнетается при более высоком давлении, чем в обычном движке, создавая высокую степень сжатия воздуха. На выходе это дает больше мощности при каждом такте.
Системы принудительной индукции (наддува) широко использовались в авиационных моторах задолго до того, как их начали применять в автомобильных двигателях 1960-х годов. Наддув особенно полезен для движков маленького объема, так как генерирует много дополнительной мощности без увеличения размера двигателя и расхода.
Хорошим пример – турбированный автомобиль Mini Cooper S. Объем двигателя у модели всего 1,6 литра, однако выдаваемая мощность – 200 лошадиных сил. Volkswagen имеет в своем патронаже 1,4 Turbo двигатель мощностью 150 л.с. Высокопроизводительные автомобили типа Porsche 911 Turbo или Corvette ZR-1 также используют наддув для увеличения мощности и без того объемных двигателей.
Существует множество видов наддува, но основных два – нагнетатель наддува и турбонаддув. Различия в цене и источнике питания. Нагнетатель наддува раскручивается ремнем от вращения двигателя. Турбонаддув питается от кинетической энергии вырабатываемой выхлопными газами при движении через турбину.

Недостатки

Движки с нагнетателями наддува, часто нуждаются в бензине премиум-класса. Стоит также сказать о турбо задержке или «турбо яме», явлении, при котором при резком нажатии на педаль газа машина ускоряется с запозданием в пару секунд. Причина в запоздалой реакции наддува на резкое открытие дроссельной заслонки. За последние 5 лет инженерам удалось победить оба недостатка.
С трендом на снижение расхода топлива и ужесточением норм выбросов в окружающую среду, многие автопроизводители ставят в свои автомобили скромные по объему движки с турбокомпрессорами, вместо прожорливых моторов.

Подробней о работе турбокомпрессора тут.
А теперь разберемся, почему карбюраторы стали артефактом благодаря прямому впрыску топлива.

3: Впрыск топлива

Преимущества над карбюратором: лучшая приемистость, экономный расход топлива, больше мощности, легкий запуск двигателя.

Недостатки: сложнее в настройке, потенциально дорогостоящий ремонт.

На заре создания двигателя методом смешивания топлива и воздуха, с последующим впрыском смеси в камеру сгорания двигателя был карбюратор. Выжмите педаль акселератора до конца, и карбюратор направит больше воздуха и топлива в двигатель.

С конца 1980-х годов, карбюраторы почти полностью заменил впрыск топлива – сложная и эффективная система смешивания воздуха и горючего. Топливные форсунки распыляют топливо в коллекторе воздухозаборника, где оно смешивается с воздухом, превращаясь в мелкий туман. Управляет впрыском топлива бортовой компьютер двигателя. Смесь воздуха и топлива через клапаны вводиться в камеру сгорания каждого цилиндра во время такта впуска.
Почему же впрыск топлива пришел на смену карбюратору, чем улучшил работу двигателя в автомобиле? Двигатель с компьютерным управлением впрыска топлива проще запустить, особенно в морозные деньки. Карбюратор при низких температурах запускал двигатель хуже. Двигатели с впрыском топлива эффективней и более оперативно реагируют на изменения в дросселе.

Недостатки

Впрыск топлива технически сложней карбюратора. Ремонт системы впрыска дороже, чем ремонт карбюратора. Тем не менее, система стала отраслевым стандартом подачи топлива, поэтому карбюратор ушел в историю и вряд ли вернется в топливную систему автомобиля будущего.
Следующий шаг в развитии топливной системы – непосредственный впрыск топлива.

4: Непосредственный впрыск топлива (прямой впрыск)

Преимущества: больше мощности, более эффективный расход топлива.

Недостатки: более дорогой в производстве, относительно новая технология.

Непосредственный впрыск – новая ступень в усовершенствовании технологии впрыска топлива. Прямой впрыск сокращает путь попадания топлива в цилиндр, что увеличивает мощность и улучшает экономию топлива.

В двигателе с непосредственным впрыском топливо впрыскивается напрямую в камеру сгорания, а не во впускной коллектор, исключая пустую растрату горючего по пути из коллектора в цилиндр. Электронный блок управления двигателем дает команду на впрыск в цилиндр ровно столько топлива сколько тому нужно. Топливная смесь при прямом впрыске получается лучше, поэтому сгорает эффективней. В некотором смысле бензиновые моторы с непосредственным впрыском стали похожи на дизельные двигатели, в которых всегда использовали некое подобие прямого впрыска топлива. Пример эффективного применения технологии заключен в 2,0-литровом двигателе Audi TFSI.

Недостатки:

• технология относительно нова, ей не больше 20 лет;
• иногда двигатели с прямым впрыском страдают от накоплений углеродистых отложений на впускных клапанах, что может вызвать проблемы с надежностью работы топливной системы.

Перейдем к обсуждению алюминиевых блоков цилиндров двигателя, которые пришли на смену старой школе – железным блокам.

5: Алюминиевые блоки цилиндров двигателя

Преимущества: легкий вес ведет к большей эффективности и лучшей управляемости.

Недостатки: на высоких температурах могут деформироваться.

С 2000 года прослеживается четкое желание автопроизводителей снизить расход топлива и улучшить управляемость автомобилей за счет снижения веса автомобиля. Каждый автопроизводитель воплощает эту идею по-своему, кто-то облегчает кузов, кто-то ставит легкосплавные диски, кто-то отказывается от дополнительных опций. В автомобили ставят карбоновые детали, заменяют стальные запасные части алюминиевыми.

На протяжении многих лет чугунные блоки цилиндров двигателя были промышленным стандартом. Сегодня же в большей части небольших двигателей, кроме больших движков типа V-8,ставят алюминиевые блоки. Удельная масса алюминия (2850 кг/м3) в 2,7 раза меньше удельной массы чугуна. Поэтому весит мотор с алюминиевым блоком куда меньше, чем с чугунным. Плюс у алюминия лучше теплоотдача.

Недостатки

Как металл, чугун гораздо крепче алюминия, который не так устойчив к высоким температурам. Многие ранние двигатели с алюминиевыми блоками цилиндров имели проблемы с деформацией цилиндров, что ставило под сомнение износостойкость самого движка. По большей части эти проблемы устранены, и теперь на алюминий ложиться основная надежда по снижению веса автомобиля.
Теперь поговорим, как распределительные валы устроили революцию в конструкции двигателя.

6: Распределительный вал верхнего расположения («OHC» (over head cam) или «Cam-in-Head»)

Преимущества: более высокая производительность.

Недостатки: сложность конструкции.

Пройдемся по аббревиатурам. OHV – двигатели с распределительным валом расположенным внизу двигателя, в машинном блоке и регулирующим подачу топлива и воздуха через толкатели. «SOHC» или Single Over Head Camshaft – двигатели с единственным верхним распредвалом расположенным в головке блока цилиндров. «DOHC» или Dual Overhead Camshaft – двигатели с двумя верхними распределительными валами расположенными в головке блока цилиндров. Два распредвала ставится для эффективной работы двигателя на низких и высоких оборотах.

Распределительные валы – часть клапанного механизма автомобиля, контролирующая подачу топлива и воздуха в цилиндры через клапаны. Раньше в двигателях распредвал стоял в блоке цилиндров, то есть внизу, а клапана в головке цилиндров, то есть вверху. Обозначалась такая система OHV или Over Head Valve. Распредвал и клапана взаимодействовали через толкатели. Такой принцип конструкции увеличивает вес двигателя и был малоэффективен на высоких оборотах – из-за сложной конструкции распредвалы с задержкой открывали и закрывали клапаны, плохо чувствуя фазу газораспределения.
В новой конструкции распределительных валов верхнего расположения, распредвалы намного меньше и вставляются непосредственно в головку цилиндра, а не в его блок расположенный внизу. Преимущество верхних распределительных валов в том, что они точнее управляют клапанами за счет отсутствия между распределительным валом и клапанами толкателей. Это благоприятно отражается на высоких оборотах. С OHC в каждый цилиндр можно поставить три или четыре клапана.
Верхние распределительные валы еще полностью не вытеснил OHV. Chrysler по-прежнему использует толкатели в двигателе Hemi V-8 для генерирования большей мощности на низких оборотах. General Motors также использует толкатели в некоторых двигателях V-8. Но с 1980-х годов лидирующей для двигателей малых объемов стала конструкция распределительных валов верхнего расположения.

Недостатки

Недостаток системы верхних распредвалов в крупной и более сложной конструкции, с дополнительными ременными или цепными передачами.
Далее узнаем, как клапаны влияют на производительность изменяя фазы газораспределения.

7: Изменяемые фазы газораспределения

Преимущества: экономия топлива, более гибкое распределение мощности.

Недостатки: больше затрат в производстве.

О системе изменяемых фаз газораспределения объясним на примере системы VTEC в автомобилях Honda.

Система VTEC устанавливается в двигатели внутреннего сгорания и регулирует фазы газораспределения за счет электронного контроля за поднятием клапанов. Есть моменты, когда двигателю требуется больше расхода воздуха, например, во время резкого ускорения. Традиционная конструкция двигателя не сможет по сигналу впустить в цилиндр больший объема воздуха, так как работа клапанов в обычных движках усреднена. Они поднимаются и опускаются с одной и той же усредненной частотой на одну и ту же высоту. В результате машина не ускориться так эффективно, как хотелось бы. Изменяя фазы газораспределения можно увеличить поток воздуха в цилиндр за счет замедления или ускорения работы клапанов. Умный компьютер сам поймет, что впускной клапан нужно открыть и закрыть чуть медленнее, чтобы впустить побольше воздуха. Подробнее о системе VTEC, читайте здесь.
В Toyota подобная система называется VVT-i, что означает изменяемые фазы газораспределения с интеллектом. В BMW – Valvetronic или VANOS (Variable Nockenwellensteuerung), т.е. регулируемый распределительный вал. Перечисленные системы работают по немного разным принципам, но задачу выполняют одну – регулируют количество поступления воздуха в цилиндр и выпуск выхлопных газов. Умное газораспределение делает двигатель более гибким, производительным на низких и высоких оборотах, улучшает экономию топлива.
Фазы газораспределения регулируются бортовым компьютером двигателя. О том, какую революцию в конструкции двигателя произвели бортовые компьютеры автомобиля, поговорим в следующем разделе.

8: Электронный блок управления двигателем (ЭБУ)

Преимущества: экономия топлива, упрощение и улучшение диагностики поломок.

Недостатки: сложность и стоимость.

Двигатель сложный технический механизм. В нем десятки движущихся частей, куча сложных процессов. Приобщение к механической части двигателя электронных систем улучшило его производительность, снизило расход топлива. Но электронные системы не были бы так эффективны, если бы не регулировались электронным блоком управления (ЭБУ), который еще называют блоком управления двигателем, или ECU (Engine Control Unit).

Электронный блок следит за зажиганием, смешиванием воздуха и топлива, впрыском топлива, оборотами холостого хода. Все контролируемые им процессы работают по заданной схеме, все процессы отслеживаются, устранимые ошибки устраняются, о неустранимых подаются сигналы знаком Check Engine.  Электронный блок отслеживает, что происходит в двигателе, используя массу датчиков и производя миллионы вычислений каждую секунду, чтобы обеспечить идеальную работу всех систем.

ЭБУ также контролируют системы не относящиеся к работе двигателя:

• подушки безопасности;
• температуру воздуха в салоне;
• антипробуксовочную систему;
• антиблокировочную систему тормозов;
• работу автоматической коробки переключения передач.

Благодаря ЭБУ через порт OBD (встроенной диагностики) можно подключиться к автомобилю и компьютер подскажет код ошибки указывающий на поломку в машине. Данные полученные через порт OBD не дают полной информации о том, что и как нужно чинить. Зато полученные сведения дадут отправную точку механику для дальнейшего поиска причины поломки.
Электронный блок управления двигателем помогает движку расходовать топливо эффективнее и вовремя сигнализировать о поломках внутри «железного сердца». Но наряду со всеми очевидными плюсами, компьютеры делают двигатель автомобиля куда более сложным, и могут заставить механика попотеть над ремонтом.
Далее узнаем больше о дизельных двигателях, и почему они больше не дымные, шумные горелки с низкой мощностью.

9: Дизельные моторы без вреда экологии

Преимущества: крутящий момент, экономия топлива, чистые выбросы.

Недостатки: низкие обороты, высокая первоначальная стоимость, цена на дизельное топливо.

Дизельные двигатели больше не шумные и не засоряют природу. Современный дизельный двигатель мощный, чистый, тихий и очень экономичный. Он использует топливо с низким содержанием серы, а фильтрующие элементы автомобиля помогают очистить топливо от частиц инородных веществ и избыточного загрязнения.

10: Гибридный силовая установка – надежда автомобильного прогресса

Преимущества: экономия топлива.

Недостатки: высокая начальная стоимость, сложность конструкции.

Высокие цены на топливо, ужесточение норм выбросов в окружающую среду, повышение налогов на моторы большого объема заставили автомобили «озеленяться». Так появились гибридные силовые установки.
Еще десять лет назад гибридная силовая установка была темной лошадкой. Сейчас принцип работы гибридной установки известен каждому – электродвигатель работает от литиевого аккумулятора в паре с традиционным бензиновым двигателем.
Toyota Prius – лидер продаж среди гибридных автомобилей во всем мире. Модель с 1,8-литровым четырехцилиндровым бензиновым двигателем в сочетании с электрическим мотором выдает 134 лошадиные силы. На низких скоростях электрический движок крутит колеса за счет электроэнергии литий-ионного аккумулятора. При увеличении скорости включается бензиновый движок. При резком ускорении электробатарея поможет бензиновому двигателю дополнительной мощностью. Благодаря гибридной установке, расход топлива автомобиля, как по городу, так и по трассе, составляет не более 4,5 литров на 100 км.
Недостатки
Недостаток гибридных автомобилей в их цене. Гибридная модель будет стоить дороже, чем такая же негибридная. Цена за Lexus RX 450h в базовой комплектации стартует от 6 346 000 ₽, тогда как у RX 350 AWD цена начинается от 5 615 000 ₽. Бензин должен стоить куда дороже, чтобы владелец смог окупить стоимость гибридного автомобиля.
Выводы
В прогрессе развития конструкции двигателя прослеживается явная тенденция к снижению выбросов в окружающую среду и более эффективному расходу топлива. В то время как электрические автомобили становятся все более обыденным явлением, предельно ясно, что двигатель внутреннего сгорания никуда не уйдет. Он просто будет продолжать развиваться, чтобы становится все лучше и лучше, как он это делает со времен Ford Model T.

Устройство двигателя Porsche | Ремонт и обслуживание Порше

Компоненты двигателя
Устройство
Четырехкратный принцип
Технические характеристики двигателя
Наполнение цилиндров
Бензиновый и дизельный двигатели
Охлаждение
Смазка

Компоненты двигателя

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, преобразующий химическую энергию в механическую энергию движения.

Для создания кинетической энергии за счет сжигания топлива требуется комплексное взаимодействие многих механических компонентов.

Рядный двигатель

Цилиндры в рядном двигателе расположены друг за другом, то есть в ряд. Это наиболее часто используемая в автомобилях конфигурация двигателя.

Преимущества:

1. простая конструкция
2. экономичное производство
3. высокая плавность хода

Недостатки:

1. занимает больше места
2. высоко расположенный центр тяжести

Оппозитный двигатель

Цилиндры в оппозитном двигателе расположены друг на против друга и слегка смещены относительно друг друга.

Преимущества:

1. особо плоская и короткая конструкция
2. сниженный центр тяжести
3. высокая плавность хода

Недостатки:

1. сложная конструкция с большим числом компонентов

V-образный двигатель

Цилиндры в V-образном двигателе сгруппированы в два ряда, расположенных под углом 60°-90° друг к другу. Однако угол может составлять также 180°. Различие между V-образным двигателем с расположением цилиндров под углом 180° и оппозитным двигателем заключается в том, что в оппозитном двигателе каждый шатун расположен на отдельной шанунной шейке коленчатого вала. В V-образном двигателе с расположением цилиндров по углом 180° одну шатунную шейку делят два шатуна соответственно.

Преимущества:

1. меньшая конструктивная длина
2. высокая плавность хода
3. сниженный центр тяжести

Двигатель VR

Цилиндры в двигателе VR расположены в блоке цилиндров с небольшим углом развала |приблизительно 15°|. Это позволяет уменьшить расстояние между шатунными шейками коленчатого вала по сравнению с рядным двигателем, не прибегая к использованию двух блоков и головок цилиндров.

Преимущества:

1. комбинация узкой формы рядного двигателя с короткой конструкцией V-образного двигателя

Недостатки:

1. неравномерная длина тактов впуска и выпуска

W-образный двигатель

В классическом W-образном двигателе три ряда расположены в форме буквы «W». Углы между цилиндрами составляют менее 90°.

Особой формой W-образного двигателя является V-образный двигатель VR: при этом типе двигателя четыре ряда цилиндров расположены в два ряда. Расположение цилиндров в ряду совпадает с расположением цилиндров в двигателе VR, а оба ряда цилиндров расположены друг к другу как в V-образном двигателе.

Преимущества:

1. меньшая конструктивная длина

 

Устройство

Нажмите оранжевую точку для подробной информации

Четырехкратный принцип

Четырехкратным двигателям на один рабочий цикл требуется два оборота коленчатого вала.

К четырем тактам рабочего цикла бензинового двигателя относятся:

• Впуск топливовоздушной смеси (DFI: впуск воздуха)
• Сжатие топливовоздушной смеси (DFI: сжатие воздуха, впрыск топлива лишь незадолго до зажигания)
• Рабочий ход, то есть воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси, а также последующее расширение горячих газов
• Впуск сгоревших газов

 

 

 

 

Технические характеристики двигателя

К наиболее часто упоминаемым параметрам, связанным с двигателем, относятся мощность и крутящий момент двигателя. Решающее влияние на них оказывает рабочий объем, степень сжатия и среднее значение компрессии.

Мощность

Мощность (Р) — это физическая работа, совершаемая за определенный промежуток времени. Формула для расчета мощности выглядит следующим образом:
Р = (F · s) : t (сила · путь : время) или P = F · (сила · скорость).

