叉车发动机热管理系统设计与性能分析

引言

叉车作为工业搬运的关键设备，发动机运行状态直接影响作业效率，而热管理系统是维持发动机适宜工作温度的核心。叉车作业工况复杂，频繁启停、负载变化大，传统热管理系统多采用固定转速风扇，易出现散热不足或能耗过高等问题，难以适配动态作业需求。研究其设计与性能分析，构建“设计要点— 性能维度 — 优化方向”体系，对提升系统适配性与发动机可靠性、降低作业故障意义重大。

一、叉车发动机热管理系统的设计要点

1.1 适配叉车作业工况的散热结构设计

适配叉车作业工况的散热结构设计，需考虑叉车作业空间狭小、工况多变的特点。叉车发动机舱布局紧凑，散热部件需高效利用有限空间，可采用并列式散热器设计，将发动机冷却液散热器、中冷器、液压油散热器整合排列，减少占用空间的同时提升散热面积。针对频繁启停导致的瞬时热量集中，在散热风扇选型上采用可变转速设计，通过温度传感器联动控制，高温时高速运转增强散热，低温时低速运行减少能耗。此外，散热结构需兼顾防尘性能，在进风口加装可拆卸滤网，防止仓库、工地等环境中的粉尘堵塞散热器，确保散热效率稳定。

1.2 基于发动机负荷变化的动态控温逻辑设计

基于发动机负荷变化的动态控温逻辑设计，核心是让系统根据发动机实时负荷调整控温策略。发动机负荷增加时（如满载爬坡），燃料燃烧剧烈，热量产出骤增，控温逻辑需快速响应，启动辅助散热装置（如电磁离合器风扇），同时调节冷却液循环流量，加快热量带走速度；负荷降低时（如空载行驶），自动降低散热强度，避免过度散热导致发动机温度过低，影响燃烧效率。控温逻辑需设置多级温度阈值，如设定 80℃为基础阈值，低于此值时减少散热干预，80-90^∘C 时启动一级散热，超过 90^∘C 时启动二级强散热，通过阶梯式调控实现精准控温。

1.3 融合余热利用的能量回收模块设计

融合余热利用的能量回收模块设计，旨在将发动机余热转化为可用能量，提升系统能效。发动机运行中，排气系统、冷却液循环会产生大量余热，可通过余热回收装置收集，如在排气管加装热交换器，将余热传递给液压油，减少液压系统加热能耗；利用冷却液余热预热进气，降低低温启动时的燃油消耗。能量回收模块需与发动机工况联动，高负荷时优先保障散热，低负荷时强化余热回收，避免影响发动机正常散热功能。回收的能量可存储于辅助储能装置，用于驱动散热风扇、液压泵等，实现能量梯级利用。

二、叉车发动机热管理系统的性能分析维度

2.1 不同工况下的散热效率评估

不同工况下的散热效率评估，需覆盖叉车常见作业场景。满载爬坡工况下，发动机高负荷运行，评估散热器能否在短时间内将冷却液温度控制在安全范围，避免过热报警；空载行驶时，检验系统能否快速降低散热强度，防止发动机温度过度下降；频繁启停工况中，考察系统应对瞬时热量波动的能力，确保温度波动幅度在允许范围内。评估指标包括温度稳定时间、最大温差等，如从启动到温度稳定的时间需符合作业节奏，避免因散热滞后影响连续作业。通过多工况评估，验证系统在动态变化中的散热可靠性。

2.2 极端环境中的控温精度验证

极端环境中的控温精度验证，聚焦高温、低温等恶劣环境下的系统表现。在高温环境（如夏季露天仓库），环境温度本身较高，散热难度增加，需验证系统能否将发动机温度控制在 95^∘C 以下（通常发动机最佳工作温度为 85-95°C⋅ ）；在低温环境（如冬季冷库），需检验系统能否快速将发动机温度提升至正常工作区间，避免因温度过低导致润滑油黏度增加、发动机磨损加剧。验证过程中，需观察系统在极端环境下的响应速度，如低温启动时，预热装置能否在规定时间内将冷却液温度提升至 50℃以上，确保发动机顺利启动并稳定运行。

