汽油机气道检测试验台的工业设计

张士强，吴 娜，才为国

（唐山学院a.机电工程系；b.专科教育部，河北唐山063000）

汽油机气道检测试验台的工业设计

张士强a，吴 娜a，才为国b

（唐山学院a.机电工程系；b.专科教育部，河北唐山063000）

传统汽油机气道检测试验台缺乏整体感，整个试验台几乎是功能的堆积，无形态设计，大部分结构裸露在外，视觉上松散、杂乱，而且色彩单调。运用工业设计的思想对其进行改造，提高了试验台的人机工程学品质，实践表明效果良好。

气道检测试验台；工业设计；人机工程

0 引言

发动机在工作中的不合理燃烧造成了燃油的过量消耗和大气污染，这对人类环境和健康造成的危害已被人们广泛关注，因此降低发动机的排放及提高燃油耗率已成为世界性的课题。从影响发动机燃烧规律的主要零件之一的气缸盖进排气道着手，许多学者已研制出各种缸盖气道检测试验台，为研究、检测发动机气缸盖的进排气道性能提供了方便可靠的工具。文献［1－4］介绍了几种稳流气道试验台，但是这些产品由于不重视工业设计，无论外观形象还是设计理念均严重滞后于国际潮流，大大削弱了这些产品的市场竞争力。笔者针对这种现象运用工业设计的思想，在基本不改变其功能的前提下，对气道检测试验台进行了改造设计，以尽可能实现产品视觉形态、结构与内在质量的完美统一。

1 传统试验台形态缺陷分析

从图1可以看出试验台各部分组成在形象上缺乏整体感，整个试验台的造型几乎是功能的堆积，各功能单元间缺乏统一的联系。无形态设计，只有缸盖测试平台有部分罩壳，而其他功能单元则没有。不少结构裸露在外，视觉上杂乱、松散。色彩上，整体采用单色或金属本色两种主色。而且由于流量计前后管道较长，大部分采用单色，给人以乏味、单调的感觉。原设计着力体现了功能性，而忽略了它的形态美感，即忽略了人们的心理需求。功能上的先进性未能在形态上体现出来，相反却给人以廉价、复杂、难于控制的印象。

图1 传统气道检测试验台

2 气道试验台的工业设计

2.1 设计原则

简单性：用直线造型符号，突出快速、明朗的造型，方便加工。

整体性：封闭造型突出设备的整体性，并基于安全性的考虑，将一些累加的复杂的功能机构加以简化并置于机器的内部，同时一些零部件尽量简化结构，这也是基于经济性的考虑。

创新性：新的外形特征是良好形象的组成部分。如果有鲜明的个性特征，会给人以与众不同的感觉，对提高品牌形象有极大意义。内部结构也需作必要的改进以适应功能的要求及外部形态的变化。

人机协调性：机器的信息显示方式、结构、控制器的布置与人的特性如身高、认知能力、听觉、视觉相适应。

2.2 改造设计

2.2.1 试验台各部分的空间位置设计

改变传统试验台各部分连接的直线、平面布置，充分利用立体空间，结合工艺流程对试验台各部分重新布置，方案如图2所示。

图2 试验台改造方案

为方便制造及装配，对以上布置进行三维造型设计，如图3所示，其中主要用到拉伸、三维草图扫描等方法。

图3 改造后试验台内部结构

2.2.2 试验台各功能部分的结构改造

传统试验台其缸盖测试平台、调节阀、风机、数据采集与显示部分相互独立，占地面积很大。特别是数据采集与显示部分（计算机）就占用一张电脑桌。改造以后使用单片机控制面板，节省了很大空间。

图4表明涡街流量计对前面管道的长度有很严格的尺寸要求［5］，用直管道长度来保证流体的稳定性，从而获得准确的流量值。但很长的直管道却是气道试验台造型改良的主要制约因素。为了解决这个问题，可以在流量计的前端直管段的末段加一整流器，它的内部结构为蜂窝状，阻力很小，能起稳流作用。这样可使直管段的长度缩短许多，从而实现试验台的一体化，达到整体性的要求。

图4 流量计对上、下游直管段长度的要求

气道稳流试验台用于模拟发动机实际运行时的状态，采用离心风机在被测缸盖气缸侧形成稳定的负压，使压力传感器处测得的压力与大气压力之差为定值。压力的调节一般采用手动调节阀或电动调节阀，但手动调节阀操作不便，电动调节阀又很不经济。因此根据离心风机提供的负压与流量成反比，与转速成正比，采用富士变频器来调节风机的转速，以实现压力的调节，既方便又经济。风机采用全风环形鼓风机，它具有体积小、重量轻、低噪音、低震动等特点。