Применительно к двигателям внутреннего сгорания формула выглядит следующим образом:
P = (M · n) : 9550 (крутящий момент · частота вращения : постоянная).
Следовательно, высокая мощность требует высокой частоты вращения для крутящего момента.

Чем выше вырабатываемая мощность, тем быстрее автомобиль сможет разогнаться с места до 10 км/ч. Кроме того, более высокая мощность обеспечивает более высокую конечную скорость.

Частота вращения, при которой двигатель развивает максимальную мощность, называется номинальной частотой вращения.

Единицей измерения мощности является киловатт [кВт]; в формулах обозначается символом «Р» — «power»(англ. : «мощность»).

Крутящий момент

Крутящий момент (М) является произведением действующей на поршень силы (F) и длины плеча рычага (r). Плечо рычага соответствует ходу коленчатого
вала. Формула выглядит следующим образом:
М = F · r.

Высокий крутящий момент обеспечивает уверенный разгон с выходом из нижнего диапазона частоты вращения. Поэтом он особенно проявляется при быстром
трогания с места, а также резком рывке. Характеристика разгона автомобиля на фиксированной передаче называется эластичностью.

В атмосферных двигателях крутящий момент достигает своего максимального значения в диапазоне средних частот вращения, а в двигателях с наддувом — в диапазоне от низких до средних частот вращения. В идеале это значение остается на высоком уровне в относительно широком диапазоне частот вращения (плоская кривая крутящего момента).

Единицей измерения крутящего момента является ньютон-метр [Нм]; в формулах обозначается символом «М» — «moment of force» (англ. : «момент силы»).

Хорошим примером влияния высокого крутящего момента или высокой мощности являются автомобили Panamera с бензиновым двигателем V6 и
Panamera с дизельным двигателем V6.

Мощность автомобиля Panamera с бензиновым двигателем составляет 220 кВт (300 л.с.), крутящий момент — 400 Нм;
Дизельный вариант развивает мощность до 184 кВт (250 л.с.) и создает крутящий момент максимум 550 Нм.

Благодаря высокому крутящему моменту дизельный автомобиль Panamera завершает разгон с места до 100 км/ч практически за то же время, что и значительно мощный бензиновый вариант (от 6,3 секунды с PDK до 6,8 секунды с Tiptronic S). Зато максимальная скорость автомобиля с высокооборотистым бензиновым двигателем немного выше (259 км/ч; дизельный вариант: 242 км/ч).

Наполнение цилиндров

Фазы газораспределения

Дальнейшее увеличение мощности и крутящего момента двигателя возможно за счет улучшения наполнения цилиндров. Относительно простым методов оптимизации наполнения является воздействия на фазы газораспределения формой кулачком.

Серийный распределительный вал с «заостренными» кулачками является компромиссом мощности и плавности хода. Мощность может быть существенно увеличена за счет боле крутого угла формы кулачков. Ведь «закругленные» и «заостренные» кулачки влияют на увеличение продолжительности нахождения
клапанов в открытом состоянии. Это позволяет топливовоздушной смеси (у двигателей DFI и дизельных двигателей) дольше поступать в камеру сгорания цилиндра.

В повседневном использовании преобладают недостатки «крутого» распределительного вала по отношению к «заостренному»:

• требуется увеличенная частота вращения холостого хода.
• Максимальный крутящий момент двигателя достигается только при высоких частотах вращения.
• Двигатель работает не ровно и расходует больше топлива.

По этой причине распределительные валы с крутыми профилями используются преимущественно в автомобилях для автоспорта.

Для положительного воздействия на фазы газораспределения без отрицательного побочного влияния распределительного вала с крутыми профилями
управление впускными клапанами в автомобилях Porsche выполняет регулируемый механизм клапанного газораспределения VarioCam или VarioCam Plus

VarioCam Plus — это система регулирования впускных распределительных валов и переключения высоты подъема впускных клапанов. Наряду с отличной плавностью работы, низким расходом топлива и незначительным выбросом вредных веществ она также обеспечивает высокие показатели мощности и крутящего момента.

При низкой или частичной нагрузке (например при движении по городу) двигатель работает экономично с коротким моментом открытия и малым ходом клапанов. Чтобы достигнуть более высокого коэффициента наполнения цилиндров при запросе высокого момента, система переключается на долгое время открытия и/или большой ход клапанов.

• Изменение фаз газораспределения осуществляется плавно с помощью установленного с торцевой стороны распределительного вала регулятора фаз
  газораспределения. Он работает по принципу пластин и управляется электрогидравлическим регулировочным клапаном.
• Система регулирования хода клапанов состоит из тарельчатых толкателей, управляемых переключающим электрогидравлическим клапаном. Они состоят из
  двух расположенных один в другом толкателей, которые фиксируются штифтом. При этом на впускные клапаны воздействует либо большой кулачок через наружный толкатель, либо малый кулачок — через внутренний толкатель.

Наддув

Боле эффективным видом оптимизации наполнения является сжатие впускаемого воздуха с помощью турбонагнетателя.

Компрессия воздуха ведет к тому, что в одинаковом объеме воздуха содержится больше молекул кислорода, чем в атмосферном двигателе, и за одинаковое время может сгореть больший объем топлива. Следствие — среднее давление и крутящий момент двигателя значительно повышаются, и, следовательно, увеличивается мощность.

Турбонагнетатель — это раковинообразный компонент, интегрированный в выпускной тракт двигателя и состоящий из двух корпусных деталей.

В оппозитном двигателе V6 модели 91 Turbo турбонагнетатель представляет собой самостоятельный компонент. а в турбонагнетателях V8 автомобилей Cayenne и Panamera используются цельные модули, состоящие из выпускного коплектора и турбонагнетателя.

Турбонагнетатели работают практически без потерь, так как им не требуется приводная мощность коленчатого вала.

Нагнетатель Рутса

В автомобилях Porsche с гибридным приводом используются двигатели с наддувом, называемыми также винтовыми компрессорами.

Нагнетатели Рутса устанавливаются между V-образно расположенными рядами цилиндров. В их корпусе располагаются два ротора, вращающиеся без соприкосновения друг с другом.

Привод роторов осуществляется двигателем с помощью клинового ремня. Поэтому механический нагнетатель работает во всем диапазоне частот вращения.
Таким образом уже при небольшом превышении частоты вращения холостого хода доступно высокое давление наддува и тем самым высокий крутящий момент.

Охлаждение наддувочного воздуха

Охлаждение наддувочного воздуха служит для того, чтобы охлаждать наддувочный воздух, сжатый в турбонагнетателе, перед его поступлением в камеры сгорания. Причина заключается в следующем:

при сжатии воздух нагревается. При этом содержащиеся в нем молекулы расширяются. Поэтому при одинаковом объеме воздуха в теплом воздухе
содержится меньше молекул кислорода, чем в холодном. Таким образом, эффект, достигнутый турбонагнетателем, а именно улучшенная подача воздуха
двигателю, снова снижается. Поэтому наддувочный воздух сначала проходит через интеркулер, и лишь после этого подается к камерам сгорания.

Интеркулер — это специальный теплообменник, в котором воздух проходит через многочисленные ребра охлаждения. При этом воздух отдает накопленное тепло ребрам охлаждения и за счет этого остывает.

Бензиновый и дизельный двигатели

Принцип работы

В бензиновом двигателе во время такта впуска топливовоздушная смесь или воздух (в DFI) подается в камеру сгорания цилиндра с помощью двигающихся вниз поршней и сжимается в 7-12 раз первоначального объема цилиндра во время такта сжатия. При этом газ нагревается до 500°С. В двигателях DFI топливо впрыскивается лишь непосредственно перед моментом зажигания.

Во время рабочего хода происходит воспламенение топливовоздушной смеси от искры, созданной свечей зажигания. Последующее расширение газов, разогретых до 2 500°С, снова возвращает поршень в нижнюю мертвую точку (НМТ).

1. Такт впуска:
   • При впуске создается вакуум, так как смесь или воздух должны попасть в систему впуска, преодолевая аэродинамические сопротивления.
2. Такт сжатия:
   • Смесь сжимается, а давление возрастает. Незадолго до окончания такта сжатия происходит воспламенение (бензиновый двигатель) или впрыск
     (дизельный двигатель).
3. Рабочий ход:
   • Сжатие сильно повышает давление и воздействует на опускающиеся поршни. За счет этого увеличивается камера сгорания, а давление снова понижается.

Охлаждение

Менее половины энергии, накопленной в топливе, при сгорании в двигателе преобразуется в механическую энергии. в двигателе. Преобладающая ее доля
утрачивается в виде тепла.

Почти треть теплоты сгорания поглощается компонентами (например, цилиндрами, головкой цилиндра, поршнями и клапанами), а также моторным маслом.
Сюда же относится тепловая энергия, образующаяся в результате трения подвижных деталей. Для предотвращения перегрева и тем самым повреждения компонентов двигателю требуется эффективная система охлаждения.

Все современные автомобили Porsche имеют жидкостное охлаждение. При этом через блок цилиндров и головку блока цилиндров проходят охлаждающие каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, поглощающая тепло. затем по шлангам и трубопроводам контура циркуляции охлаждающая жидкость попадает к радиатору, через поверхность которого отдает тепла в атмосферу. После этого остывшая охлаждающая жидкость течет обратно к двигателю.

Наряду с защитой компонентов охлаждение также способствует лучшему наполнению цилиндров. В результате этого повышается мощность, а также снижается расход топлива.

Охлаждение продольным | поперечным потоком

Различают две концепции охлаждения жидкости:

• При охлаждении продольным потоком (рис. сверху) цилиндры последовательно охлаждаются продольно направленным потоком охлаждающей жидкости. Это сопровождается различным охлаждением цилиндров, так как по пути к последующим цилиндрам охлаждающая жидкость все больше нагревается. Различное охлаждение приводит к различию в наполнении цилиндров, а, следовательно. к улучшению плавности хода двигателя.
• При охлаждении поперечным потоком (рис. снизу) каждый цилиндр омывается охлаждающей жидкостью, проходящей по отдельному каналу циркуляции ОЖ. За счет этого достигается равномерный температурный уровень, а тем самым равномерное наполнение всех цилиндров. Это обеспечивает равномерный ход двигателя.

Open Deck | Closed Deck

В зависимости от конструкции картера различают Open Deck и Closed Deck.

• В конструкции Open Deck (рис. сверху) цилиндры открыты. Рубашка охлаждения, окружающая цилиндры, открыта в верхней части. Она закрытаголовкой блока цилиндров с помощью специального уплотнения.
• В конструкции Closed Deck (рис. снизу) цилиндры интегрированы в блок цилиндров и таким образом соединены между собой. Рубашка охлаждения закрыта в верхней части таким образом, что при виде сверху просматривается только блок цилиндров, а также отверстия для моторного масла и канала циркуляции охлаждающей жидкости.

Блоки цилиндров всех современных моделей Porsche изготавливаются в конструкции Closed Deck. Это обеспечивает повышенную жесткость.

Смазка

Система смазки

Система смазки двигателя служит для снабжения компонентов двигателя во всех рабочих состояниях достаточным количеством смазки. При этом необходимо постоянно обеспечивать определенное давление масла.

Наряду с предотвращением износа в результате трения к задачам системы смазки двигателя относятся:

• Удаление продуктов истирания.
• Охлаждение компонентов двигателя.
• Запуск процессов управления (например, регулирования впускного распределительного вала в системе
  VarioCam | VarioCam Plus).

Наиболее часто используемой формой системы смазки двигателя является так называемая циркуляционная система смазки. В этой системе насос всасывает масло из масляного поддона и подает его по трубопроводам и отверстиям к местам смазки двигателя.

В двигателях спортивный автомобилей Porsche используется интегрированная система смазки с сухим картером. В этой системе масло всасывается дополнительными маслооткачивающими насосами в различных местах двигателя и подается назад в интегрированный масляный бак.

Адаптивный масляный насос

Адаптивный масляный насос с электронным регулирование интегрирован в масляный поддон и приводится в действие цепью от коленчатого вала. Он регулирует давления масла, необходимое для любой частоты давления и нагрузки двигателя (положение педали акселератора).

Управление насосом осуществляется системой управления двигателем. При этом в зависимости от частоты вращения двигателя, давление и температуры масла осевое перемещение шестерни изменяет рабочий объем насоса и, как следствие, варьируется давление масла.

Регулирование в зависимости от потребности

В блоке управления двигателя сохранено заданное давление для различный режимов работы двигателя. В качестве входных данных в частности
используется температура, частота вращения и нагрузка двигателя.

Соответствующее заданное давления непрерывно сравнивается с фактическим давлением, определенным датчиком. При отключении фактического давления
от заданного блок управления двигателя запускает электромагнитный клапан. Тот в свою очередь инициирует осевое перемещение шестерни, за счет чего
изменяется геометрический рабочий объем насоса.

• При сниженной потребности двигателя в масле обе шестерни насосов лишь частично накладываются друг на друга по ширине. За счет этого снижается объем подачи насоса и одновременно создается меньше трения.
  Следствие: КПД масляного насоса увеличивается и, как следствие, снижается расход топлива.
• При повышенной потребности двигателя в масле обе шестерни полностью накладываются друг на друга по ширине, и создается максимальное давление масла.

Конструкция двигателя Ford Focus / Форд Фокус 1

В блоке цилиндров расположены коленчатый вал, детали шатунно-поршневой группы и системы смазки. Снаружи блока размещаются вспомогательные агрегаты, такие как генератор, насос гидроусилителя рулевого управления, стартер и система зажигания. Все блоки серии Zetec отлиты из алюминиевого сплава, блоки из серого чугуна применяется на турбодизеле Endura.

Головка цилиндров в современных двигателях изготавливается из легких сплавов. К головке присоединяются впускной и выпускной коллекторы. В самой головке расположены каналы системы охлаждения и смазки, седла клапанов, направляющие втулки клапанов, опорные шейки распределительного вала. Между головкой и блоком ставится прокладка головки блока.

В цилиндрах расположены поршни, совершающие возвратно-поступательные движения от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней (НМТ). Диаметры цилиндров и поршней подбираются одной размерной группы. При работе двигателя цилиндры охлаждаются жидкостью.

Поршни перемещаются в цилиндрах и передают давление газов, образовавшихся в результате сгорания горючей смеси, через шатун на коленчатый вал. Поршни изготовлены из особенно легкого легированного и жаропрочного сплава. Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Верхние поршневые кольца (компрессионные) уплотняют камеру сгорания. Нижние кольца (маслосъемные) снимают излишки масла со стенок цилиндра и отводят его в масляный поддон.

Обозначение двигателей и применяемость по нормам токсичности

Обозначение двигателя	Двигатель	Дата выпуска	Применяемость
		до мая — июня 2000 г.	Европа (кроме Германии)
		до мая — июня 2000 г.	Германия
		до мая — июня 2000 г.	Европа (кроме Германии)
		до мая — июня 2000 г.	Германия
		до мая — июня 2000 г.	соответствует ECE-R1504
		с мая — июня 1999 г.	Европа
		с мая — июня 1999 г.	Германия
		с мая — июня 1999 г.	Европа
		с мая — июня 1999 г.	Германия

Технические данные

Характеристика	Двигатель
	1,4 л Zetec-SE	1,6 л Zetec-SE	1,8 л Zetec-E	2,0 л Zetec-E	1,8 л Endura	1,8 л Endura-DI
	4-тактный, рядный, бензиновый, DOНC				4-тактный, рядный дизельный, SOНC
Рабочий объем цилиндров, см 3
Диаметр цилиндра, мм
Ход поршня, мм
Степень сжатия
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Мощность двигателя при частоте вращения коленчатого вала, кВт (л. с.)/ мин -1	55(75)/5000	74(100)/6000	85(115)/5200	96(130)5500	55(75)4000	66(90)
Максимальный момент двигателя при частоте вращения коленчатого вала, Н·м/мин -1	123/3500	145/4000	160/4400	178/4500	175/1800	200/2000
Величина тепловых зазоров в клапанах (двигатель холодный):
впускной, мм	0,17-0,23	0,17-0,23	0,11-0,18	0,11-0,18		0,30-0,40
выпускной, мм	0,27-0,33	0,31-0,37	0,31-0,37	0,27-0,34		0,45-0,55
Внутренний диаметр цилиндра, мм:
класс 1	76,00-76. 01	79,00-79,01	80,60-80,61	84,80-84,81	82,500-82,515	82,500-82,515
класс 2	76,01-76,02	79,01-79.02	80,61-80,62	84,81-84,82	82,515-82,530	82,515-82,530
класс 3	76,02-76,03	79,02-79,03	80,62-80,63	84,82-84,83
Диаметр поршня, мм:
класс 1	75,96-75,97	78,975-79,005	80,57-80,58	84,77-84,78	82,410-82,425	82,410-82,425
класс 2	75,97-75,98	78,985-79,015	80,58-80,59	84,78-84,79	82,425-82,440	82,425-82,440
класс 3	75,98-75,99	78,995-79,025	80,59-80,60	84,79-84,80

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Основные части шатуна: отверстие для поршневого пальца, сам корпус и разъемная головка с крышкой.

рис. 42. Блок цилиндров двигателей серии Zetec-SE состоит из алюминиевого сплава, легированного кремнием: 1 — блок цилиндров; 2 — вкладыши коренных подшипников; 3 — коленчатый вал; 4 — крышка коренных подшипников

Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Современные коленчатые валы изготавливают методом горячей штамповки. Коленчатый вал имеет 5 коренных и 4 шатунных подшипников ( рисунок 42 ).

Клапаны осуществляют впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов.

рис. 43. Распределительный вал: 1 — выпускной распределительный вал; 2 — впускной распределительный вал; 3 — впускной клапан; 4 — впускной канал; 5 — камера сгорания; 6 — выпускной канал; 7 — выпускной клапан

Распределительный вал открывает и закрывает клапаны в точно определенное время. На двигателях Endura устанавливается один распределительный вал, расположенный в головке блока (SОНС). На двигателях Zetec — два распределительных вала также расположенных в головке блока (DОНС) ( рисунок 43 ).

Впуск — 1-й такт. Поршень совершает ход от ВМТ до НМТ, впускной клапан открыт, горючая смесь поступает в цилиндр.