2.3 系统运行过程中的能耗水平分析

系统运行过程中的能耗水平分析，需衡量热管理系统自身能耗对叉车续航的影响。传统固定转速风扇能耗较高，动态调控系统需对比不同工况下的能耗差异，如高速散热时的风扇功率、余热回收装置的能量转化效率等。分析指标包括单位时间能耗、能耗占发动机总能耗的比例，如评估在标准作业循环中，热管理系统能耗占比是否低于 5%。同时，需计算能量回收模块带来的能耗节约，如余热预热液压油后，液压系统加热能耗减少量，通过综合分析判断系统的节能效果。

三、提升叉车发动机热管理系统效能的优化方向

3.1 基于流体动力学的散热结构优化

基于流体动力学的散热结构优化，通过模拟气流、液流状态改进结构设计。利用流体动力学软件分析散热器内部冷却液流动状态，优化流道形状，减少局部涡流导致的散热死角；调整风扇安装角度与位置，使气流均匀穿过散热器表面，避免部分区域气流不足。针对叉车发动机舱内的气流紊乱问题，设计导流罩引导气流走向，将外界冷空气精准导向散热核心区域，同时加速热空气排出，形成高效气流循环，提升散热结构的空间利用率与散热效率。

3.2 引入智能算法的动态控温策略升级

引入智能算法的动态控温策略升级，可提升系统对复杂工况的适应能力。传统控温依赖简单阈值判断，智能算法（如模糊控制算法）能综合分析发动机负荷、环境温度、历史数据等多维度信息，预测温度变化趋势，提前调整控温措施。例如，算法通过识别叉车作业模式（如连续搬运、间歇作业），预判热量产出规律，在负荷增加前提前启动散热装置，减少温度波动。同时，算法可自学习优化，根据不同环境、不同叉车的运行数据，动态调整控温参数，搭配传感器实时反馈，让策略更贴合实际作业需求。

3.3 采用新型导热材料的部件性能提升

采用新型导热材料的部件性能提升，从材料层面增强散热与耐温性能。散热器核心部件可采用高导热系数的铝合金复合材料，提升热量传递速度；冷却液管路使用耐高压、耐高温的硅胶管，替代传统橡胶管，减少老化泄漏风险；散热风扇叶片采用轻质高强度材料（如碳纤维复合材料），降低转动能耗的同时提升结构稳定性。新型材料还需满足叉车作业的耐振动、耐冲击要求，如在散热器与发动机连接部位使用弹性减震材料，添加防腐涂层应对恶劣工况，减少振动导致的部件损耗，延长系统使用寿命。

四、结论

叉车发动机热管理系统设计与性能分析，需以适配工况为核心，通过科学设计散热结构、动态控温逻辑、能量回收模块提升系统基础性能，结合多维度性能分析验证适配性，再借助结构优化、智能算法、新型材料持续提升效能。这一体系能让热管理系统更好适配叉车复杂工况，保障发动机高效稳定运行，降低作业故障，为工业搬运提供可靠动力支撑，推动叉车设备向高效、节能方向发展。

参考文献：

[1] 郭微 , 唐景春 , 吴鑫 , 等 . 内燃叉车整车热管理系统一维 / 三维联合仿真及优化试验研究 [J/OL]. 机电工程 ,1-12[2025-07-14].

[2] 董 云 雁 . 固 压 设 备 热 管 理 系 统 设 计 [J]. 石 油 和 化 工 设备 ,2025,28(04):159-163.

[3] 阳天瑜 . 汽车内燃机热管理系统的开发与应用 [J]. 内燃机与配件 ,2025,(10):93-95.