Ladeluftkühler

 Ein Ladeluftkühler (Abk.: LLK), mitunter auch Intercooler (englisch) genannt, ist ein Wärmeübertrager, der im Ansaugtrakt eines aufgeladenen Verbrennungsmotors die Temperatur der dem Motor zugeführten Luft verringert, wodurch Leistung und Wirkungsgrad solcher Motoren erhöht werden können.

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Wirkungsweise

Ladeluftkühlung kommt bei aufgeladenen Motoren zum Einsatz. Bei Verwendung eines Laders wird die angesaugte Luft verdichtet und unter Druck in die Zylinder befördert. Bei der Kompression kommt es zu einer adiabatischen Temperaturerhöhung der Luft, wodurch sich nach dem Gasgesetz die Dichte der Luft im Vergleich zu einer kühleren, unter dem gleichen Druck stehenden Gasmenge verringert.

Nach dem Gasgesetz enthält ein definiertes Volumen V (Zylinder) bei einem definierten Druck p (Ladedruck) und einer bestimmten Temperatur T eine bestimmte Menge m an Gas. Die Größen M_molar und R sind konstant und stehen für die molare Masse bzw. für die Allgemeine Gaskonstante. Formt man das Gasgesetz um, so erhält man

oder für die Dichte ρ = m / V des Gases

Die Menge eines Gases m in einem definierten Volumen bzw. die Dichte ρ eines Gases ist demnach umgekehrt proportional zur Temperatur. Dies bedeutet, dass bei konstantem Druck und Volumen die Gasmenge mit abnehmender Temperatur zunimmt. Wird die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft gekühlt, befinden sich also mehr Sauerstoffmoleküle im Zylinder, der Füllungsgrad steigt. Da für eine vollständige Verbrennung Kraftstoff und Sauerstoff in einem bestimmten stöchiometrischen Verhältnis stehen müssen, kann mit einer größeren Sauerstoffmenge entsprechend mehr Kraftstoff verbrannt werden, wodurch mehr Energie frei wird, was zu einer Erhöhung der Leistung führt.

Bauformen

Ladeluftkühler selbst sind entweder luft- oder wassergekühlt. Bei letzteren wird die Wärme an einen eigenen Kühlkreislauf abgegeben. Es gibt auch andere Varianten, so kann die Kühlwirkung eines luftgekühlten LLK durch Besprühen mit Wasser gesteigert werden, was wegen des zusätzlichen Konstruktions- und Wartungsaufwandes aber nur bei Motoren für den Renneinsatz (z.B. in der WRC) in Frage kommt. Da dortige Fahrzeuge aber von Straßenfahrzeugen abgeleitet und homologiert werden müssen, findet sich diese Technik bereits in normalen PKWs, wie zum Beispiel dem Subaru Impreza WRX STi.

Anbauorte KFZ/NFZ-Bereich

• FMIC (FrontMountedInterCooler), meist mittig in der Front.
• SMIC (SideMountedInterCooler), seitlich, teilweise auch zwei Stück, links und rechts.

Ladeluftkühlung durch Verdunstung

Neben der Ladeluftkühlung durch Wärmeübertrager kann die Ladeluft auch durch Einspritzen eines Kühlmittels direkt in den Strom der komprimierten Luft gekühlt werden. Dabei kommen bevorzugt Wasser oder Gemische von Wasser mit einem Alkohol (z.B. Methanol) zur Verwendung. Das eingespritzte Kühlmittel verdunstet im heißen Luftstrom und kühlt ihn, da der Luft die dafür nötige Verdampfungswärme entzogen wird. Die Wassereinspritzung ist nur bei hohem Leistungsbedarf und bei Motoren mit kurzen Wartungsintervallen sinnvoll, so kam sie etwa in der Turbolader-Ära der Formel 1 und bei Flugzeugmotoren für Jagd- oder Rekordflugzeuge zum Einsatz.
Das Prinzip der Leistungssteigerung durch Wassereinspritzung kann auch bei reinen Turbinenantrieben angewendet werden, so verfügen zum Beispiel die Triebwerke der Transall oder der MiG-25 über Vorrichtungen zum Einspritzen von Kühlmittel.