Сжатие — 2-й такт. Поршень совершает ход от НМТ к ВМТ и сжимает горючую смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

Рабочий ход — 3-такт. Уже перед ВМТ сжатая рабочая смесь воспламенятся от искры свечи зажигания. Рабочая смесь сгорает взрывообразно, из-за нарастающего давления поршень движется к НМТ. Шатун передает движение на коленчатый вал, заставляя его вращаться.

Выпуск — 4-й такт. Инерционная масса маховика заставляет поршень вновь двигаться к ВМТ. Выпускной клапан уже открыт, и сгоревшие (выхлопные) газы могут выходить в выхлопную систему.

Дизельный двигатель работает по такому же процессу. При такте «впуск» чистый воздух поступает в цилиндр. Он всасывает чистый воздух. В конце такта сжатия, когда в камеру сгорания впрыскивается топливо, происходит самовоспламенение горючей смеси без дополнительного зажигания (искры). Степень сжатия у дизеля значительно выше, чем у бензинового двигателя.

Рабочий объем цилиндра ( рисунок   44 ) измеряется движением поршня от ВМТ к НМТ.

Камера сгорания не влияет на величину рабочего объема. Объем камеры сгорания вместе с рабочим объемом образуют общий объем цилиндра.

рис. 44. Рабочий объем цилиндра: 1 — верхняя стенка камеры сгорания; 2 — объем камеры сгорания; 3 — ВМТ; 4 — НМТ; 5 — рабочий объем цилиндра

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. У турбодизеля Endura степень сжатия составляет 19,4:1. Двигатель Zetec-SE имеет степень сжатия 11:1 и двигатель серии Е — степень сжатия 10:1 ( рисунок 44 ).

Конструкция двигателя ВАЗ-2112

Двигатель ВАЗ-2112 Бензиновый, четырехтактный, четырехцилиндровый, рядный, с поперечным расположением, шестнадцатиклапанный, с двумя распределительными валами.

Порядок работы цилиндров: 1-3- 4-2, отсчет – от шкива коленчатого вала.

Система питания – фазированный распределенный впрыск.

Управление двигателем – контроллер (Bosch, «Январь» или GM).

Большинство двигателей оснащается нейтрализатором отработавших газов.

Двигатель с коробкой передач и сцеплением образуют силовой агрегат, закрепленный в моторном отсеке на четырех эластичных резинометаллических опорах.

Правая и левая опоры такие же, как и на двигателях 2110 и 2111.

Передняя и задняя опоры – одинаковые, представляющие собой штанги.

Одним концом штанга крепится к кронштейну на двигателе, другим – к кронштейну на кузове.

Справа на двигателе (по ходу автомобиля) расположены: приводы распределительных валов и насоса охлаждающей жидкости (зубчатым ремнем) и генератора (поликлиновым ремнем).

Слева расположены: термостат, датчики температуры охлаждающей жидкости, датчик давления масла, стартер (на картере сцепления).

Спереди: впускной коллектор, топливная рампа с форсунками, датчик детонации, масляный щуп, шланг вентиляции картера, генератор (внизу справа), датчик фаз (вверху справа). Сзади: выпускной коллектор, масляный фильтр, датчик положения коленчатого вала (внизу справа).

Сверху (под пластиковой крышкой) расположены ресивер, свечи (в направляющих трубах, уплотненных резиновыми кольцами) и высоковольтные провода.

Блок цилиндров отлит из чугуна и имеет индекс «21083» – как и у двигателей 2110 и 2111, однако они невзаимозаменяемы: отверстия под винты головки цилиндров имеют резьбу М10х1,25 (в отличие от М12х1,25 для блоков двигателей 2110 и 2111) и меньшую глубину.

Другое отличие связано с более напряженным тепловым режимом двигателя 2112 по сравнению с двигателями 2110 и 2111.

Для охлаждения поршней во время работы двигателя их днища омываются снизу маслом через специальные форсунки, запрессованные во вторую, третью, четвертую и пятую опоры коренных подшипников.

Цилиндры расточены непосредственно в блоке. Номинальный диаметр 82 мм при ремонте может быть увеличен на 0,4 или 0,8 мм.

Класс цилиндра маркируется на нижней плоскости блока латинскими буквами в соответствии с диаметром цилиндра в мм: А – 82,00-82,01, В – 82,01-82,02, С – 82,02-82,03, D – 82,03-82,04, Е – 82,04-82,05.

Максимально допустимый износ цилиндра составляет 0,15 мм на диаметр.

В нижней части блока цилиндров имеется пять опор коренных подшипников со съемными крышками, которые крепятся к блоку специальными болтами.

Крышки невзаимозаменяемы (отверстия под подшипники обрабатываются в сборе с крышками) и маркированы для отличия рисками на наружной поверхности.

В средней опоре имеются гнезда для упорных полуколец, препятствующих осевому перемещению коленчатого вала.

Спереди (со стороны шкива коленчатого вала) ставится сталеалюминиевое полукольцо, сзади – металлокерамическое.

Кольца изготовляются с номинальной и увеличенной на 0,127 мм толщиной.

При превышении осевого зазора коленчатого вала 0,35 мм меняются одно или оба полукольца (номинальный зазор – 0,06-0,26 мм).

Вкладыши коренных и шатунных подшипников – тонкостенные сталеалюминиевые.

Верхние коренные вкладыши первой, второй, четвертой и пятой опор, устанавливаемые в блоке цилиндров, снабжены канавкой на внутренней поверхности.

У нижних коренных вкладышей, верхнего вкладыша третьей опоры и шатунных вкладышей канавки отсутствуют.

Ремонтные вкладыши выпускаются под шейки коленчатого вала, уменьшенные на 0,25, 0,50, 0,75 и 1,00 мм.

Коленчатый вал изготовлен из высокопрочного чугуна.

Он имеет пять коренных и четыре шатунных шейки и снабжен восемью противовесами, отлитыми заодно с валом.

Коленчатый вал двигателя 2112 отличается от коленчатого вала двигателей 2110 и 2111 формой противовесов и повышенной прочностью.

Поэтому не допускается установка коленчатого вала от двигателей 2110 и 2111 в двигатель 2112.

Для подачи масла от коренных шеек к шатунным в коленчатом вале просверлены каналы, выходные отверстия которых закрыты запрессованными заглушками.

На переднем конце коленчатого вала на сегментной шпонке установлен зубчатый шкив привода распределительного вала, к нему крепится шкив привода генератора, который также является демпфером крутильных колебаний коленчатого вала.

На зубчатом венце шкива два зуба из 60 отсутствуют – впадины служат для работы датчика положения коленчатого вала.

К заднему концу коленчатого вала шестью самоконтрящимися болтами через общую шайбу крепится маховик (индекс 2110), отлитый из чугуна, с напрессованным стальным зубчатым венцом, служащим для пуска двигателя стартером.

Конусообразная лунка около венца маховика должна находиться напротив шатунной шейки четвертого цилиндра (это необходимо для определения ВМТ после сборки двигателя).

Шатуны – стальные, двутаврового сечения, обрабатываются вместе с крышками.

На крышках, как и на шатунах, клеймится номер цилиндра (он должен находиться по одну сторону шатуна и крышки).

Шатуны по диаметру сталебронзовой втулки, запрессованной в верхнюю головку, подразделяются на три класса с шагом 0,004 мм.

Номер класса клеймится на крышке шатуна. Также шатуны подразделяются на классы по массе – они маркируются краской или буквой на крышке шатуна.

Поршневой палец – стальной, трубчатого сечения, плавающего типа (свободно вращается в верхней головке шатуна и в бобышках поршня).

От выпадения он зафиксирован двумя стопорными пружинными кольцами, которые располагаются в проточках бобышек поршня.

Различают три класса пальцев по наружному диаметру (через 0,004 мм): 1 – с синей, 2 – зеленой, 3 – красной (наименьшего диаметра) метками.

Поршень — из алюминиевого сплава. Юбка поршня в продольном сечении – коническая, в поперечном – овальная.

В верхней части поршня проточены три канавки под поршневые кольца.

Канавка маслосъемного кольца имеет выходящие в бобышки сверления, по которым масло, собранное кольцом со стенок цилиндра, поступает к поршневому пальцу.

Отверстие под поршневой палец смещено от диаметральной плоскости поршня на 1 мм.

При установке поршня необходимо ориентироваться по стрелке, выбитой на днище (она должна быть направлена в сторону шкива коленчатого вала).

У поршней двигателя 2112 днище плоское, с четырьмя углублениями под клапаны (у поршней двигателей 2110 и 2111 днище имеет овальную выемку).

Поршни по наружному диаметру (измеряется в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 51,5 мм от днища поршня), как и цилиндры, подразделяются на пять классов (маркировка – на днище).

Диаметр поршня (для номинального размера, мм): А – 81,965-81,975; В – 81,975-81,985; С – 81,985-81,995; D – 81,995-82,005; Е – 82,005-82,015.

В продажу поступают поршни классов А, С и Е (номинального и ремонтных размеров): расчетный зазор между ними — 0,025-0,045 мм, а максимально допустимый зазор при износе — 0,15 мм.

Не рекомендуется устанавливать новый поршень в изношенный цилиндр без его расточки: проточка под верхнее поршневое кольцо в новом поршне может оказаться чуть выше, чем в старом, и кольцо может сломаться о «ступеньку», образующуюся в верхней части цилиндра при его износе.

У поршней ремонтных размеров на днище выбивается треугольник (+ 0,4 мм) или квадрат (+ 0,8 мм).

По диаметру отверстия под поршневой палец поршни подразделяются на три класса: 1 –21,978-21,982; 2 – 21,982-21,986; 3 – 21,986-21,990. Класс поршня также выбивается на его днище.

Поршень и палец должны быть одного класса. Поршни одного двигателя подбирают по массе (разброс не должен превышать 5 г) – это делается для уменьшения дисбаланса кривошипно-шатунного механизма.

Верхние два поршневых кольца – компрессионные, препятствующие прорыву газов в картер двигателя. Также они способствуют отводу тепла от поршня к цилиндру. Нижнее кольцо – маслосъемное.

Головка цилиндров – общая для всех четырех цилиндров – из алюминиевого сплава.

Центрируется на блоке двумя втулками и крепится десятью винтами.

Между блоком и головкой (их поверхности должны быть сухими) устанавливается безусадочная металлоармированная прокладка (ее повторное использование не допускается).

Порядок и момент затяжки винтов головки блока указаны в приложении. В верхней части головки цилиндров расположены опоры распределительных валов – по пять с каждой стороны головки.

Отверстия в опорах, выполненных разъемными, обрабатываются в сборе с корпусом подшипников. Заменять корпус необходимо в сборе с головкой цилиндров.

На поверхности головки цилиндров, сопрягающиеся с корпусом подшипников, наносят герметик Локтайт № 574. Порядок и момент затяжки гаек корпуса подшипников указаны в приложении.

Распределительные валы – литые, чугунные, пятиопорные, у каждого – восемь кулачков (пара соседних кулачков открывает одновременно два клапана в цилиндре).

Распределительные валы приводятся во вращение зубчатым ремнем от коленчатого вала.

В связи с повышенными нагрузками на зубчатый ремень его ширина в двигателе 2112, по сравнению с 2110 и 2111, увеличена с 19,0 до 25,4 мм (соответственно, увеличена ширина зубчатых шкивов и роликов).

Под шкивом впускного распределительного вала находится опорный ролик, под выпускным – натяжной. Для работы датчика фаз к зубчатому шкиву впускного распределительного вала приварен диск.

На приводных шестернях имеются установочные метки: если метка на шкиве коленчатого вала совпадает с меткой на корпусе масляного насоса (метка на маховике находится против среднего деления шкалы на картере сцепления), то метки на шкивах распределительных валов должны совпадать с метками на задней крышке привода распределительных валов.

Седла (изготовленные из металлокерамики) и направляющие втулки клапанов (латунные) запрессованы в головку цилиндров.

Отверстия во втулках обрабатываются после запрессовки. Внутренний диаметр втулок уменьшен, по сравнению с двигателями 2110 и 2111, с 8 до 7 мм.

В комплекте запасных частей поставляются также ремонтные втулки с наружным диаметром 12,279-12,290 мм (увеличенным на 0,2 мм по сравнению с номинальным).

На внутренней поверхности втулок для смазки выполнены канавки, похожие на резьбу: у втулок впускных клапанов – на всю длину, у выпускных – до половины длины отверстия. Сверху на втулки надеты маслоотражательные колпачки, изготовленные из маслостойкой резины.

Клапаны – стальные, выпускной – с головкой из жаропрочной стали с наплавленной фаской.

Площадь тарелки впускного клапана больше, чем выпускного.

По размерам они меньше, чем клапаны двигателей 2110 и 2111.

Клапаны расположены в два ряда, V-образно.

Приводятся в действие от кулачков распределительных валов через гидротолкатели.

Ось кулачка смещена относительно оси гидротолкателя на 1 мм.

За счет этого при работе двигателя корпус толкателя поворачивается вокруг своей оси, что способствует его более равномерному износу.

Гидротолкатели выбирают зазор между кулачком и корпусом толкателя при работе двигателя, что уменьшает шум газораспределительного механизма, а также исключает его обслуживание (регулировка зазора не требуется).

Для работы гидротолкателей необходима постоянная подача масла под давлением.

Для этого в головке цилиндров имеется канал с обратным шариковым клапаном (он предотвращает слив масла из каналов после остановки двигателя), а также каналы на нижней плоскости корпуса подшипников (они же подводят масло и к шейкам распределительных валов).

Гидротолкатели весьма чувствительны к качеству масла и его чистоте.

При наличии в масле механических примесей возможен быстрый выход из строя плунжерной пары гидротолкателя, что сопровождается повышенным шумом в газораспределительном механизме и интенсивным износом кулачков распределительного вала.

Неисправный гидротолкатель ремонту не подлежит, его следует заменить. Клапан закрывается под действием одной пружины. Нижним концом она опирается на шайбу, а верхним — на тарелку, удерживаемую двумя сухарями.

Сложенные сухари снаружи имеют форму усеченного конуса, а на внутренней поверхности – три упорных буртика, входящие в проточки на стержне клапана. Смазка двигателя – комбинированная.

Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники, пары «опора – шейка распредвала», гидротолкатели.

Разбрызгиванием масло подается на стенки цилиндров (далее к поршневым кольцам и пальцам), на днище поршней, к паре «кулачок распределительного вала – толкатель» и стержням клапанов. Остальные узлы смазываются самотеком.

Масляный насос – с шестернями внутреннего зацепления и редукционным клапаном – установлен на передней стенке блока цилиндров.

Ведущая шестерня установлена на двух лысках на переднем конце коленчатого вала.

Предельный диаметр гнезда под ведомую (большую) шестерню при износе не должен превышать 75,10 мм, минимальная ширина сегмента на корпусе, разделяющего ведущую и ведомую шестерни, – 3,40 мм.

Осевой зазор для ведущей шестерни не должен превышать 0,12 мм, для ведомой – 0,15 мм.

К крышке второго коренного подшипника и корпусу насоса болтами крепится маслоприемник.

Масляный фильтр – полнопоточный, неразборный, снабжен перепускным и противодренажным клапанами.

Система вентиляции картера – закрытая, принудительная, отсосом газов через маслоотделитель, расположенный в крышке головки цилиндров.

Проектирование двигателей — онлайн-магистерская программа

Академические программы

Применяйте свои знания сразу же на рабочем месте
Мы понимаем, что в программе Engine Design Capstone Certificate мы понимаем, что для того, чтобы стать успешным инженером-лидером, вы должны уметь интегрировать и применять знания из разных областей до проектов по разработке двигателей, которые отвечают требованиям рынка и являются экономически эффективными. Почти каждый предмет в учебной программе по машиностроению находит применение в двигателестроении. Наши преподаватели, ориентированные на исследования, включают темы из электроники и машиностроения в реальные задания и групповые проекты.

Кредиты могут быть использованы для получения степени магистра UW-Madison Engine Systems.

Учебный план
Производители двигателей, поставщики и производители транспортных средств, использующих двигатели внутреннего сгорания, оценят немедленную применимость навыков, которые вы изучите в этой онлайн-программе Engine Systems.

Учебная программа для программы Engine Design Capstone подготовит вас к:

• Управлять полным процессом разработки нового двигателя
• Четко сформулируйте требования заказчика и приложения
• Эффективно интегрировать конструкцию двигателя с различными производственными процессами
• Выберите конфигурацию системы сгорания, топлива и системы двигателя, которая лучше всего подходит для конкретного применения; среди многих других критических навыков

Требования
Вы получите сертификат Capstone после завершения 9 кредитов выпускников, требуемых Университетом Висконсина. Это трехсеместровая программа.

Обязательные курсы

• EPD 622 Конструкция двигателя I
• EPD 623 Конструкция двигателя II
• EPD 630 Конструкция двигателя III

Подход к онлайн-обучению
Онлайн-программа UW Engine Design Capstone предназначена для работающих профессионалов. Учебная среда является гибкой, что позволяет вам максимально эффективно использовать свое время, не отвлекаясь от работы, семьи или других обязательств.

Испытайте богатую среду обучения
Обучение в нашей программе не всегда происходит перед компьютером. У вас будет возможность высказать свое мнение в ходе дискуссий, пообщаться с опытными спикерами и использовать различные компьютерные приложения.

Будучи студентом, вы также будете иметь доступ к академическим библиотекам Университета Вашингтона в Мэдисоне, которые предлагают вам 10 процентов мировых библиотечных ресурсов. Наши студенты часто подчеркивают, как регулярное время регистрации, доступ к Исследовательскому центру двигателей и сетевые возможности с однокурсниками, преподавателями и сотрудниками в области двигателей обогащают их опыт в нашей программе.

Поддерживающая среда для совместной работы
Вы будете проходить программу с одной и той же небольшой группой студентов и будете постоянно взаимодействовать с ними с помощью онлайн-инструментов, таких как веб-конференции, дискуссионные онлайн-форумы, электронная почта и телефонные конференции. Студенты и выпускники часто отмечают, что когортный подход необходим для того, чтобы оставаться вовлеченными и идти по пути завершения программы.