2.2.3 试验台外部形态的设计

产品工业设计改造目的之一是提高产品的人机工程学品质，即在遵循造型形式美法则的同时，使产品造型符合人机功能学的要求。因此在产品工业设计中要考虑人的心理因素和生理因素，来确定适合人体结构特点的有效造型尺度和工作范围，选择操纵指示装置的合理形式和布局，以及有利的动作轨迹、操纵力和操作姿态。研究信息传递和操作的可靠性和准确性，最终设计出经济、实用、美观、宜人的产品［6］。

试验台为中型设备，各个部分由于功能不同，在形态上差异较大。为取得整体感较强，简洁的视觉效果，将整个设备处理成整体封闭的形式。利用罩壳遮挡局部外露的结构，概括差异较大的内部结构，使之趋于规整与统一。同时，这种简洁化处理方式也能满足CE标准对设备安全性的要求。

本试验台调整了台面的高度和控制面板的位置。它们的位置设计符合人的视觉特点，能够实现识别信息的目的。在水平面布置信息装置时，最佳范围应在视力界限以内，即30～400mm的范围；若头部转动时，则不要超过90°范围；若视线移动，最好限于50～600mm的范围。操作者的视线与控制面板成直角为最优。由于人的头部在作业时一般略向前倾，所以在布置时应使板面相应斜仰，以保证控制面板与人的视线相垂直。板面后仰角一般为15°～30°。图5为身高170cm左右的人站姿作业时工作台设计尺寸［7］。图6是根据此尺寸设计的试验台侧视图，控制面板位于斜面位置，视觉效果好。

图5 站姿作业时工作台设计尺寸

图6 试验台侧视示意图

色彩是工业设计中非常重要的造型要素。在一般情况下，人们在观察物体时首先引起反应的就是色彩。产品色彩处理得好能弥补形态设计中的不足，使造型更加完美，并给人以愉快、舒畅的感觉。本试验台本身就构成了一个完整的环境。因此，其色彩对保障安全生产、提高工作效率、改善工人操作环境的影响关系很大。

为了使试验台色彩产生安全、稳定和舒适感，主色调采用柔和、与人亲近的低纯度色。试验台的工作台、面板等是令人眼睛繁忙活动的部位，它们的色彩应尽量避免对人眼产生不良视觉刺激，且易于视认，所以采用低纯度、低明度的中性色。试验台的控制面板等操作部位，色彩应当不眩目又易于识别，这些部位可采用对比色。主体部分与辅助部分使用同一色调。

因此基底统一使用浅灰色，以形成整个设备视觉上的稳定感与一致性。此外，控制面板为黑色，使其成为视觉重点。最终外部形态如图7所示。

图7 改造后试验台外部形态

3 结论

要获得具有现代感的成功产品，必须把工业设计的理念贯穿于整个产品设计当中，在整个产品设计过程中充分重视造型与人机工程相结合，并与产品的功能结构设计紧密联系。此试验台就是在现有机构的基础上，进行工业设计改造，提高了其美学品质和人机工程学质量。注重产品的工业设计对于目前我国不少企业的成熟产品而言也是提高竞争力、扩大市场占有率的有效途径。

［1］ 杨恒发.缸盖气道流量试验台设计［J］.内燃机，2002（4）：6－7.

［2］ 刘书亮，宋飞舟.汽油机滚动涡流模拟试验台和滚流进气道的试验研究［J］.内燃机工程，1995，16（4）：1－9.

［3］ 张宗林，王会良，王秀叶.全自动缸盖气道检测试验台的研制［J］.山东内燃机，2001（4）：16－19.

［4］ 罗福强，刘胜吉.稳流气道试验台数据采集与处理［J］.小型内燃机，1996，25（4）：47－50.

［5］ 广州汉川仪器仪表有限公司.智能涡街流量计使用说明书（三线制）［K］.http：//wenku.baidu.com/view/108bae8102d276a200292ebc.html.

［6］ 王继成.大型机电产品的工业设计改造［J］.工程图学学报，2003，24（2）：137－140.

［7］ 周美玉.工业设计应用人类工程学［M］.北京：中国轻工业出版社，2001：85－87.

（责任编校：李秀荣）

Industrial Design for Intake Port Test Bench of Gasoline Engine

ZHANG Shi－qianga，WU Naa，CAI Wei－guob

（a.Department of Electromechanical Engineering；b.Division of Junior Education，Tangshan College，Tangshan 063000，China）

Traditional intake port test bench is short of whole feeling，the test bench is pure function accumulation，no form design and most bare outer structure，ln addition，it is visually loose，mixed and monotonous in color.The idea of industrial design is used to modify and improve the quality of the test bed of human engineering.The practice shows that the effect is good.

intake port test bench；industrial design；human engineering

book=21,ebook=21

TB47

A

1672－349X（2012）03－0079－03

2012－04－06

张士强（1974－），男，河北滦南人，讲师，硕士，主要从事发动机配气系统研究。