Ladeluftkühler (Intercooler)

Ein Ladeluftkühler ist ein Wärmetauscher an aufgeladenen Motoren, der die Luftladung kühlt, nachdem sie von einem Turbolader oder Kompressor verdichtet wurde, aber bevor sie die Zylinder erreicht. Er ist nötig, weil das Verdichten Luft unweigerlich erhitzt: Presst man sie in ein kleineres Volumen, steigt ihre Temperatur erheblich, und diese heiße, ausgedehnte Luft hebt einen Teil des Vorteils wieder auf, den die Aufladung eigentlich bringen soll. Der Ladeluftkühler gibt der Ladung ihre Dichte zurück und schützt den Motor vor den Nebenwirkungen hoher Ansauglufttemperaturen.

Die Physik dahinter ist einfach. Sinn eines Turboladers oder Kompressors ist es, mehr Luft in jeden Zylinder zu pressen, sodass mehr Kraftstoff verbrannt und mehr Leistung erzeugt werden kann. Die Luftdichte fällt mit steigender Temperatur, weshalb die sehr heiße Luft hinter einem Verdichter — die deutlich über hundert Grad Celsius erreichen kann — pro Liter weniger Sauerstoffmoleküle enthält, als ihr Druck allein vermuten ließe. Indem diese Luft vor dem Eintritt in den Motor durch den Ladeluftkühler geleitet wird, sinkt ihre Temperatur stark, sie zieht sich zusammen und wird dichter, und bei gleichem Ladedruck gelangt eine größere Sauerstoffmasse in jeden Verbrennungstakt.

Das ist aus zwei verschiedenen Gründen wichtig. Der erste ist die Leistung: Dichtere Ansaugluft erlaubt es, mehr Kraftstoff sauber zu verbrennen, sodass ein gut abgestimmter Ladeluftkühler die Leistung unmittelbar steigert und das Ansprechverhalten verbessert. Der zweite, wohl wichtigere Grund ist die Zuverlässigkeit. Kühlere Ansaugluft senkt die Spitzentemperaturen der Verbrennung, was die Neigung des Kraftstoffs zur vorzeitigen Selbstzündung — das zerstörerische Klopfen — deutlich verringert. Indem er das Klopfen unterdrückt, lässt der Ladeluftkühler den Motor mit früherer Zündung und höherem Ladedruck ohne Schaden laufen und entlastet Kolben und Ventile thermisch.

Ladeluftkühler gibt es in zwei Grundbauarten. Die luftgekühlte Ausführung ist am verbreitetsten: Ein berippter Aluminiumkern, einem kleinen Kühler ähnlich, sitzt im Fahrtwind an der Front des Fahrzeugs und gibt die Wärme direkt an den vorbeiströmenden Luftstrom ab. Die wassergekühlte Ausführung leitet die Ladung über einen Kern, durch den Kühlmittel zirkuliert, das die Wärme an einen separaten Niedertemperaturkühler abführt. Wassergekühlte Einheiten bauen kompakter, reagieren unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit gleichmäßig und werden bei engen Platzverhältnissen oder bei eng zu regelnder Ladelufttemperatur bevorzugt, allerdings auf Kosten höherer Komplexität. Bei Kompressormotoren wird eine kompakte wassergekühlte Einheit häufig direkt in den Ansaugkrümmer integriert.

Aus der Bauweise ergeben sich einige praktische Punkte. Ein Ladeluftkühler bringt einen kleinen Druckverlust und ein Stück Rohrleitung mit sich, sodass eine überdimensionierte oder schlecht verlegte Einheit etwas Verzögerung hinzufügen und den Ladedruck mindern kann; die Auslegung ist daher ein Kompromiss zwischen Kühlleistung und Ansprechverhalten. Seine Wirksamkeit hängt zudem von ausreichendem Luftstrom ab, weshalb ein durch Schmutz verstopfter oder schlecht angeströmter Frontkühler Leistung einbüßt. Heute ist ein Ladeluftkühler bei jedem modernen turboaufgeladenen oder kompressorbestückten Motor praktisch Serienausstattung, während ein Saugmotor, der Luft mit Umgebungsdruck und -temperatur ansaugt, keinen benötigt.