Кроме того, преподаватели и сотрудники понимают проблемы, с которыми вы сталкиваетесь как работающий профессионал и дистанционный ученик, и активно следят за вашим прогрессом. Консультант программы, работающий полный рабочий день, готов стать вашим защитником и помочь вам с любыми проблемами, которые могут повлиять на вашу успеваемость.

В UW-Madison мы создали учебную среду, чтобы встретить вас там, где вы находитесь.

Независимо от того, связана ли ваша работа с частыми поездками, сменным графиком работы или периодами повышенного спроса, наши курсы помогут вам расти, где бы вы ни находились и когда бы у вас ни был доступ в Интернет. Мы разрабатываем и проводим курсы для высокоэффективных профессионалов, с глубоким пониманием проблем, с которыми сталкиваются эти профессионалы.

Будучи студентом UW, вы станете частью динамичного сообщества, которому будут помогать и поддерживать ваши товарищи по учебе, а также преподаватели. Наши студенты и выпускники постоянно указывают на ценность глобальной профессиональной сети, которую они развивают в рамках наших программ, построенной на совместной работе, задачах и проектах и ​​продолжающейся всю жизнь.

В рамках этой онлайн-программы для выпускников «Системы двигателей» преподаватели Исследовательского центра двигателей Университета Вашингтона и Исследовательской лаборатории управления трансмиссией объединяются с лидерами двигателестроительной отрасли, чтобы предложить уникальную возможность обучения.

Факультет

• Директор программы: Андреа Стшелец, доктор философии
• Высшее академическое руководство: Карен Кэри, MS
• Эмили Бук, доктор философии
• Эрик Флуга, MS
• Том Харрис, доктор философии
• Кевин Хоаг, MS
• Чибинь Ла, ME
• Джон Касаб, доктор философии, PE
• Джон Лахти, доктор философии
• Патрик Мерфи
• Брайан Прайс, доктор философии
• Рой Примус, MS
• Бапи Сурампуди, доктор философии
• Судхи Уппулури, MS

Директора факультетов

• Проф. Дэйв Ротамер, ERC
• Проф. Сейдж Кокджон, ERC
• Проф. Джаал Ганди, ERC
• Проф. Марио Трухильо, ERC
• Проф. Скотт Сандерс, ERC

Требования к поступающим

Обзор заявления
Процесс приема был разработан для проведения целостного анализа ваших шансов на успех в программе. Решения основаны на вашем академическом и профессиональном опыте.

Чтобы начать процесс, ознакомьтесь с требованиями к поступающим, чтобы определить, соответствуете ли вы требованиям. Если у вас есть вопросы о вашем праве на участие, запросите проверку соответствия требованиям, отправив электронное письмо в Службу поддержки студентов. Это электронное письмо должно содержать копию вашего текущего резюме и неофициальные стенограммы.

Заявки принимаются на осенний семестр. Заявки рассматриваются в порядке поступления до крайнего срока 15 июля для осеннего приема и крайнего срока 1 ноября для весеннего приема. Прием конкурсный и выборочный. Поэтому заявителям рекомендуется подавать материалы заявки до установленного срока.

Требования к поступающим на программу Engine Design Capstone Certificate перечислены ниже.
Исключения из стандартных требований к поступающим рассматриваются приемной комиссией в индивидуальном порядке.

• Степень бакалавра наук (BS) в области (машиностроения) по программе, аккредитованной Советом по аккредитации инженеров и технологий (ABET) или эквивалентной.* Международные кандидаты должны иметь степень, сравнимую с утвержденной степенью бакалавра США. .
• Минимальный средний балл бакалавриата (GPA) 2,75 за эквивалент последних 60 часов семестра (примерно два года работы) или степень магистра с минимальным совокупным средним баллом 2,75. Кандидаты из международного учебного заведения должны иметь высокие академические показатели, сравнимые с 2,75 для степени бакалавра или магистра. Все средние баллы основаны на шкале 4,00. Мы используем шкалу оценок вашего учреждения; не переводите свои оценки в шкалу 4,00.
• Кандидаты, чей родной язык не является английским, должны предоставить результаты теста на знание английского языка как иностранного (TOEFL). Минимально приемлемый балл за TOEFL – 580 баллов за письменную версию, 243 – за компьютерную версию или 92 – за интернет-версию.
• GRE не требуется. Абитуриентам, прошедшим тестирование, предлагается представить свои оценки.
• Регистрация в качестве профессионального инженера по результатам экзамена, если она получена, должна быть задокументирована в поддержку вашего заявления.

* Эквивалентность программы, аккредитованной ABET: кандидаты, не имеющие степени бакалавра программы, аккредитованной ABET, также могут иметь право на участие в программе. Студентам предлагается связаться с директором программы для получения дополнительной информации.

Всем заявителям рекомендуется определить, соответствует ли эта программа требованиям для получения лицензии в штате, в котором они проживают. См. веб-сайт Национального общества профессиональных инженеров для получения контактной информации советов штатов по лицензированию

Начать процесс подачи заявки.

Стоимость обучения
1300 долларов за кредит, выплачивается в начале каждого семестра.

Общая стоимость обучения
Общая стоимость обучения по этой программе составляет 11 700 долларов США*.

* В эту сумму не входят расходы на проезд и проживание, связанные с летней резиденцией, учебниками или программным обеспечением курсов. Программное обеспечение, необходимое для курсов, обычно доступно в образовательных версиях со значительными скидками.

Федеральные займы
Учащиеся, являющиеся гражданами или постоянными жителями США, имеют право на получение определенного уровня финансирования в рамках программы федерального прямого кредитования. Эти кредиты доступны для квалифицированных аспирантов, которые берут не менее четырех кредитов в течение осеннего и весеннего семестров и два кредита в течение лета. Частные кредиты также доступны. Узнайте больше о финансовой помощи.

Поддержка работодателя
Многие студенты получают некоторую финансовую поддержку от своих работодателей. Часто студенты считают полезным сесть со своим работодателем и обсудить, как эта программа применима к их текущим и будущим обязанностям. Другие ключевые моменты для обсуждения включают в себя то, как участие не нарушит ваш рабочий график.

Конкурсы дизайнеров | АИАА

Команда Aeroswitch (Миланский политехнический университет), 1-е место в группе выпускников по проектированию самолетов, 2020 г.

Спонсоры Фонда AIAA ежегодно проводятся дизайнерские конкурсы. Эти соревнования дают учащимся прекрасную возможность принять участие в моделировании реальной проблемы, что позволяет учащимся набраться опыта и получить полезные и конструктивные отзывы технических экспертов, входящих в состав технических комитетов AIAA.

Team Super Aerial Bros (Университет Канзаса), 3-е место в группе выпускников по проектированию самолетов, 2020 г.

Некоторые из конкурсов позволяют студентам выполнять теоретические работы и получать реальное представление о процессе проектирования. Независимо от того, проектируют ли учащиеся самолет, двигатель или космический аппарат, они проходят все основные этапы проектирования. при определении решения запроса предложений (RFP). Это включает в себя определение гипотетического решения, проверку гипотезы, оценку ее эффективности, возможно, проведение некоторого анализа затрат и, наконец, подготовку отчета, который будет представлен. в ответ на запрос предложений. Эти ответы проверяются экспертами в данной области, которые дадут учащимся конструктивные ответы.

Соревнования этого года перечислены ниже. Покажите миру, что у вас есть правильные вещи в дизайне, и вы можете выиграть денежные призы, пока вы это делаете!

*Данный конкурс регулируется всеми применимыми законами, включая экспортное законодательство США. Законодательство США запрещает AIAA присуждать призовые деньги или предоставлять существенные отзывы о заявках лицам, проживающим в Иране, Кубе, Северной Корее, Крыму, Судане или Сирии.

Правила соревнований

Примечание для отправителей отчетов: Только лицо, подавшее письмо о намерениях, может представить окончательный отчет. Все материалы, включая письма о намерениях и окончательные отчеты, , должны быть представлены онлайн через www.aiaa-awards.org — AIAA не принимает к отправке любые материалы, отправленные по почте в офис AIAA. Если в документе RFP не указаны правила подачи заявок, следуйте всем правилам конкурса, нажав кнопку выше.

Если вам нужен сертификат об участии для вашей команды, напишите нам по адресу  [email protected]. Сертификаты об участии выдаются только после запрос и будет отправлен только в электронном виде. Вы можете подать заявку на получение сертификата до 01 октября того же соревновательного года.

Из-за большого объема итоговых отчетов, которые мы получаем, вы должны строго соблюдать требования к форматированию и членству.

ОБНОВЛЕНИЕ:    2022 Статус конкурса на проектирование двигателей (Нажмите, чтобы прочитать).

Конкурсы дизайна

Конкурсы дизайна 2023

Если у вас есть дополнительные вопросы о предстоящих конкурсах дизайна, напишите нам по адресу  studentprogram@aiaa. org.

Заинтересованы в подаче запроса предложений (RFP) для программы конкурсов дизайна AIAA на 2023 год? Нажмите здесь

RFP оцениваются для отбора на основе следующих основных критериев:

• Ожидается ли, что RFP вызовет студенческий и/или академический интерес?
• Отражает ли RFP правдоподобные концепции удовлетворения общих, коммерческих, правительственных, военных, авиационных или космических потребностей?
• Является ли RFP хорошим инструментом для обучения проектированию аэрокосмических систем?
• Способствует ли RFP инновациям?
• Способствует ли RFP выполнению требований программы ABET в отношении основного опыта проектирования?
• Включает ли RFP реалистичные проектные ограничения (т. е. бюджетные, экономические, экологические и т. д.)

Поскольку RFP часто распределяются инструкторами по своим классам, AIAA рекомендует составителям RFP иметь «клиентов» (профессора, университеты), готовых использовать RFP в своих классах или учебных программах.

Пожалуйста, направляйте вопросы о критериях запроса предложений по адресу [email protected].

Подробная информация

Запрос предложений на участие в конкурсе дизайнеров 2023 года

• Запрос предложений по проектированию самолетов команды бакалавриата —   Гибридный турбовинтовой двигатель
• Группа бакалавриата — Двигатель RFP –  Гибридно-электрическая силовая установка Использование захвата пограничного слоя фюзеляжа для узкофюзеляжного коммерческого самолета
• Предложение по проектированию командного пространства для студентов бакалавриата —  Двойной посадочный модуль для подъема на Марс
• Проектирование индивидуального самолета для студентов бакалавриата —   Новый эффективный водный и наземный (NEWT) самолет
• Выпускник группы проектирования самолетов — Поиск и идентификация аварийно-спасательных летательных аппаратов (Dr. SAAV)

Расписание

• Состав команды и предложение Информация, представленная через сайт подачи онлайн-заявок – 9 февраля 2023 г. (23:59 по восточному времени США)
• Предложение подано через сайт онлайн-заявки – 12 мая 2023 г. (23:59 по восточному времени США)
• Объявление победителей (по электронной почте) – август 2023 г. (в зависимости от графика работы комитета по рассмотрению)

Конкурс на проектирование двигателя [газовой турбины]:

• Состав команды и информация о предложении, представленная через сайт онлайн-подачи – 30 октября 2022 г., 23:59, US ET
• Предложение, представленное через онлайн-сайт подачи, – 01 апреля 2022 г., 23:59, US ET
• . Раунд 1. Оценка завершена – 01 мая 2023 г.,
• . Презентации предложений 2-го раунда. и объявление победителей на специальной сессии AIAA AVIATION Forum – Дата уточняется, июнь 2023 г. в Сан-Диего, Калифорния

Посмотреть листовку 9 конкурса AIAA Engine Design 2022-2023 гг.0008

Требования к участникам

1. Все учащиеся имеют право на участие и поощряются к участию. Командные соревнования представляют собой группы не более десяти студентов на каждую заявку. Индивидуальные соревнования будут состоять только из одного студента на каждую заявку.
2. Представленные проекты должны быть работой студентов, но руководство может исходить от преподавателя/руководителя проекта и должно быть точно подтверждено.
3. Дизайн-проекты, которые используются как часть требований организованного класса, допускаются и поощряются к участию в конкурсе.
4. Учащиеся одной школы могут представить более одного проекта.

Авторское право

Все материалы на конкурс должны быть оригинальными работами членов команды.

Авторы сохраняют авторские права на все письменные работы, представленные на конкурс. В силу участия в конкурсе члены команды и авторы отчетов предоставляют AIAA неисключительную лицензию на воспроизведение материалов, в полностью или частично для всех текущих и будущих печатных и электронных целей AIAA. Соответствующее подтверждение будет сопровождать любое повторное использование материалов.

Конфликт интересов

Следует отметить, что конфликтом интересов для профессора дизайна будет считаться написание или помощь в написании RFP и/или оценка представленных предложений, если у него будут участвовать студенты, или что можно ожидать участия в тех соревнованиях. Профессор дизайна с таким конфликтом должен воздержаться от участия в разработке таких конкурсных RFP и / или оценки любых предложений, представленных на таких конкурсах.

Награды

*Данный конкурс регулируется всеми применимыми законами, включая экспортное законодательство США. Законодательство США запрещает AIAA присуждать призовые деньги или предоставлять существенные отзывы о заявках лицам, проживающим в Иране, Кубе, Северной Корее, Крыму, Судане или Сирии.

Призовой фонд соревнований финансируется через Фонд AIAA. Денежные вознаграждения могут различаться для каждого конкурса, максимальная сумма вознаграждения составляет 1000 долларов США. Суммы вознаграждения указаны ниже.

Тройка лучших проектные группы будут награждены сертификатами. Один представитель команды, занявшей первое место, может быть приглашен Техническим комитетом, ответственным за RFP, для презентации своего проекта на форуме AIAA. Возможна компенсация проезда для некоторых соревнований с максимальной стипендией на поездку в размере 750 долларов, которая может быть использована для покрытия расходов на перелет, проживание в отеле или регистрацию на конференции для участия в форуме AIAA.

Конкурсы авиаконструкторов

• Самолет команды выпускников
• 1-е место: 750 долларов США; 2-е место: 550 долларов; 3-е место: 500 долларов США
• Самолет для студентов бакалавриата – Тонкомагистральный транспорт и воздушное такси
• 1-е место: 750 долларов США; 2-е место: 550 долларов; 3-е место: $500

Конкурс дизайна космических систем

• Космический транспорт студенческой команды
• 1-е место: 750 долларов США; 2-е место: 550 долларов; 3-е место: 500 долларов
  

Конкурс на проектирование ракетных систем

• Конкурс разработчиков ракетных систем для команд выпускников
• 1-е место: 750 долларов США; 2-е место: 550 долларов; 3-е место: 500 долларов США

Часто задаваемые вопросы

Какое программное обеспечение для проектирования рекомендуется/требуется для участия в конкурсах?
Рекомендуемое программное обеспечение для проектирования указано в соответствующих RFP. Пожалуйста, обратитесь к RFP для получения дополнительной информации.

Какой длины должен быть окончательный отчет?
Заключительный отчет должен содержать не более 100 страниц, напечатанных через два интервала шрифтом Times New Roman размером 10 пунктов. Сюда входят все диаграммы, рисунки, фотографии, графики и ссылки.

Когда будут объявлены победители?
Победители конкурса дизайна обычно объявляются следующим летом, однако объявление победителей зависит от рассмотрения Техническим комитетом и графика судейства.

Как участники будут уведомлены о своем месте в конкурсе?
AIAA уведомит команду о своем месте, только если она займет 1, 2 или 3 место в соответствующем конкурсе дизайна. AIAA не будет уведомлять команды, не занявшие места.

AIAA также отправит призовые чеки и сертификаты признания после завершения конкурса, а также стипендии на проезд, если соответствующий конкурс включает поездку на форум AIAA. Для команд призовые чеки будут отправлены для оплаты университету-победителю; для физических лиц призовые чеки будут быть отправлены отдельному автору в окончательном отчете.

Обратите внимание: этот конкурс регулируется всеми применимыми законами, включая экспортное законодательство США. Законодательство США запрещает AIAA присуждать денежные призы или предоставлять существенные отзывы о заявках от лиц, проживающих в Иране, Кубе, Северной Корее, Крыму, Судане или Сирии.

Как я смогу получить доступ к комментариям судей и отзывам о нашем предложении?
Отзыв будет отправлен всем команд по электронной почте и будут доступны на www.aiaa-awards.org после завершения конкурса.

Могу ли я объединиться со студентами из другого университета? А как насчет другой страны?
Да; AIAA позволяет учащимся объединяться в команды с другими учащимися по всему миру.

Должен ли каждый член моей команды быть студентом AIAA?
Да, вы все должны быть студентами AIAA. Пожалуйста, посетите https://www.aiaa.org/membership, чтобы присоединиться.

У меня есть еще один вопрос, на который нет ответа в этих часто задаваемых вопросах. Где я могу это спросить?
Если вы отправили письмо намерения участвовать в конкурсах дизайна, вы должны были получить приглашение принять участие в специальном сайте Engage, который мы создали для конкурсов дизайна. Если вы не получили приглашение, (или не отправили письмо но все же хотел бы задать вопрос) отправьте электронное письмо по адресу [email protected].

Состав моей команды изменился. Как обновить?
Если вы отправили письмо о намерениях (LOI), вы можете обновить состав своей команды, написав по адресу  [email protected]. Администратор должен внести это изменение за вас. Пожалуйста, укажите (1) лица вы удалите и (2) имена и адреса электронной почты тех, кто заменит их, если применимо. Пожалуйста, помните, что все члены вашей команды должны быть членами AIAA, и членство будет подтверждено».

Как нам представить наш окончательный отчет?
Все отчеты необходимо отправлять через www.aiaa-awards.org. Вам нужно будет войти в систему, используя имя пользователя и пароль AIAA, а затем нажмите «Требуется внимание (1)» в меню, расположенном в левой части экрана. Только лицо, подавшее Письмо о намерениях (LOI), может представить окончательный отчет».

