汽油機氣道檢測試驗臺的工業設計

張士強，吳 娜，才為國

（唐山學院a.機電工程系；b.專科教育部，河北唐山063000）

汽油機氣道檢測試驗臺的工業設計

張士強a，吳 娜a，才為國b

（唐山學院a.機電工程系；b.專科教育部，河北唐山063000）

傳統汽油機氣道檢測試驗臺缺乏整體感，整個試驗臺幾乎是功能的堆積，無形態設計，大部分結構裸露在外，視覺上松散、雜亂，而且色彩單調。運用工業設計的思想對其進行改造，提高了試驗臺的人機工程學品質，實踐表明效果良好。

氣道檢測試驗臺；工業設計；人機工程

0 引言

發動機在工作中的不合理燃燒造成了燃油的過量消耗和大氣污染，這對人類環境和健康造成的危害已被人們廣泛關注，因此降低發動機的排放及提高燃油耗率已成為世界性的課題。從影響發動機燃燒規律的主要零件之一的氣缸蓋進排氣道著手，許多學者已研制出各種缸蓋氣道檢測試驗臺，為研究、檢測發動機氣缸蓋的進排氣道性能提供了方便可靠的工具。文獻［1－4］介紹了幾種穩流氣道試驗臺，但是這些產品由于不重視工業設計，無論外觀形象還是設計理念均嚴重滯后于國際潮流，大大削弱了這些產品的市場競爭力。筆者針對這種現象運用工業設計的思想，在基本不改變其功能的前提下，對氣道檢測試驗臺進行了改造設計，以盡可能實現產品視覺形態、結構與內在質量的完美統一。

1 傳統試驗臺形態缺陷分析

從圖1可以看出試驗臺各部分組成在形象上缺乏整體感，整個試驗臺的造型幾乎是功能的堆積，各功能單元間缺乏統一的聯系。無形態設計，只有缸蓋測試平臺有部分罩殼，而其他功能單元則沒有。不少結構裸露在外，視覺上雜亂、松散。色彩上，整體采用單色或金屬本色兩種主色。而且由于流量計前后管道較長，大部分采用單色，給人以乏味、單調的感覺。原設計著力體現了功能性，而忽略了它的形態美感，即忽略了人們的心理需求。功能上的先進性未能在形態上體現出來，相反卻給人以廉價、復雜、難于控制的印象。

圖1 傳統氣道檢測試驗臺

2 氣道試驗臺的工業設計

2.1 設計原則

簡單性：用直線造型符號，突出快速、明朗的造型，方便加工。

整體性：封閉造型突出設備的整體性，并基于安全性的考慮，將一些累加的復雜的功能機構加以簡化并置于機器的內部，同時一些零部件盡量簡化結構，這也是基于經濟性的考慮。

創新性：新的外形特征是良好形象的組成部分。如果有鮮明的個性特征，會給人以與眾不同的感覺，對提高品牌形象有極大意義。內部結構也需作必要的改進以適應功能的要求及外部形態的變化。

人機協調性：機器的信息顯示方式、結構、控制器的布置與人的特性如身高、認知能力、聽覺、視覺相適應。

2.2 改造設計

2.2.1 試驗臺各部分的空間位置設計

改變傳統試驗臺各部分連接的直線、平面布置，充分利用立體空間，結合工藝流程對試驗臺各部分重新布置，方案如圖2所示。

圖2 試驗臺改造方案

為方便制造及裝配，對以上布置進行三維造型設計，如圖3所示，其中主要用到拉伸、三維草圖掃描等方法。

圖3 改造后試驗臺內部結構

2.2.2 試驗臺各功能部分的結構改造

傳統試驗臺其缸蓋測試平臺、調節閥、風機、數據采集與顯示部分相互獨立，占地面積很大。特別是數據采集與顯示部分（計算機）就占用一張電腦桌。改造以后使用單片機控制面板，節省了很大空間。

圖4表明渦街流量計對前面管道的長度有很嚴格的尺寸要求［5］，用直管道長度來保證流體的穩定性，從而獲得準確的流量值。但很長的直管道卻是氣道試驗臺造型改良的主要制約因素。為了解決這個問題，可以在流量計的前端直管段的末段加一整流器，它的內部結構為蜂窩狀，阻力很小，能起穩流作用。這樣可使直管段的長度縮短許多，從而實現試驗臺的一體化，達到整體性的要求。

圖4 流量計對上、下游直管段長度的要求

氣道穩流試驗臺用于模擬發動機實際運行時的狀態，采用離心風機在被測缸蓋氣缸側形成穩定的負壓，使壓力傳感器處測得的壓力與大氣壓力之差為定值。壓力的調節一般采用手動調節閥或電動調節閥，但手動調節閥操作不便，電動調節閥又很不經濟。因此根據離心風機提供的負壓與流量成反比，與轉速成正比，采用富士變頻器來調節風機的轉速，以實現壓力的調節，既方便又經濟。風機采用全風環形鼓風機，它具有體積小、重量輕、低噪音、低震動等特點。