Запросы предложений предыдущих лет

Соревнования по проектированию самолетов

Запрос предложений команд студентов по проектированию самолетов
Отзывчивые воздушные воздушные самолеты

Дизайн командных самолетов для выпускников RFP
Гибридно-электрический stol Air Taxi

Соревнования по проектированию космических систем

СПАСИБО СПИСОК
40004 СПАСИБО СПИСОК 9000 44000 Соревнования по проектированию

Соревнование по проектированию ракет для команд выпускников RFP
 Многоразовая проникающая гиперзвуковая платформа ISR

Соревнование по проектированию двигателей

Команда бакалавриата (испытание только для 2022 года)
Дизайн командного двигателя

Отчеты о победителях

• Посмотреть отчеты (2021-2022)
• Отчеты о просмотре (2020-2021)
• . Просмот 2019–2020)
• Просмотреть отчеты (2018–2019)
• Просмотреть отчеты (2017–2018)

Программное обеспечение для проектирования архитектуры и механизм визуализации 3D-рендеринга

01Обзор

02Функции

03CASE Исследования

04Resources

05GET начал

01

Обзор

Идеальные пиксели — по шкале

CMA Tower By Minmud

Get In To It It It

. данные с высокой точностью из множества приложений 3D, CAD и BIM, поэтому вы можете сразу приступить к формированию иммерсивного опыта. Благодаря поддержке массивных дизайнов и потрясающего фотореализма пользователи могут легко воплотить в жизнь свои самые смелые идеи, даже если они едут в такси на презентацию.

Оставайтесь на связи

Получайте новости об отраслевых инновациях и последних бесплатных активах для

Отправляя свою информацию, вы соглашаетесь получать новости, опросы и специальные предложения от Epic Games.
Политика конфиденциальности

Изображение предоставлено Olim Planet

Теперь все вместе

Создайте мост между заинтересованными сторонами для решения проблем до их возникновения, используя инструменты удаленного сотрудничества, разработанные для того, чтобы каждый чувствовал себя вовлеченным. Исследуйте город с помощью VR/AR, покажите новейшие концепции клиентам по всему миру или предложите новые возможности во время публичных слушаний — этот движок соединяет точки.

Изображение предоставлено BuildMedia

Переосмысление больших данных

В Unreal Engine данные могут обрести новую жизнь, помогая вам принимать решения или передавать информацию таким образом, чтобы она мгновенно обращалась к людям. Создавайте открытые миры, трекеры самолетов, симуляторы вождения, измеряющие устойчивость мостов, или полномасштабные города. Данные — это только начало.

02

Характеристики

Основные характеристики

Слайд 1 из 4

03

примеры из практики

Эпические истории

Изображение предоставлено Zaha Hadid Architects

Изображение предоставлено Zaha Hadid Architects

Тематическое исследование

Zaha Architects Turnmotion 9003.

Практический пример

HOK по архитектурной визуализации: объединение, итерация, коммуникация

Изображение предоставлено HOK

Практический пример

HOK по архитектурной визуализации: совокупность, итерация, коммуникация

Практический пример

Zaha Hadid Architects обращается к Twinmotion за предварительными проектными исследованиями

Игровые технологии коренным образом изменят то, как работают дизайнеры. Unreal — такой мощный движок; проблема заключается в том, как начать использовать его для AEC. К счастью, Epic — отличный партнер в этом исследовании и открытии.

Грег Шлейснер

Директор по дизайну Technolgoy, HOK

Изображение предоставлено Советом графства Эссекс

Тематическое исследование

Jacobs Обращается к интерактивной визуализации для инфраструктурных проектов

Изображение предоставлено Советом округа Эссекс

CASE CASE

JACOBS OR TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TO TONFRECTIASTER для Infrastrastrais Игровые технологии коренным образом изменят работу дизайнеров.

Unreal — такой мощный движок; проблема заключается в том, как начать использовать его для AEC. К счастью, Epic — отличный партнер в этом исследовании и открытии.

Грег Шлейснер

Технический директор HOK

04

Ресурсы

Узнайте, как использовать Unreal Engine

Независимо от того, начинаете ли вы работать и нуждаетесь в базовом руководстве или профессионале кто доводит Unreal Engine до предела, есть целый ряд вариантов, которые помогут вам добиться успеха.

Онлайн-обучение

Изучите Unreal Engine

Узнайте, как начать работу с Unreal Engine в качестве создателя контента.

Онлайн-обучение

---

Курс

Advanced Techniques for Architects

2 часа 25 минут

Этот курс предлагает передовые методы, советы и рекомендации по созданию потрясающих архитектурных визуализаций в Unreal Engine. Узнайте, как настраивать освещение, изменять материалы, применять эффекты постобработки и многое другое при работе с современным интерьером.

Мир визуализации переходит в режим реального времени. Этот путь обучения научит вас, как начать создавать архитектурную визуализацию в реальном времени в Unreal Engine. По его завершении вы перенесете свои данные в Unreal Engine, примените материалы и текстуры, поработаете с освещением, эффектами постобработки и чертежами.

05

Начало работы

Бесплатная загрузка — включает все функции!

Получите Unreal Engine

Начните бесплатно!

Unreal Engine поставляется полностью загруженным и готовым к работе из коробки, со всеми функциями и полным доступом к исходному коду. Его можно бесплатно использовать для создания линейного контента, такого как маркетинговые видеоролики, а также пользовательских или внутренних проектов, таких как иммерсивные архитектурные визуализации.

Поговорите с нами

Другие варианты лицензии

Ищете премиальную поддержку, частное обучение, индивидуальные условия или прямые отношения с Epic Games? Поговорите с нами о лицензии на программу Unreal Enterprise или индивидуальном решении.

Оставайтесь на связи

Получайте новости об отраслевых инновациях и последних бесплатных ресурсах для

Отправляя свою информацию, вы соглашаетесь получать новости, опросы и специальные предложения от Epic Games. Политика конфиденциальности

конструкция двигателя – жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

Один из наиболее важных аналитических инструментов, используемых при разработке ракетного двигателя, называется «баланс мощности». Проще говоря, баланс мощности представляет собой моделирование стационарного состояния, внутренних условий и функционирования двигателя. С одной стороны, это может быть выполнено с помощью электронной таблицы, а с другой — в виде сложной компьютерной программы с сотнями теоретических расчетов, подкрепленных десятками и десятками встроенных эмпирических взаимосвязей, настроенных для конкретной аппаратной конфигурации. Но прежде всего поговорим о том, что такое баланс сил с чисто концептуальной точки зрения. Вы начинаете со схемы двигателя:

 

Where:
       MCC = Main Combustion Chamber
      GG = Gas Generator
      MFV = Main Fuel Valve
      MOV = Main Oxidizer Valve
      GGFV = Gas Generator Fuel Valve
      GGOV = Gas Generator Oxidizer Valve
      OTBV = Oxidizer Turbine Bypass Valve

Затем вы разбиваете эти части двигателя, компоненты, на описания в отношении того, как они относятся к мощности, давлению и температуре:

• Насосы: преобразование мощности на валу в энергию жидкости в виде повышенного давления
• Турбины: извлечение энергии из газов привода турбины и преобразование ее в мощность на валу находится в форме повышенной температуры (горение = огонь = горячий)
• Воздуховоды, клапаны и форсунки: Контролируйте движение жидкости, чтобы подавать топливо и продукты сгорания туда, где они должны быть, например, в водопроводе. Каждый из этих элементов снижает давление в протекающих через них жидкостях
• Охлаждающие рубашки: здесь также снижается давление при протекании жидкости через охлаждающие каналы, но температура повышается по мере отвода тепла (т. е. при охлаждении) Вот что происходит с ракетным двигателем:

  Вы заметите, что вся силовая часть, происходящая в двигателе, происходит в верхней части исходной схемы (все остальное я вырезал). Другими словами, основная передача мощности происходит в компонентах, которые составляют то, что мы называем тестированием «блока питания». Видеть? Вот почему и отсюда пошло название. Довольно умно, да? Вся идея состоит в том, чтобы подать мощность на насосы, чтобы они могли создавать большое и большое давление жидкости, чтобы они могли проталкивать много и много топлива через систему в камеру сгорания. В этом весь смысл ракетного двигателя — толкать что-то в камеру сгорания, чтобы создать тягу.

  Итак, какое давление вам нужно? Это зависит от того, сколько материала у вас есть, чтобы протолкнуть порох, и какое давление вы хотите получить в камере в конце. Иногда я думаю об этом как о старой замечательной настольной игре «Монополия». Вы проходите «Go» и получаете 200 долларов. Помните это?

  
  Что ж, в ракетном двигателе ваш насос работает, и в этот момент вы получаете определенное давление. Затем, по мере прохождения жидкости по системе, от компонента к компоненту — воздуховоды, клапаны, рубашки охлаждения, форсунки — приходится платить арендную плату в виде потери давления. Это похоже на приземление на разные квадраты на доске. Платить всю эту аренду просто прекрасно. Вы не можете этого избежать. Но вы должны убедиться, что накопили достаточно денег, чтобы в конце концов остановиться в отеле на Бордвок и не обанкротиться. Другими словами, вам нужно подавать порох в камеру с желаемым остаточным давлением. Вот представление этого процесса управления давлением в J-2X как на стороне топлива, так и на стороне окислителя:

   

  Символы в виде взрыва на этой диаграмме обозначают зоны возгорания. Один из них — газогенератор, где вы производите энергию для привода насосов, а другой — это, конечно же, главная камера сгорания, где вы создаете свою тягу. Серые линии представляют продукты горения, выходящие из этих зон горения.

  Последний вопрос, который необходимо рассмотреть: какое давление в камере сгорания вам нужно (и/или необходимо)? Другими словами, когда ваше топливо поступает в основную зону сгорания, при каком остаточном давлении вы хотите, чтобы произошло это сгорание? Звучит как простой вопрос, верно? Ну, конечно же, вы хотите, чтобы это произошло при «оптимальном» давлении. Но что это значит? Это не простой вопрос. В плане энерговыделения в определенных пределах давление в камере не имеет большого значения (или, в крайнем случае, является второстепенным фактором). К чему это действительно сводится, хотите верьте, хотите нет, так это к размеру и весу двигателя, а также к нескольким производственным соображениям.

  На приведенном выше рисунке я попытался показать две комбинации камеры сгорания и форсунки, где верхняя имеет диаметр горловины и выходного диаметра форсунки в два раза больше, чем соответствующие измерения в нижней версии. Таким образом, оба двигателя, использующие эти камеры сгорания и сопла, будут иметь одинаковое отношение площади выхода сопла к площади горловины. Просто горловина наверху будет в четыре раза больше по площади (площадь пропорциональна квадрату диаметра). Вас бы удивило, если бы вы узнали, что эти два двигателя могли бы генерировать одинаковую тягу, если бы давление в камере нижнего двигателя в четыре раза превышало давление в камере верхнего двигателя? Да, это правда. Если верхний двигатель имеет, скажем, давление в камере 500 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм), а нижний — 2000 фунтов на квадратный дюйм, то эти две ракеты — по оценкам первого порядка — работают с одинаковым уровнем производительности.

  Что это значит? Это означает, что у вас может быть большой, громоздкий ракетный двигатель или маленький, «узкий». Казалось бы, маленький насос более эффективен, за исключением того, что при таком высоком давлении в камере вам приходится создавать все это дополнительное давление в ваших насосах. Это требует большой мощности насоса и, следовательно, мощности турбины. И сдерживание всего этого давления в системе двигателя означает более толстые стенки ваших воздуховодов, клапанов и всего остального. Более толстые стенки означают более тяжелые детали. Так что, возможно, этот «тугой» двигатель действительно более расточительный. Так что вместо этого, может быть, большой громоздкий двигатель звучит как хорошая идея, поскольку он меньше влияет на ваши турбонасосы. За исключением того, что вы понимаете, что он слишком велик, чтобы поместиться в вашем автомобиле, и, кстати, это чудовищно большое сопло весит тонну, и ни у кого нет станков, достаточно больших, чтобы произвести это. Так что, возможно, громоздкий тоже не подходит. Бла, бла, бла… От этого голова болит! Но такого рода обсуждения взад и вперед известны как торговые исследования, и они являются основой того, чем в конечном итоге станет ваш двигатель. Редко бывает простой и очевидный ответ, поскольку все влияет на все остальное.

  Итак, как же все это вернуть к балансу сил? Итак, вы берете все эти понятия, обсуждавшиеся выше, и начинаете применять следующее:

  • Расчеты, описывающие, сколько энергии высвобождается при сгорании вашего топлива.
  • Расчеты, связывающие скорость насоса и конструктивные особенности насоса с повышением давления жидкости.
  • Расчеты, связывающие газовые условия в турбинном приводе и конструктивные особенности турбины с отбором энергии.
  • Расчеты, описывающие потери давления для жидкости, протекающей по каналам, клапанам, охлаждающим рубашкам и форсункам.
  • Расчеты, связывающие поток жидкости и условия жидкости с процессами теплопередачи в охлаждающих рубашках

  После получения всех этих взаимосвязей можно выполнить баланс мощности. Вы используете свой энергетический баланс для информирования своих торговых исследований. Больше или меньше? Быстрее или медленнее? Вы просто должны понимать, используя его, что вы не можете ничего получить бесплатно. Энергия, которую вы вырабатываете в своем газогенераторе, расходует часть вашего топлива (для двигателя цикла газогенератора), поэтому они не могут пройти через главный инжектор с целью создания тяги. Вы не можете идеально извлекать энергию из газов турбины. И вы также не можете качать с идеальной эффективностью. Все эти соображения необходимо учитывать при расчетах. Но результатом будет аналитическая модель, которая может сообщить вам давление и температуру топлива на протяжении всего его пути через двигатель. Он покажет вам скорость вращения вала турбонасосов. И это даст вам общую производительность вашего ракетного двигателя.

  
   

  Итак, допустим, вам поручили разработать двигатель с нуля. У вас есть требование к тяге и конкретное требование к импульсу. Скажем далее, что вы знаете, каким должно быть ваше топливо, и давайте даже зайдем так далеко, чтобы сказать, что вам сказали, что это должен быть двигатель газогенераторного цикла. Хорошо, так что теперь ты делаешь?

  Вот один из подходов (…один из многих, многих возможных):

  • Выберите давление в камере.
  • Из-за вашей потребности в тяге и специфических требованиях к импульсу, вы можете начать с довольно точных предположений относительно расхода топлива.
  • Затем создайте схему двигателя и различных компонентов и соберите воедино вашу симуляцию системы.
  • Затем выясните, какое давление должны создавать ваши насосы и, следовательно, какую мощность вам потребуется для создания газогенератора.
  • Баланс необходимой мощности насоса с мощностью турбины, которую необходимо извлечь; теперь вы установили условия для вашего газогенератора.
  • Основываясь на том, сколько топлива вы «теряете» на ведущей ноге газогенератора/турбины, вы можете вычислить, какой коэффициент расширения сопла вам нужен, чтобы достичь ваших конкретных требований к импульсу.
  • Вы, вероятно, будете ходить по кругу с предыдущими несколькими шагами — также известными как итерация — пока не получите полностью непротиворечивый набор ответов (по сути, это процесс обоснованных предположений, чтобы посмотреть, все ли уравновешивается, делая новые догадки, основанные на любом несоответствии, и снова проверяя, все ли уравновешено. С хорошей схемой решения вы в конечном итоге придете к месту, где все ваши догадки работают, а ваша система сбалансирована.)
  • Теперь у вас есть конструкция ракетного двигателя.

  Но ты этого хочешь? Вы можете построить его? Подходит ли он к машине? Будет ли он слишком тяжелым? Соответствуют ли факторы производительности компонента разумным ожиданиям (т. е. эмпирическим правилам, применяемым различными экспертами по компонентам)? Достаточно ли близок дизайн к устаревшему дизайну, чтобы вы могли использовать предыдущий связанный опыт? Или, может быть, конструкция вся настолько новая и разная, что необходимая программа разработки будет достаточно обширной (а значит, и дорогой)? Может быть, есть целая куча причин, по которым ваш дизайн, откровенно говоря, воняет, поэтому вам нужно пройти весь процесс заново. В конце концов, после нескольких циклов вы почти никогда не придумываете дизайн, который удовлетворит всех со всех точек зрения, но вы получаете тот, который является достаточным, приемлемым и разумным. Итак, это дизайн, который вы проектируете, разрабатываете и тестируете.

  Надеюсь, я показал вам, что баланс мощности, аналитическое моделирование внутренней работы двигателя, является неотъемлемым инструментом концептуального проектирования ракетного двигателя. Как только вы получите общее представление о некоторых ключевых параметрах, которые вам нужны, баланс мощности заполнит детали, установит необходимые параметры для ваших турбонасосов, зафиксирует ваши разделения жидкости и условия, а также установит общий размер для вашей основной камеры сгорания и сопла. . Он использует физику и основанные на физике эмпирические соотношения, объединяющие дисциплины гидродинамики, теплопередачи, науки о горении и механики оборудования, для всех основных компонентов двигателя, чтобы сбалансировать генерируемую мощность с используемой мощностью и, таким образом, , описывает условия во всем двигателе.

  (Кстати, это мой любимый вид аналитического моделирования просто потому, что он объединяет так много разных дисциплин и дает такой широкий и полезный инструмент. Мне посчастливилось быть назначенным на деятельность по моделированию баланса мощности для главного корабля космического корабля. Engine, когда я начал работать. И этот опыт повлиял на все, что я делал за последние 20 с лишним лет.)
  

  Проектирование и разработка механизма вмешательства на основе аналитики обучения: интеллектуальная система вмешательства (In2S) | Умная среда обучения

  • Исследования
  • Открытый доступ
  • Опубликовано: 09 декабря 2019
  • Мухиттин Шахин ORCID: orcid.org/0000-0002-9462-1953 ¹ и
  • Халил Юрдугюль ²  

  Умная среда обучения том 6 , Номер статьи: 18 (2019) Процитировать эту статью

  • 1797 доступов

  • 12 цитирований

  • Детали показателей

  Abstract

  В этом исследовании был спроектирован и разработан механизм вмешательства, основанный на аналитике обучения. Механизм вмешательства называется Интеллектуальная система вмешательства (в ² S). В рамках данного исследования; В ² была введена система S и ее компоненты, и система оценивается на основе мнений учащихся. В ² S включены три типа вмешательства: обучающее, поддерживающее и мотивационное вмешательство. Учебное вмешательство было построено на основе оценочных заданий. Поддерживающие и мотивационные вмешательства были структурированы на основе учебного опыта учащихся. Сигнальные огни (красный, желтый и зеленый) представляются учащимся для каждой оценочной задачи в качестве учебного вмешательства. Поддерживающее вмешательство предоставляется учащимся через информационную панель. В контексте мотивационного вмешательства использовались элементы геймификации, такие как таблица лидеров, значки и уведомления. Чтобы узнать мнение учащегося о In ² S, были проведены полуструктурированные интервью с учащимися, у которых был предыдущий опыт обучения с системой. Учебная среда оценивалась на основе их взглядов. У учащихся был девятинедельный опыт обучения в среде электронного обучения. Затем восемь студентов, которые использовали систему наиболее активно, и восемь студентов, которые использовали систему наиболее пассивно, были отобраны для интервью в фокус-группах. хотите использовать его в контексте других курсов.

  Введение

  Использование сред онлайн-обучения в сфере образования быстро растет. В частности, системы управления обучением (LMS) используются в высшем образовании (Brown, Dehoney and Millichap, 2015). Можно сказать, что существует три поколения LMS (Fiadhi, 2014). LMS 1.0 с 1991 по 2004 год; LMS 2.0 с 2004 по 2011 год; и LMS 3.0 с 2011 года по сегодняшний день (Fiadhi, 2014). LMS 1.0 предназначена только для чтения (Richardson, 2005; Peraković et al., 2011). Системы представляли контент, и учащиеся могли его читать. LMS 2.0 структурирована через Web 2.0 (вики, блоги, форумы и т. д.) (Rubens, Kaplan, & Okamoto, 2012). С LMS 2.0 учащиеся получили возможность взаимодействовать с системой. Эти системы предназначены для персонализации в соответствии с потребностями учащихся, и между учеником-учеником и учеником-инструктором существует социальное взаимодействие (Pinheiro, 2016). Однако из-за того, что слишком много данных в этих LMS плохо структурировано, сегодняшняя образовательная среда не может адекватно удовлетворить потребности процессов обучения и преподавания (Шимич, Гашевич и Деведжич, 2004; Шабани и Эшагян, 2014). Эти недостатки LMS начали устраняться с помощью LMS третьего поколения (LMS 3.0). В настоящее время системы на основе Learning Management System 3.0 (LMS 3.0) занимают свое место в качестве среды электронного обучения. Системы LMS 3.0 интенсивно используют аналитику обучения и машинное обучение. Аналитика обучения обеспечивает решающую силу для улучшения успеваемости учащихся и повышения эффективности обучения (Dyckhoff et al., 2012). Кроме того, аналитика обучения может обеспечить лучшую обратную связь о процессе обучения. (Клоос и др., 2013). Хотя аналитика обучения является одной из важнейших проблем последнего периода, она все еще остается незрелой областью. В литературе имеется много исследований по аналитике обучения (Ali et al., 2012; Lonn, Aguilar, & Teasley, 2015; Choi et al., 2018). Но аналитика обучения еще не могла ассоциироваться с теориями обучения и дизайном обучения (Шахин, 2018). Одна из проблем, связанных с LMS 3.0 и аналитикой обучения, заключается в том, что концепция механизма вмешательства не полностью смоделирована. При изучении исследований о вмешательстве в литературе отмечается, что они имеют 100-летнюю историю и направлены на повышение производительности (Kluger & DeNisi, 19).96). Вмешательства осуществляются посредством обратной связи. Нарцисс и др. (2004) подчеркивают, что обратная связь является важным фактором в содействии эффективному обучению во всех типах компьютерных учебных сред.

  Принимая во внимание, что для разработки LMS 3.0 необходимо смоделировать и разработать механизмы вмешательства. Сигнал курса (Arnold & Pistilli, 2012), E ² Coach (электронный и экспертный тренер) (Mckay, Miller, & Tritz, 2012) и iMoodle (интеллектуальный Moodle, основанный на аналитике обучения) (Tlili et al., 2018) исследований могут быть представлены в качестве примера интервенционных исследований, которые были разработаны. Одной из основных причин этого является тот факт, что концепция вмешательства является психообразовательной структурой, и эта структура еще не может быть связана с аналитикой обучения (Wu et al., 2015; Şahin, 2018). В этом исследовании для заполнения этого пробела была разработана интеллектуальная система вмешательства (In ² S). В рамках данного исследования;

  1. (a)

     В ² введена система S и ее компоненты.

     1. (i)

        учебное вмешательство.

     2. (ii)

        поддерживающее вмешательство.

     3. (iii)

        мотивационное вмешательство.

  2. (b)

     затем система оценивается на основе мнений учащихся.

  В рамках этого исследования, во-первых, обсуждаются интеллектуальный анализ образовательных данных и аналитика обучения, концепция вмешательства, системы вмешательства, основанные на аналитике обучения. Затем в ² Представлены система и компоненты S. Наконец, система была проверена пользователями в режиме реального времени, и представлены мнения пользователей о In ² S.

  Образовательный сбор данных и аналитика обучения

  Среда обучения находится под влиянием многих событий прошлого и настоящего. Одна из них – обучающие технологии. В педагогических технологиях произошли изменения как в определении, так и в содержании. Определение учебной технологии AECT (2008) «исследование и этическая практика облегчения обучения и повышения производительности путем создания, использования и управления соответствующими технологическими процессами и ресурсами». В этом контексте видно, что аналитика обучения будет играть важную роль в облегчении обучения и повышении успеваемости учащихся. Потому что конечной целью аналитики обучения является улучшение процесса обучения и преподавания (Элиас, 2011). Аналитика обучения использует различные источники данных, в том числе данные о взаимодействии в онлайн-средах обучения, для повышения эффективности и улучшения среды обучения. Целью использования данных о взаимодействии является улучшение понимания среды обучения и улучшение опыта учащихся (Pardo & Dawson, 2016). Существует множество типов данных, которые можно записывать и использовать в онлайн-средах обучения. Эти типы данных представлены Целепи (2014) следующим образом:

  • Данные о взаимодействии (от учащегося и инструктора).

  • Онлайн-дискуссия (от учащегося и инструктора).

  • Варианты дизайна и инструменты для обучения, представленные учащимся (от инструктора).

  • Использование существующих LMS (от учащегося и инструктора).

  В среде онлайн-обучения также можно собирать данные самоотчетов учащихся. Сбор и анализ всех этих данных способствует улучшению среды обучения путем создания определенных вмешательств в среду обучения. Образовательные методы интеллектуального анализа данных используются для внесения улучшений на основе этих данных, полученных из учебных сред. Образовательный интеллектуальный анализ данных определяется как разработка методов выявления значимых структур и скрытых закономерностей из данных, полученных из образовательной среды, и их использования в соответствии с целью этих методов (Baker & Siemens, 2014). Образовательный интеллектуальный анализ данных используется для изучения и определения модели взаимодействия учащихся. Затем необходимые улучшения и вмешательства осуществляются путем обучения аналитике. В этом контексте появляются два понятия, которые называются аналитическим и анализирующим. Концепция анализа определяется как процесс определения шаблона, а концепция аналитики определяется как использование этих шаблонов для улучшения среды обучения.

  Аналитика обучения определяется как; сбор, анализ, измерение и представление данных об учащихся и среде обучения, чтобы понять и улучшить среду и процессы обучения (Siemens & Gasevic, 2012). Аналитика обучения дает очень важную возможность улучшить успеваемость учащихся и повысить эффективность учебного процесса (Dyckhoff, Zielke, Bültmann, Chatti, & Schroeder, 2012). Кроме того, аналитика обучения может обеспечить лучшую обратную связь о процессе обучения (Kloos, Pardo, Munoz-Merino, Gutierrez, & Leony, 2013). Проекты среды обучения пересматриваются и улучшаются, и на основе этой обратной связи могут быть разработаны более подходящие среды.

  Основной целью аналитики обучения является улучшение среды обучения и процесса обучения. Благодаря использованию аналитики обучения стало возможным взаимодействовать с учащимися в среде электронного обучения во время обучения и улучшать учебную среду. Конечная цель вмешательств — повысить успеваемость учащихся или улучшить их учебный опыт (Pardo & Dawson, 2016). В среде электронного обучения возможны два типа вмешательства. Один из них вмешивается в систему, а другой должен вмешиваться в человека. Эта структура представлена ​​на рис.  1.

  Рис. 1

  Системы вмешательства на основе аналитики обучения

  Изображение в полный размер

  Как видно на рис. 1; значимые и скрытые шаблоны из больших данных получаются путем интеллектуального анализа образовательных данных, и на основе этих шаблонов могут быть предприняты вмешательства в систему или человека. Можно вмешиваться в систему с помощью адаптивного механизма и вмешиваться в человека с помощью механизмов вмешательства.

  Образовательное вмешательство в онлайн-обучение

  Интеллектуальные системы обучения, адаптивные системы гипермедиа, электронные системы поддержки производительности и системы управления обучением — вот некоторые из систем, которые вмешиваются в людей или системы. Однако интервенция является важной структурой, и ее нельзя считать независимой от теории. Прежде всего, в контексте управления классом вмешательством является изменение порядка учеников или изменение учебного материала. Однако, несмотря на то, что концепция вмешательства разработала несколько моделей для учащихся, нуждающихся в большем вмешательстве в образование (реакция на вмешательство, теория RTI), эта концепция часто используется, особенно в области психологии (в контексте изменения поведения). В этом контексте, чтобы иметь возможность разработать механизм вмешательства на основе аналитики обучения, концепция вмешательства должна быть хорошо изучена и понята.

  В литературе отмечается, что интервенционные исследования имеют 100-летнюю историю и что вмешательства были направлены на повышение производительности (Kluger & DeNisi, 1996). Narciss, Körndle, Riemann, & Müller (2004) подчеркивают, что обратная связь является важным фактором в содействии эффективному обучению во всех типах компьютерных учебных сред. В этом контексте Клюгер и Дениси представили теорию вмешательства с обратной связью (FIT), которая предоставляет знания об успеваемости учащихся в виде обратной связи. Но концепция вмешательства — это не только обратная связь, но и более широкое понятие, включающее в себя упреждающую и подпитку. Таким образом, ограничение концепции вмешательства обратной связью не является точным подходом. Таким образом, можно сказать, что вся обратная связь является вмешательством, но не всякое вмешательство является обратной связью.

  Видно, что в литературе описаны различные виды вмешательства. В литературе даже есть «Теория вмешательства» и «Модели вмешательства». Вмешательство определяется как «взаимодействие с людьми в действующей системе, чтобы помочь им» (Argyris, 1970). Концепция вмешательства для среды электронного обучения была исследована в соответствии с исследовательским контекстом. И обсуждаются типы вмешательства, сделанные Геллером (2005). Таким образом, эти виды вмешательства и их определения ближе к образовательному контексту. Геллер (2005) определяет три типа вмешательства: а) обучающее, б) поддерживающее и в) мотивационное вмешательство. Механизм вмешательства, разработанный в рамках данного исследования, включает обучающие, поддерживающие и мотивационные типы вмешательства. Информация об этих типах вмешательств представлена ​​в таблице 1.

  Таблица 1 Типы вмешательства и их определение (Geller, 2005)

  Полная таблица

  Эти концепции и компоненты обсуждаются в поведенческой психологии Геллером. В сфере образования концепция вмешательства не рассматривалась как структура для руководства образовательными проектами. Таким образом, в этом исследовании размеры вмешательства указаны так, как показано в таблице 1. И концепции вмешательства были перенесены и разработаны для среды онлайн-обучения.

  Как видно из литературы, в образовательном контексте часто проводятся учебные вмешательства. Учебное вмешательство; используйте оценочные задания в качестве активатора и это делается после оценочных заданий. Преимущества вмешательства исследуются в соответствии с результатом следующей оценочной задачи. Поддерживающие и мотивационные вмешательства могут быть структурированы на основе учебного опыта учащихся. Поддерживающее вмешательство — это тип вмешательства, который усиливает правильное поведение учащихся и обеспечивает непрерывность. Мотивационное вмешательство – это вмешательство, направленное на внешнее поощрение учащихся. В рамках этого исследования был спроектирован и разработан механизм вмешательства, который включает учебное вмешательство, основанное на оценочных заданиях, поддерживающие и мотивационные вмешательства, основанные на опыте обучения.

  Механизмы вмешательства на основе аналитики обучения

  С помощью аналитики обучения можно вмешиваться в процесс обучения учащихся в онлайн-среде. Конечной целью вмешательств является повышение успеваемости учащихся или улучшение их учебного опыта (Pardo & Dawson, 2016). При использовании аналитики в качестве вмешательства учитываются формирующие способности учащихся и цели обучения (Lonn, Aguilar, & Teasley, 2015). Если формирующие способности учащихся и цели обучения не принимаются во внимание, эта ситуация, вероятно, негативно повлияет на их успеваемость и вовлеченность. Разработка модели структурированного вмешательства на основе аналитики обучения может улучшить процесс обучения и преподавания учащихся (Wu, Huang, & Zou, 2015). Исследования показали, что эффективные вмешательства оказывают значительное влияние на успеваемость учащихся (Chen, 2011).

  В литературе видно, что исследование моделей вмешательства проводится недостаточно широко (Wu et al., 2015). Замечено, что исследования адаптивного двигателя, которые вмешиваются в систему, выполняются, но исследования механизма вмешательства, которые вмешиваются в человека, очень ограничены. Кроме того, видно, что исследования, связанные с механизмом вмешательства, ограничиваются вмешательством с обратной связью. Разработка модели механизма вмешательства для повышения успеваемости учащихся играет важную роль в продвижении как обучения, так и опыта преподавания, а также в развитии аналитики обучения (Wu et al., 2015). В этом исследовании был спроектирован и разработан механизм вмешательства, основанный на аналитике обучения, чтобы улучшить результаты обучения учащихся. Механизм вмешательства включает в себя прямую связь в дополнение к обратной связи.

  Интеллектуальная система вмешательства (In

  ² S)

  Аналитика обучения также предлагает исследователям возможность разработать интеллектуальную LMS. Из-за того, что многие данные в LMS неструктурированы, LMS не могут соответствовать сегодняшним требованиям в сфере образования (Simić, Gašević, & Devedžic, 2004; Shabani & Eshaghian, 2014). Для удовлетворения этих требований были разработаны интеллектуальные системы управления обучением (ILMS). LMS; хранение контента, представление контента учащимся, создание оценочных заданий, выставление оценок и документирование учащихся; ILMS — это программное обеспечение, которое собирает всю информацию об учащихся из журнала и использует ее для следующего шага (Parthasarathy, Ananthasayanam, & Ravi, 2011). ILMS отслеживают учебную деятельность, составляют отчеты, рекомендуют и т. д. и могут сократить время, затрачиваемое на обучение (Fardinpour, Pedram, & Burkle, 2014).

  В рамках данного исследования; система вмешательства была разработана как дополнение к Moodle LMS. Разработанная среда электронного обучения также является примером ILMS, которая является LMS третьего поколения. Потому что в этой системе учащимся даются индивидуальные ориентации и рекомендации, им сообщаются взаимодействия учащихся и результаты, связанные с задачами оценки, и учащимся предлагается взаимодействовать с системой. Механизм вмешательства включает обучающие, поддерживающие и мотивационные компоненты вмешательства. Положение этих компонентов вмешательства в среде электронного обучения представлено на рис. 2а и б.

  Рис. 2

  ( a ) Положение типов вмешательства в среде электронного обучения. ( b ) Снимок экрана о типах вмешательства в среде электронного обучения

  Изображение полного размера

  В Moodle LMS имеется большое количество данных о взаимодействии учащихся в неструктурированной форме. В этом исследовании было выбрано 11 показателей о данных взаимодействия учащихся. Для этой цели были использованы алгоритмы выбора признаков, которые используются на этапе предварительной обработки в интеллектуальном анализе образовательных данных. Выбранные 11 показателей и их темы представлены в таблице 2.

  Таблица 2 Метрики, используемые в системе в качестве данных взаимодействия

  Полноразмерная таблица

  Как видно из Таблицы 2; есть три примера показателей для темы взаимодействия LC, L-A и L-L, а также два примера показателя для темы взаимодействия L-I. После того, как даны метрики, которые использовались в качестве данных взаимодействия, представлены компоненты типов вмешательства.

  Компоненты учебного вмешательства

  Учебное вмешательство построено на основе оценочных заданий учащихся. Результаты оценочного задания обучающихся рассчитывались с использованием индекса осторожности, разработанного Сато (19).80), который является успешным диагностическим инструментом, и учащиеся были разделены на категории в соответствии с их успеваемостью. SATO — это индекс предостережения, цель которого — предоставить учащимся и преподавателю обратную связь о процессе обучения после оценочных заданий (Acar, 2006). Индекс осторожности SATO классифицирует учащихся по шести различным уровням, таким как A, A’, B, B’, C и C’. Учащиеся были классифицированы в соответствии с результатами оценочных заданий, и классы учащихся были представлены сигнальными огнями. В этом контексте, как учебное вмешательство; красные, желтые и зеленые сигнальные огни, представленные учащимся для каждого оценочного задания. Если сигнальная лампочка горит красным, учащимся также предоставляется условная обратная связь о неполноценных темах. В дополнение к этому учащимся предоставляется текстовая обратная связь. Примеры обучающего вмешательства представлены на рис. 3.

  Рис. 3

  Примеры обучающего вмешательства

  Полноразмерное изображение

  Как показано на рис. 3, в зависимости от результатов оценки учащегося предоставляется различная обратная связь как в текстовом, так и в визуальном виде. Система предоставляет учащимся обратную связь по каждому заданию оценивания. В дополнение к этому учащимся, которые не выполнили свои оценочные задания, отправляются напоминания по электронной почте и SMS.

  Компоненты поддерживающего вмешательства

  Поддерживающее вмешательство структурировано на основе опыта учащихся, и результаты представляются учащимся через информационную панель. Темы взаимодействия представлены учащимся в виде пяти тем: «Содержание учащегося» (LC), «Оценка учащегося» (LA), «Обсуждение учащегося» (L-D), «Учащийся-инструктор» (L-I) и «Учащийся в целом» (LO). Скриншот этих тем представлен на рис. 4.

  Рис. 4

  Скриншот поддерживающего вмешательства

  Изображение в полный размер

  В качестве поддерживающего вмешательства учащимся были представлены различные данные о взаимодействии. Это:

  • Индивидуальная эффективность взаимодействия (1),

  • Сравните их эффективность взаимодействия с группой (2),

  • Прогноз статуса достижения (3)

  Наивный байесовский анализ данных Методы были использованы для прогнозирования достижений учащихся.