2.2.3 試驗臺外部形態的設計

產品工業設計改造目的之一是提高產品的人機工程學品質，即在遵循造型形式美法則的同時，使產品造型符合人機功能學的要求。因此在產品工業設計中要考慮人的心理因素和生理因素，來確定適合人體結構特點的有效造型尺度和工作范圍，選擇操縱指示裝置的合理形式和布局，以及有利的動作軌跡、操縱力和操作姿態。研究信息傳遞和操作的可靠性和準確性，最終設計出經濟、實用、美觀、宜人的產品［6］。

試驗臺為中型設備，各個部分由于功能不同，在形態上差異較大。為取得整體感較強，簡潔的視覺效果，將整個設備處理成整體封閉的形式。利用罩殼遮擋局部外露的結構，概括差異較大的內部結構，使之趨于規整與統一。同時，這種簡潔化處理方式也能滿足CE標準對設備安全性的要求。

本試驗臺調整了臺面的高度和控制面板的位置。它們的位置設計符合人的視覺特點，能夠實現識別信息的目的。在水平面布置信息裝置時，最佳范圍應在視力界限以內，即30～400mm的范圍；若頭部轉動時，則不要超過90°范圍；若視線移動，最好限于50～600mm的范圍。操作者的視線與控制面板成直角為最優。由于人的頭部在作業時一般略向前傾，所以在布置時應使板面相應斜仰，以保證控制面板與人的視線相垂直。板面后仰角一般為15°～30°。圖5為身高170cm左右的人站姿作業時工作臺設計尺寸［7］。圖6是根據此尺寸設計的試驗臺側視圖，控制面板位于斜面位置，視覺效果好。

圖5 站姿作業時工作臺設計尺寸

圖6 試驗臺側視示意圖

色彩是工業設計中非常重要的造型要素。在一般情況下，人們在觀察物體時首先引起反應的就是色彩。產品色彩處理得好能彌補形態設計中的不足，使造型更加完美，并給人以愉快、舒暢的感覺。本試驗臺本身就構成了一個完整的環境。因此，其色彩對保障安全生產、提高工作效率、改善工人操作環境的影響關系很大。

為了使試驗臺色彩產生安全、穩定和舒適感，主色調采用柔和、與人親近的低純度色。試驗臺的工作臺、面板等是令人眼睛繁忙活動的部位，它們的色彩應盡量避免對人眼產生不良視覺刺激，且易于視認，所以采用低純度、低明度的中性色。試驗臺的控制面板等操作部位，色彩應當不眩目又易于識別，這些部位可采用對比色。主體部分與輔助部分使用同一色調。

因此基底統一使用淺灰色，以形成整個設備視覺上的穩定感與一致性。此外，控制面板為黑色，使其成為視覺重點。最終外部形態如圖7所示。

圖7 改造后試驗臺外部形態

3 結論

要獲得具有現代感的成功產品，必須把工業設計的理念貫穿于整個產品設計當中，在整個產品設計過程中充分重視造型與人機工程相結合，并與產品的功能結構設計緊密聯系。此試驗臺就是在現有機構的基礎上，進行工業設計改造，提高了其美學品質和人機工程學質量。注重產品的工業設計對于目前我國不少企業的成熟產品而言也是提高競爭力、擴大市場占有率的有效途徑。

［1］ 楊恒發.缸蓋氣道流量試驗臺設計［J］.內燃機，2002（4）：6－7.

［2］ 劉書亮，宋飛舟.汽油機滾動渦流模擬試驗臺和滾流進氣道的試驗研究［J］.內燃機工程，1995，16（4）：1－9.

［3］ 張宗林，王會良，王秀葉.全自動缸蓋氣道檢測試驗臺的研制［J］.山東內燃機，2001（4）：16－19.

［4］ 羅福強，劉勝吉.穩流氣道試驗臺數據采集與處理［J］.小型內燃機，1996，25（4）：47－50.

［5］ 廣州漢川儀器儀表有限公司.智能渦街流量計使用說明書（三線制）［K］.http：//wenku.baidu.com/view/108bae8102d276a200292ebc.html.

［6］ 王繼成.大型機電產品的工業設計改造［J］.工程圖學學報，2003，24（2）：137－140.

［7］ 周美玉.工業設計應用人類工程學［M］.北京：中國輕工業出版社，2001：85－87.

（責任編校：李秀榮）

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

張士強（1974－），男，河北灤南人，講師，碩士，主要從事發動機配氣系統研究。