  Компоненты мотивационного вмешательства

  Поддерживающее вмешательство построено на основе опыта учащихся. В контексте мотивационного вмешательства использовались элементы геймификации. Таблица лидеров была создана путем получения точки взаимодействия от взаимодействия студентов. Чтобы получить единую оценку взаимодействия, был использован анализ отношений серого, который является одним из многокритериальных алгоритмов принятия решений. Также учащимся были вручены еженедельные бейджи. Кроме того, студентам, не входившим в систему в течение определенного периода времени, рассылались различные уведомления посредством SMS и электронной почты. Примеры мотивационного вмешательства представлены на рис. 5.

  Рис. 5

  Примеры мотивационного вмешательства

  Изображение в полный размер

  Как показано на рис. 5, эти еженедельные значки представляются учащимся;

  • Наибольшее взаимодействие с содержанием,

  • Высокий рейтинг по оценке

  • Большинство взаимодействий с средами для обсуждения

  • Большая часть взаимодействия с инструктором

  • Большинство взаимодействий с обучающими средами (в целом)

  • . Большая часть взаимодействия с обучающими средами)

  • .0008

  Кроме того, создается таблица лидеров, которая представляется 10 лучшим учащимся в соответствии с их взаимодействием со средой электронного обучения. Кроме того, система отправляла уведомления по электронной почте и SMS учащимся, которые не входили в среду электронного обучения в течение определенного периода времени.

  Среда обучения

  В онлайн-среде обучения существует четыре типа взаимодействия. Это LC, L-A, L-L и L-I. И учащиеся взаимодействовали с этими темами взаимодействия. Подробная информация об этих типах взаимодействий приведена ниже.

  • Текст, SCORM-пакеты и видеоматериал (Взаимодействие L-C)

  • Оценочные задания после модуля и модульного теста (Взаимодействие L-A)

  • В темах обсуждения (Взаимодействие L-L)

    0
    0

    0 L-I Interaction)

  Кроме того, учащиеся взаимодействовали с приборной панелью и вмешательствами, представленными системой. Однако данные о взаимодействии этих вмешательств и приборной панели не включены в это исследование. Виды вмешательства и их компоненты представлены в таблице 3.

  Таблица 3 Типы вмешательства и их компоненты

  Полноразмерная таблица

  Для обучающего вмешательства использовался сигнал светофора (вдохновленный Университетом Пердью). А также учащимся были представлены некоторые текстовые отзывы и отзывы по теме. В качестве поддерживающего вмешательства; сравнение с группой, индивидуальная эффективность взаимодействия и прогноз статуса достижений были представлены учащимся через панель инструментов. И в контексте мотивационного вмешательства; учащимся были представлены таблица лидеров, значки и уведомления.

  Сбор данных

  Учащиеся в течение девяти недель обучались в среде электронного обучения. Затем восемь студентов, которые использовали систему наиболее активно, и восемь студентов, которые использовали систему наиболее пассивно, были отобраны для интервью в фокус-группах с целью оценки системы. Интервью с фокус-группами проводились в виде четырех разных интервью с четырьмя студентами в каждой группе. Интервью в фокус-группах проводились с использованием формы полуструктурированного интервью, разработанной исследователями. Описательная информация об учащихся, участвовавших в интервью в фокус-группах, представлена ​​в таблице 4.

  Таблица 4 Описательная информация об учащихся, принимавших участие в фокус-групповом интервью

  Полная таблица

  Как видно из Таблицы 4, фокус-групповые интервью были проведены с 16 учащимися. Для оценки системы вместо опроса всех учащихся были выбраны учащиеся с высоким и низким уровнем взаимодействия. В качестве типа выборки использовалась выборка экстремальных или девиантных случаев. Экстремальный или девиантный случай включает больше информации о ситуации (Creswell & Poth, 2018), поэтому этот тип выборки лучше подходит для целей настоящего исследования. Девять учащихся, участвовавших в фокус-групповом интервью, были мужчинами, а семь — женщинами. Уровень взаимодействия определялся на основе оценки взаимодействия учащихся. Оценки взаимодействия были получены из данных журнала. Учащиеся низкого уровня указывают на то, что учащийся взаимодействовал с системой на низком уровне. Учащиеся высокого уровня противоположны низкому уровню. Данные, полученные в ходе интервью, были проанализированы с помощью контент-анализа для оценки среды электронного обучения. Выводы подробно представлены в теме выводов.

  Тематическое исследование

  Это исследование разработано как тематическое исследование. Тематическое исследование — это метод исследования, который подробно изучает реальную ситуацию или систему (Creswell & Poth, 2018). Чтобы узнать мнение учащегося о In ² S, учащимся была представлена ​​среда обучения, и среда обучения была оценена в соответствии с их мнением. В этом исследовании использовался целостный дизайн одного случая (Yin, 2017). Потому что в этом исследовании был полностью изучен только один случай. В следующем разделе представлена ​​информация об участниках, среде электронного обучения, сборе данных и результатах.

  Участники

  79 учащихся зарегистрировались в среде электронного обучения и обучались в течение девяти недель. Эти учащиеся были зачислены на курс «Компьютерные сети и связь» в весеннем семестре 2017–2018 учебного года. 46% ( n  = 36) учащихся были женщинами, а 54% ( n  = 43) учащихся были мужчинами. Участники имели предыдущий опыт электронного обучения. Участники были зачислены в Департамент компьютерного образования и учебных технологий. Исследование было одобрено Советом по этической экспертизе, и участники подписали информированное согласие на исследование до участия. .

  Анализ данных

  В качестве анализа данных использовался контент-анализ. Контент-анализ позволяет исследователю обнаружить контент в источнике коммуникации (Neuman, 2007). Контент-анализ проводится для объединения связанных тем друг с другом (Weber, 1990). В этом исследовании связанные утверждения были сгруппированы и созданы темы. Для этого были предприняты следующие шаги:

  • Кодирование,

  • Определение темы,

  • Подготовка тем и кодов,

  • Интерпретация заключений.

  Выводы

  В этом разделе представлена ​​описательная информация о взаимодействии системы и результаты контент-анализа. Перед мнением учащихся о системе были представлены данные журнала об использовании системы. В среде электронного обучения учащиеся могут взаимодействовать по четырем различным темам: учащийся-содержание, оценка учащегося-учащегося, учащийся-учащийся и учащийся-инструктор. Система регистрирует одиннадцать различных показателей для четырех различных типов взаимодействия учащихся. Средние, максимальные и минимальные значения этих показателей представлены в таблице 5.

  Таблица 5 Описательная информация о взаимодействии системы

  Полноразмерная таблица

  Во-первых, описательная информация о взаимодействии системы представлена ​​в Таблице 5.

  Как видно из Таблицы 5, учащиеся посетили страницы контента в среднем 1520 раз. Наименее посещаемый учащийся взаимодействовал со страницей контента 19 раз, а самый посещаемый учащийся взаимодействовал со страницей контента 26173 раза. Другой показатель — общее время, проведенное учащимися в содержании. Общее время, проведенное учащимися в содержании, в среднем составило 96 522 с. Наименьшее общее время, проведенное в контенте, составило 369 сек. Максимальное общее время, проведенное в контенте, составило 747 922 с. В дополнение к этому в таблице 5 представлены другие значения тем и показателей. Как видно из таблицы 5, взаимодействие с контентом соответствует первому порядку, как и ожидалось. Это означает, что учащиеся больше всего взаимодействуют с темой контента для учащихся. Взаимодействие L-L относится ко второму порядку, взаимодействие LA — к третьему порядку, а взаимодействие LI — к последнему порядку. Некоторые учащиеся не предпочитали взаимодействовать с оценщиком, другими учащимися и преподавателем. После этой описательной информации результаты контент-анализа представлены ниже.

  Результаты представлены соответственно как; (а) эффективность системы, (б) результаты учебных вмешательств, (в) результаты поддерживающих вмешательств и (г) результаты мотивационных вмешательств. Первым выводом, который необходимо представить, является эффективность системы. В этом контексте учащиеся, которые взаимодействовали как на низком, так и на высоком уровне, заявили, что система была эффективной, а вмешательства были полезными. Вот некоторые мнения учащихся о системе:

  P1: «…когда я вижу графики, таблицы, схемы и увеличения, я хочу больше взаимодействовать с системой и хочу больше учиться…»

  K5: «…Нормально когда мы входим в среду Moodle, нам просто становится скучно. Но когда дело доходит до этих показателей, мы становимся все более и более эффективными, когда система следует…»

  P10: «…Если вы не выполняете свои задания в школе, вы будете наказаны, если вы это на сайте, вы возьмете награду. Я собираюсь пройти курс для прерывания учебы в школе, но я вхожу в систему для обучения…»

  Учебные вмешательства были построены таким образом, чтобы показать слабые и сильные стороны учащихся после оценочных заданий, направить их к предметам, которых им не хватает, и получить более эффективный опыт обучения. В этом контексте в качестве обучающего вмешательства учащимся представляются красные, желтые и зеленые сигнальные огни для каждой оценочной задачи. Если сигнальная лампочка горит красным, учащимся также предоставляется условная обратная связь о неполноценных темах. В дополнение к этому учащимся предоставляется текстовая обратная связь. Учащиеся подчеркнули, что сигнальные огни являются наиболее примечательным компонентом; они поощряют их и полезны для них.

  P8: … Мне они нравятся, я видел их при входе в систему, было полезно отправить меня прямо в тему. Просто потому, что меня беспокоили эти красные огни, я перешел от этой связи к теме и провел оценку. Просто потому, что меня смущают эти красные огни. Вхожу с просьбой исправить…

  Учащиеся сказали, что было бы полезно получать уведомления об оценочных заданиях и заданиях. Было замечено, что такие уведомления необходимы учащимся, которые склонны откладывать поведение.

  P10: «…Напоминания были хороши. Вы не делали оценку, понимаете, делаете на совесть. Это хорошо для меня…»

  Другой вид вмешательства – поддерживающее вмешательство. Поддерживающее вмешательство было сделано для того, чтобы позволить учащимся продолжать свою деятельность таким образом, представляя данные взаимодействия для процессов обучения и наблюдая за своей собственной работой в соответствии с группой. Информация об их опыте обучения представлена ​​учащимся через информационную панель. Учащиеся заявили, что поддерживающее вмешательство улучшило их навыки саморегуляции и планирования.

  P8: «…Мое ежедневное взаимодействие было эффективным в моей самооценке того, как много я учился. Я подумал, что должен увеличить счет дня, когда увидел, что пропускаю эту группу…»

  Некоторые из учащихся заявили, что их индивидуальные ежедневные действия были более эффективными и регулировались в соответствии с этим графиком. А некоторые другие заявили, что график, сравнение которого с группой, был более эффективным.

  P1: «…Хорошо, мы внизу или наверху? Если я на вершине, это мотивирует меня; если я на дне, это разрешает меня. ..»

  P8: «…Моя любимая часть системы, потому что сторонники часть меня, чтобы увидеть себя. Кроме того, в системе есть что-то особенное, и вы можете увидеть это по группе, а можете увидеть это по отдельности. Я хочу войти в эту систему благодаря промоутерам…»

  В дополнение к графикам, показывающим их статус в зависимости от личности и группы, учащимся был представлен прогноз статуса достижений. Для этого использовались машинное обучение и интеллектуальный анализ данных. Этот прогноз является одним из факторов, повышающих взаимодействие учащихся с системой.

  P13: «…В первые недели была фраза, что ты провалишься, это сделало меня честолюбивым. Я попытался изменить его на зеленый. После того, как он вернулся к зеленому, вы продолжаете в том же духе… ».

  P10: «…Когда они вошли в систему, было очень приятно увидеть, как она увеличилась. Иногда я просто заходил в систему, чтобы увеличить свой график…»

  Мотивационное вмешательство, включенное в систему для внешнего поощрения. Таблица лидеров, значки и уведомления использовались в системе как компоненты мотивационного воздействия. Учащиеся заявили, что таблица лидеров и значки в системе повысили конкуренцию и мотивировали их.

  P10: «…Таблица лидеров была моим самым мотивированным ресурсом. Однажды я попал в таблицу лидеров… потому что мне нравится соревноваться. После того, как я увидел, что я попал в таблицу лидеров, я стал работать лучше…»

  P12: «…Значок, конечно, чтобы вы поднялись наверх. Я хотел бы увидеть свой рейтинг. Полезно человеку познать себя…»

  Можно сделать вывод, что авторизованные в системе учащиеся заявили, что система полезна и эффективна. Они хотят видеть информацию о своем взаимодействии в таких системах с графиками и визуальными эффектами, и это положительно сказалось на процессах обучения.

  В дополнение к этим положительным выводам, есть и отрицательные выводы о системе. Во-первых, учащиеся заявили, что текстовая обратная связь не привлекает особого внимания по сравнению с визуальной. А также количество значков было недостаточным. Так, учащиеся заявили, что количество бейджей в системе должно быть увеличено. Учащиеся заявили, что им нужен модератор/инструктор в среде электронного обучения.

  P8: «…Меня больше впечатляет мигающий свет, чем эти текстовые сообщения…».

  P10: «… Хорошо иметь модератора, хочется чтобы он был в обсуждениях. Хорошо иметь учителя в обсуждениях…»

  P9: «… Я думаю, значки можно было бы улучшить или что-то хорошее. Добавляйте разные значки… ».

  Результаты и обсуждение

  В рамках данного исследования были представлены компоненты механизма вмешательства, основанного на аналитике обучения, и система оценивается на основе мнений учащихся. Механизм вмешательства включает обучающие, поддерживающие и мотивационные компоненты вмешательства. Учебное вмешательство разработано на основе оценочных заданий учащихся. Поддерживающие и обучающие вмешательства структурированы на основе учебного опыта учащихся. Учащиеся с помощью вмешательств: (а) могут отслеживать индивидуальную успеваемость, (б) сравнивать себя с группами, (в) определять недостающие темы, (г) отслеживать индивидуальные прогнозы достижений и (д) получать информацию об индивидуальном процессе обучения. Образовательные вмешательства положительно влияют на эффективность обучения (Choi et al., 2018), кроме того, очень важны системы, которые выявляют отсевающих учащихся на раннем этапе и вмешиваются (Casy & Azcona, 2017). Кроме того, с помощью аналитики обучения можно выявить выбывших учащихся и принять меры на основе этих шаблонов. В этом исследовании механизм вмешательства был разработан на основе аналитики обучения. В ² S может быть показан в качестве эталонной модели для механизма вмешательства на основе аналитики обучения. В контексте данного исследования система оценивалась на основе мнений учащихся. Было замечено, что учащиеся, которые используют механизм вмешательства, сказали, что система полезна, и хотят использовать ее в контексте других курсов. В литературе было обнаружено, что системы, разработанные на основе аналитики обучения, были полезными, пригодными для использования, уровень удовлетворенности был высоким, и студенты хотели использовать такие системы для других курсов (Arnold & Pistilli, 2012; Ali, Hatala, Gasavic, & Jovanovic). , 2012; Govaerts, Duval, Verbert, & Pardo, 2012; Hu, Lo, & Shih, 2014; Park and Jo, 2015).

  Ма, Хань, Ян и Ченг (2015) отметили, что руководство и помощь инструкторов в оказании помощи студентам оказали значительное влияние на выполнение студентами учебных задач. В этом контексте учебное вмешательство было построено на основе оценочных заданий учащихся. Было обнаружено, что сигнальные огни, указывающие на сильные и слабые стороны учащихся, были эффективны для учащихся, и учащиеся прилагали усилия, чтобы сменить красный цвет на зеленый. Точно так же Арнольд и Пистилли (2012) обнаружили, что сигнальные огни положительно влияют на мотивацию учащихся. Они подчеркнули, что условная обратная связь по теме является одним из положительных аспектов системы. Кроме того, было указано, что уведомления по электронной почте и SMS, связанные с задачами оценки, были полезными.

  Необходимо разработать системы, которые могут прогнозировать достижения учащихся и выявлять учащихся из группы риска (Siemens, 2013; Casey & Azcona, 2017). Одним из компонентов поддерживающего вмешательства, представленных учащимся в рамках данного исследования, является прогнозирование статуса их достижений на основе их взаимодействия. Учащиеся, которые используют систему, также заявили, что график, предсказывающий достижение, эффективен и что они усердно работают в зеленой зоне. Можно сказать, что поддерживающее вмешательство эффективно. Точно так же Ху, Ло и Ши (2014) разработали систему, которая прогнозировала успеваемость учащихся, и обнаружили, что эта система оказалась успешной.

  Обеспечение учебного климата, поддерживающего их автономию, важно для навыков саморегуляции учащихся (Ng, Liu & Wang, 2015). Дизайн, основанный на аналитике обучения, развивает у учащихся навыки саморегуляции (Lu, Huang, Huang & Yang, 2017). В этом контексте учащиеся, которые используют систему, заявили, что поддерживающие вмешательства положительно влияют на навыки саморегуляции. Кроме того, системы должны поощрять учащихся к наблюдению и размышлениям, чтобы поддерживать автономию учащихся (Ribbe & Bezenilla, 2013). С этой точки зрения система представила индивидуальное взаимодействие учащихся и сравнение с группой. А учащиеся имели возможность поразмышлять. В дополнение к этому учащиеся увидели свои недостатки с помощью поддерживающих вмешательств и продолжили взаимодействие, определив для себя отправную точку. Основываясь на всех этих выводах, можно сказать, что поддерживающее вмешательство поддерживает автономию учащихся и положительно влияет на навыки саморегуляции.

  Согласно выводам, полученным в результате интервью с учащимися, они заявили, что доска лидеров является для них самым большим источником мотивации. Они также заявили, что значки повысили их мотивацию, но количество значков следует увеличить. В дополнение к таблице лидеров и значкам они также указали, что электронные письма и SMS, интегрированные в систему, взволновали их и что они довольны приходом этих уведомлений.

  Рекомендации

  В настоящее время данные могут быть получены из различных источников (база данных, хранилище данных, датчики). Однако эти данные имеют неструктурированный вид. Благодаря интеллектуальному анализу образовательных данных и аналитике обучения в этих данных можно определить закономерности, и на основе этих закономерностей могут быть разработаны меры. Процесс обучения аналитике является циклическим и формирующим процессом. Результат исследования представляет собой вход другого исследования. Следовательно, необходимо определить модели учащихся, а затем разработать системы, которые могут вмешиваться на основе этих моделей. В дополнение к данным о взаимодействии учащихся можно определить последовательные модели и на их основе структурировать вмешательства.

  Индивидуализация процессов обучения учащихся играет важную роль в будущем аналитики обучения (Siemens, 2013). В системы, разработанные на основе аналитики обучения, рекомендуется добавлять такие функции, как обнаружение плагиата, когнитивная поддержка, обучение стратегии и настраиваемые пути обучения. Кроме того, видно, что связь между аналитикой обучения и теорией обучения недостаточно установлена. Должна быть установлена ​​связь между аналитикой обучения и теориями обучения, и проекты должны быть сделаны на основе этой модели или моделей.

  Ограничения

  Механизм вмешательства, разработанный в рамках данного исследования, ограничен тремя типами вмешательства, называемыми обучающими, поддерживающими и мотивационными. Кроме того, разработанный интервенционный движок можно использовать в качестве плагина для Moodle LMS. Кроме того, In ² S использовали только 79 учащихся, а система оценивалась на основе мнений 16 учащихся. Одним из ограничений исследования является его применение в небольших масштабах. Более того, оценка системы производится на основе единого источника сбора данных. Чтобы проверить эффективность таких систем, их применение к большей группе учащихся и сбор данных из нескольких разных источников дадут более эффективные результаты.

  Доступность данных и материалов

  У авторов нет этического разрешения на предоставление необработанных данных о студентах или инструмента для кого-либо за пределами организации, в которой проводился эксперимент.

  Ссылки

  • Акар, Т. (2006). Sato uyarı indexleri ile madde ve başarı analizleri . Получено 09 апреля 2018 г. с http://www.parantezegitim.net/hakkimizda/Sato-TulinACAR.pdf.

  • АЭСТ. (2008). Определение. В А. Янушевский и М. Моленда (ред.), Образовательные технологии: определение с комментариями (стр. 1–14). Нью-Йорк: Lawrence Erlbaum Associates.

    Google ученый

  • Али Л., Хатала М., Гасавич Д. и Йованович Дж. (2012). Качественная оценка эволюции инструмента аналитики обучения. Компьютеры и образование, 58 , 470–489.

    Артикул Google ученый

  • Аргирис, К. (1970). Теория и метод вмешательства: взгляд на науку о поведении . Эддисон Уэсли: Рединг, Массачусетс.

    Google ученый

  • Арнольд, К. Э., и Пистилли, М. Д. (2012). Сигналы курса в Purdue: использование аналитики обучения для повышения успеваемости учащихся. В Материалы 2-й международной конференции по аналитике обучения и знаниям (стр. 267–270). АКМ.

  • Бейкер Р. и Сименс Г. (2014). Образовательный анализ данных и аналитика обучения . В К. Сойере (ред.), Кембриджский справочник по наукам об обучении (2-е изд., стр. 253–274).

    Глава Google ученый

  • Браун, М., Дехони, Дж., и Милличап, Н. (2015). Цифровая среда обучения нового поколения. Отчет об исследовании (статья ELI). Луисвилл, Колорадо: Educause, апрель.

  • Кейси, К., и Аскона, Д. (2017). Использование шаблонов активности учащихся для прогнозирования успеваемости. Международный журнал образовательных технологий в высшем образовании, 14 (1), 4.

    Статья Google ученый

  • Чен, Л. Х. (2011). Повышение успеваемости учащихся с помощью персонализированной системы диагностики и коррекционного обучения. Компьютеры и образование, 56 (1), 289–299.

    Артикул Google ученый

  • Чой, С.П., Лам, С.С., Ли, К.С., и Вонг, Б.Т. (2018). Недорогая аналитика обучения: прогнозирование учащихся из групп риска с помощью данных кликеров и систематических упреждающих вмешательств. Журнал образовательных технологий и общества, 21 (2), 273–290.

    Google ученый

  • Кресуэлл, Дж. В., и Пот, К. Н. (2018). Качественный запрос и метод исследования: выбор из пяти подходов (2-е изд.). Тысяча дубов, Калифорния: Sage.

    Google ученый

  • Dyckhoff, A.L., Zielke, D., Bültmann, M., Chatti, M.A., & Schroeder, U. (2012). Разработка и внедрение инструментария образовательной аналитики для учителей. Образовательные технологии и общество, 15 (3), 58–76 стр.

    Google ученый

  • Элиас, Т. (2011). Аналитика обучения: определения, процесс и возможности . http://learninganalytics.net/LearningAnalyticsDefinitionsProcessesPotential.pdf

  • Фардинпур, А., Педрам, М.М., и Беркл, М. (2014). Интеллектуальные системы управления обучением: определение, особенности и измерение интеллекта. Международный журнал технологий дистанционного образования (IJDET), 12 (4), 19–31.

    Артикул Google ученый

  • Фиаиди, Дж. (2014). Следующий шаг в изучении аналитики. ИТ-специалист, 16 (5), 4–8.

    Артикул Google ученый

  • Геллер, Э. С. (2005). Безопасность на основе поведения и управление профессиональными рисками. Модификация поведения, 29 (3), 539–561.

    Артикул Google ученый

  • Говертс, С. , Дюваль, Э., Верберт, К., и Пардо, А. (2012). Измеритель активности учащихся для осознания и саморефлексии. ОМС 2012 . Остин, Техас: ACM.

    Google ученый

  • Ху, Ю., Ло, К., и Ши, С. (2014). Разработка систем раннего предупреждения для прогнозирования успеваемости учащихся в онлайн-обучении. Компьютеры в человеческом поведении, 36 , 469–478.

    Артикул Google ученый

  • Клоос, К.Д., Пардо, А., Муньос-Мерино, П.Дж., Гутьеррес, И., Леони, Д. (2013). Аналитика обучения @ UC3M. В 2013 г. глобальная конференция IEEE по инженерному образованию (EDUCON) , Берлин, Германия.

  • Клюгер, А. Н., и ДеНиси, А. (1996). Влияние вмешательств с обратной связью на производительность: исторический обзор, метаанализ и предварительная теория вмешательства с обратной связью. Психологический бюллетень, 119 (2), 254–284.

    Артикул Google ученый

  • Лонн, С. , Агилар, С.Дж., и Тизли, С.Д. (2015). Изучение мотивации учащихся в контексте вмешательства в области аналитики обучения во время программы летнего моста. Компьютеры в поведении человека, 47 , 90–97.

    Артикул Google ученый

  • Лу, О. Х., Хуанг, Дж. К., Хуанг, А. Ю., и Ян, С. Дж. (2017). Применение аналитики обучения для улучшения вовлеченности студентов и результатов обучения в рамках курса совместного программирования с поддержкой МООК. Interactive Learning Environments, 25 (2), 220–234.

    Артикул Google ученый

  • Ма, Дж., Хань, X., Ян, Дж., и Ченг, Дж. (2015). Изучение необходимых условий для участия в онлайн-среде обучения на основе подхода к аналитике обучения: роль преподавателя. Интернет и высшее образование, 24 , 26–34.

    Артикул Google ученый

  • Маккей, Т., Миллер, К. , и Триц, Дж. (2012, апрель). Что делать с оперативным интеллектом: тренер E 2 как двигатель вмешательства. В материалах 2-й Международной конференции по аналитике обучения и знаниям (стр. 88–91) . АКМ.

  • Нарцисс С., Кёрндле Х., Райманн Г. и Мюллер К. (2004). Поиск обратной связи и эффективность обратной связи в онлайн-обучении — как они соотносятся с задачами и характеристиками учащегося. В учебном дизайне для эффективного и приятного компьютерного обучения. Материалы первого совместного собрания EARLI SIG по разработке и обучению и обучению с компьютерами (стр. 377–388).

  • Нойман, Л. В. (2007). Методы социальных исследований, 6/E . Дели: образование Пирсон.

    Google ученый

  • Нг, Б.Л.Л., Лю, В.К., и Ван, Дж.К. (2015). Предварительное изучение взглядов учителей и учащихся на поддерживающее автономию учебное поведение. Качественные исследования в образовании, 4 (2), 192–221 стр.

    Артикул Google ученый

  • Пардо, А., и Доусон, С. (2016). Измерение и визуализация обучения в информационном классе. В П. Рейманн (ред.), Learning Analytics (стр. 41–55). Великобритания: Рутледж.

    Google ученый

  • Парк, Ю. и Джо, И. Х. (2015). Разработка панели аналитики обучения для поддержки успеваемости учащихся. Journal of Universal Computer Science, 21 (1), 110–133.

    Google ученый

  • Партасарати М., Анантасаянам Р. и Рави Р. (2011). Интеллектуальная система управления обучением: концептуальная основа. Исследовательский журнал Indian Streams, 1 (5). ISSN:-2230-7850.

  • Перакович Д., Ременар В. и Йовович И. (2011 г., январь). LMS 2.0: Электронное обучение следующего поколения. Третий Международный научный конгресс по информационным технологиям для электронного обучения – ITeO 2011. 908:00

  • Пинейро, М. М. (ред.). (2016). Справочник по исследованиям по привлечению цифровых аборигенов в высшие учебные заведения . Херши, Пенсильвания: IGI Global.

    Google ученый

  • Риббе, Э., и Безенилла, М.Дж. (2013). Развитие автономии учащихся в онлайн-курсах университета. Обзор цифрового образования, 24 , 98–113.

    Google ученый

  • Ричардсон, В. (2005). Руководство для преподавателей по сети для чтения/записи. Управление образования, 63 (4), 24.

    Google ученый

  • Рубенс, Н., Каплан, Д., и Окамото, Т. (2012, сентябрь). Электронное обучение 3.0: кто угодно, где угодно, когда угодно и с искусственным интеллектом. В Международной конференции по онлайн-обучению (стр. 171–180). Берлин, Гейдельберг: Springer.

    Google ученый

  • Шахин, М. (2018). Проектирование и разработка механизма вмешательства на основе аналитики обучения для сред электронного обучения (кандидатская диссертация). Университет Хасеттепе, Анкара.

    Google ученый

  • Сато, Т. (1980). График SP и индекс осторожности. Образовательный информационный бюллетень NEC, 80 (1).

  • Шабани З. и Эшагян М. (2014). Использование системы поддержки принятия решений для персонализации систем управления обучением. Американский журнал систем и программного обеспечения, 2 (5), 131–138.

    Google ученый

  • Сименс, Г. (2013). Аналитика обучения: появление дисциплины. American Behavioral Scientist, 57 (10), 1380–1400.

    Артикул Google ученый

  • Сименс, Г., и Гасевич, Д. (2012). Гостевая редакция – обучение и аналитика знаний. Образовательные технологии и общество, 15 908:00 (3), 1–2.

    Google ученый

  • Шимич Г., Гашевич Д. и Деведжич В. (2004). Семантическая сеть и интеллектуальные системы управления обучением. In Семинар по применению семантических веб-технологий для электронного обучения

  • Тлили, А., Эссалми, Ф., Джемни, М., Чанг, М. и Киншук, (2018). iMoodle: интеллектуальный мудл, основанный на аналитике обучения .

  • Целепи, М. (2014). Персонализация аналитики обучения для поддержки совместного обучения и построения сообщества. 14-я международная конференция IEEE по передовым технологиям обучения, 2014 г., Афины, Греция (стр. 771–773).

  • Вебер, Р. П. (1990). Базовый контент-анализ (№ 49) . Беверли-Хиллз, Калифорния: Sage.

    Книга Google ученый

  • Ву, Ф., Хуан, Л., и Цзоу, Р. (2015). Разработка модели и стратегии вмешательства на основе данных о поведении учащихся: перспектива аналитики обучения. Гибридное обучение: инновации в образовательной практике, 9167 , 294–301.

    Google ученый

  • Инь, РК (2017). Тематическое исследование и приложения: дизайн и методы . Тысяча дубов, Калифорния: Sage.

    Google ученый

  Ссылки на скачивание

  Благодарности

  Неприменимо.

  Финансирование

  Эта работа была частично поддержана Координационным центром научно-исследовательских проектов Университета Хаджеттепе под номером проекта SHD-2017-15640.

  Информация об авторе

  Авторы и филиалы

  1. Факультет образования, кафедра компьютерного образования и учебных технологий, Эгейский университет, 35040, Борнова, Измир, Турция

     Мухиттин Шахин

  2. Факультет образования и компьютерных технологий, кафедра образования , Университет Хаджеттепе, 06800, Бейтепе, Анкара, Турция

     Халил Юрдугюль

  Авторы

  1. Мухиттин Шахин

     Посмотреть публикации авторов

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  2. Halil Yurdugül

     Просмотр публикаций автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  Contributions

  MŞ обучался в области аналитики обучения и интеллектуального анализа образовательных данных. Он участвовал во всех этапах этого исследования. HY занимается оценкой, аналитикой обучения, статистикой и интеллектуальным анализом образовательных данных. Он внес свой вклад во весь процесс этого исследования. Оба автора прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

  Автор, ответственный за переписку

  Переписка с Мухиттин Шахин.

  Заявление об этике

  Конкурирующие интересы

  Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

  Дополнительная информация

  Примечание издателя

  Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

  Права и разрешения

  Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что вы предоставите соответствующие указать автора (авторов) и источник, предоставить ссылку на лицензию Creative Commons и указать, были ли внесены изменения.

  Перепечатки и разрешения

  Об этой статье

  Награда за машинное обучение обеспечивает лидерство Argonne в разработке двигателей

  Аргоннские исследователи будут использовать алгоритмы машинного обучения и искусственный интеллект для улучшения моделирования двигателей внутреннего сгорания. Сибенду Сом и его команда сотрудничают с Convergent Science и Parallel Works в рамках этого исследования, которое частично финансируется Министерством энергетики США. (Изображение Shutterstock / yucelyilmaz.)

  С помощью суперкомпьютерных ресурсов исследователи в настоящее время совершенствуют свои модели вычислительной гидродинамики (CFD), чтобы лучше отражать поведение этих двигателей в реальном мире.

  В рамках партнерства между Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE) и двумя компаниями, Convergent Science и Parallel Works, разработчики двигателей начинают использовать алгоритмы машинного обучения и искусственный интеллект для оптимизации своих симуляций. Argonne и две компании недавно получили от Министерства энергетики награду Фонда коммерциализации технологий (TCF) за завершение этого важного проекта.

  По словам руководителя отдела Argonne Multi-physics Computing Сибенду Сом, ключевым преимуществом включения методов машинного обучения в программное обеспечение для моделирования является то, что это сокращает общее время проектирования двигателя с нескольких месяцев до нескольких дней.

  «Мы начинаем с входных параметров в пространстве проектирования, исходя из которых мы пытаемся оптимизировать наш двигатель как с точки зрения топливной экономичности, так и выбросов», — сказал Сом. «Нам нужно знать, когда вы впрыскиваете топливо, сколько топлива вы впрыскиваете, как долго вы впрыскиваете его, а также другие факторы».

  Ранее, сказал Сом, исследователи выполняли трудоемкий вычислительный процесс проектирования двигателя вручную и последовательно. Используя алгоритмы машинного обучения, Сом надеется полностью автоматизировать процесс оптимизации, чтобы модель могла учиться на каждом отдельном прогоне.

  Сибенду Сом и его команда будут использовать аргоннский суперкомпьютер Mira в рамках исследования по моделированию двигателей. (Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией.)

  В прошлом типичные алгоритмы оптимизации могли обрабатывать итерации до восьми вариантов моделирования, выполняемых одновременно на небольшом вычислительном кластере. Однако, используя суперкомпьютер Mira в вычислительном центре Argonne Leadership Computing Facility, пользовательском центре Министерства энергетики США, Сом и его коллеги смогли провести параллельные прогоны тысяч случаев. «В конечном счете, данные, полученные в результате высокоточного моделирования, используются для обучения более быстрых суррогатных моделей на основе машинного обучения», — сказал исследователь из Аргонна Пинаки Пал.

  Как объяснил Сом, после запуска набора случаев модель должна определить условия для инициализации следующего набора случаев. Применение алгоритмов машинного обучения может существенно ускорить этот процесс.

  «Используя алгоритмы машинного обучения таким образом, мы можем значительно ускорить и улучшить моделирование CFD, которое генерирует наше программное обеспечение для моделирования», — сказала Келли Сенекал, владелец и вице-президент Convergent Science.

  Получив награду TCF, Сом и его коллеги планируют внедрить новые алгоритмы машинного обучения в CONVERGE, современную платформу моделирования CFD, широко используемую в автомобильной промышленности. Convergent Science поделится своим кодом с Argonne и Parallel Works, что позволит полностью интегрировать ресурсы и опыт всех трех организаций.

  Со своей стороны, Parallel Works гарантирует, что исследователи смогут использовать различные вычислительные платформы совместимо и даже взаимозаменяемо при создании высокоточных CFD-симуляций. «Есть много случаев, которые подходят для суперкомпьютера, и есть другие случаи, которые лучше подходят для облачных платформ», — сказал основатель и генеральный директор Parallel Works Майкл Уайлд.

  «Не для каждой вычислительной задачи нужен суперкомпьютер, — добавил он, — но возможность масштабирования от облака до суперкомпьютера дает автомобильным компаниям новые способы оптимизации затрат, производительности, воздействия на окружающую среду и энергоэффективности».

  По словам Уайльда, цель машинного обучения — помочь ориентироваться в том, что он назвал «непреодолимо большим пространством проектирования», чтобы найти оптимальный следующий набор условий моделирования. «Каждый раз, когда мы уточняем эти симуляции, мы пытаемся определить тестовые примеры, которые дадут вам лучшее представление о том, как спроектировать ваш двигатель».

  Общая стоимость проекта составляет более 2,2 миллиона долларов, из которых 750 000 долларов США поступают в виде прямого финансирования от Управления технологических переходов Министерства энергетики США на работы, выполненные в Аргонне; остальное — неденежный вклад Convergent Science и Parallel Works.

  Аргоннская национальная лаборатория занимается поиском решений насущных национальных проблем в области науки и техники.