Technik-Check: Ladeluftkühler
Gut gekühlt ist halb gewonnen
04.01.2018 10:10 Uhr
Text: Joshua Hildebrand | Fotos: HG Motorsport, MAV-Archiv
Ladeluftkühler kommen zum Einsatz, wenn die Ladeluft von Turbo- oder Kompressor-aufgeladenen Fahrzeugen heruntergekühlt werden soll. Denn neben der Dichtesteigerung (Ladedruckaufbau) erfolgt im Turbolader auch eine unerwünschte Temperatursteigerung der Ladeluft, welche eine höhere Motorbelastung darstellt (Klopfgrenze, Brennraumtemperatur und -druck, etc ...). Des Weiteren verfügt Luft mit zunehmender Temperatur umso weniger Dichte, was weniger Sauerstoff und weniger Motorleistung zur Folge hat. So lautet die einzige Lösung: Luft kühlen! Die Vorteile sind: mehr Leistung, Drehmoment, Verdichtung, Standfestigkeit, Vorzündung, sowie weniger Ladedruck bei gleicher Leistung, Verbrauch und Oktanzahlbedarf. Die Größe des LLK hängt von der durchzusetzenden Luftmenge und der Ladelufttemperatur ab.
Der Kreislauf vereinfacht: So funktioniert ein LLK
Im Grunde genommen gibt es zwei Arten von Ladeluftkühlern: Luft-Luft-LLK und Luft-Wasser-LLK. Ersteres ist die gebräuchlichste, bei der ganz einfach die durchströmende Umgebungsluft (Fahrtwind) gekühlt wird, sofern das Aggregat gut erreichbar für den Fahrtwind montiert wurde. Etwas komplizierter gestaltet sich die Ladeluftkühlung mit Wasser und Luft. Denn hier werden zwei Kühler benötigt. Einen, der die Ladeluft kühlt und dabei von Wasser ummantelt ist, sowie den dazugehörigen separaten Wasserkühler in der Fahrzeugfront verbaut (i.d.R. kleiner als ein Luft-Luft-LLK). Für die Zirkulation des Wassers sorgt eine elektrische Pumpe. Für kurze Volllastfahrten (1/4-Meile) gibt es auch artverwandte Trockeneis-LLK, welche im Rennbetrieb einen extrem hohen Wirkungsgrad aufweisen und auch wie die Luft-Wasser-LLK zu einer sehr kurzenLadeluftleitung beitragen (schnelles Ansprechverhalten).
Upgrade-LLKs kommt vor allem bei leistungsgesteigerten Fahrzeugen zum Einsatz
Es gibt vom Aufbau her unterschiedliche Netztypen für Ladeluftkühler. Maßgebend für die Funktion eines Ladeluftkühlers ist nicht nur die Höhe der Fahrtwind-Finnen und der Ladeluftführungen, sondern auch dessen Innenaufbau. So gibt es Kühlernetze mit sogenannten Turbulatoren in den Ladeluftführungen. Diese haben zur Folge, dass der Wärmeaustausch und dementsprechend die Kühlung der Ladeluft länger stattfinden kann. Bei Ladeluftführungen ohne Turbulatoren im Aufbau ist der Ladeluft-Gegendruck am geringsten, jedoch sollte für den optimalen Wirkungsgrad eine dauerhafte Anströmung durch Fahrtwind gewährleistet sein.
Gut gekühlt, Baby! Ergebnis: Mehr Drehmoment und Leistung
Grundsätzlich sollte jeder Anwender wissen, für welchen Einsatzbereich er den Ladeluftkühler verwenden möchte. Bei der Platzierung ist es von Vorteil, wenn der Kühler weder vor, noch hinter einen anderen Kühler platziert ist, um möglichst frei vom Fahrtwind durchströmt werden zu können. Ist dies aufgrund der baulichen Gegebenheiten (LLK-Größe, kein Platz in der Fahrzeugfront ...) nicht möglich, so sollte er zumindest als erster Kühler im Fahrtwind stehen. Auch Kühlluftführungen können eine Wirkungsgradverbesserung erzielen. Von der Bauweise ist kühltechnisch eine große Fläche, geringe Kühlnetztiefe (Fahrtwind durchströmt LLK besser) und ein hoher Staudruck der Ladeluft am besten (bei zu großen Verwirbelungen treten jedoch Sperrströmungen auf). Hier besteht ein Konflikt zwischen geringem Druckverlust der Ladeluft (hohe Kühlnetztiefe) und hoher Kühlungseffizienz (genügend Turbulenzen). Einen Wirkungsgradvorteil kann man erzielen, indem man Wassergegen den Kühler sprüht (vor allem an heißen Sommertagen). Weitere Faktoren für einen merklich besser funktionierenden Ladeluftkühler sind z.B. strömungsoptimierte Bauweise und Form der Ladeluftkühlerkästen, sowie die Dicke und Qualität des verwendeten Alu-Guss-Materials. Dabei gilt als Regel: „Je dicker der Alu-Guss, desto länger dauert die Kühlung bzw. der Wärmeaustausch.
Parameter wie Ansaugtemperatur & Co. werden vor Marktreife eines LLKs ausgelesen und geprüft
Grundsätzlich sind Ladeluftkühler recht pflegleicht. Trotzdem bieten Hersteller wie HG Motorsport zwei Jahre Garantie auf Kühler an. „Zusätzlich könnte man die Aggregate auch gegen Korrosion vorsorglich lackieren, was aber die Oberflächenstruktur des Materials beinträchtigen kann. Daher werden Kühler zumeist in Silber ausgeliefert, diese halten gut und gerne über 200.000 Kilometer", weiß Hasan Gökduman von HG Motorsport.
Welche externen Faktoren muss man bei einem Upgrade-Ladeluftkühler berücksichtigen?
Generell ist das Upgrade des Ladeluftkühlers auch beim Serienzustand eines Fahrzeugs sinnvoll. Doch sollte man, wenn man z.B. ein Chiptuning geplant hat, darauf achten, dass der Chiptuner des Vertrauens die Bauweise des Ladeluftkühlers berücksichtigt. So gibt es zum Beispiel Chiptuner, die die Mehrleistung ausschließlich über die Anhebung des Ladedrucks erreichen wollen. Damit der Turbolader jedoch nicht am Limit läuft und keine Reserven mehr hat, sollte der Software-Datenstand zu der verbauten Hardware, in diesem Falle dem Ladeluftkühler, angepasst werden.
Upgrade-LLK mit Bar-and-Plate-Netz
Solange der neu verbaute Ladeluftkühler kein Teilegutachten hat, erlischt nach Einbau des besagten Aggregates die Betriebserlaubnis des Fahrzeugs, da der Ladeluftkühler Einfluss auf die Lambda- bzw. Abgaswerte hat. Man kann einen Ladeluftkühler per Sonderabnahme eintragen lassen, was allerdings mit Kosten im vierstelligen Bereich verbunden ist, da ein Abgasgutachten benötigt wird. Etablierte Hersteller wie zum Beispiel HG-Motorsport liefern ihre Produkte mit einem entsprechenden Gutachten aus. Damit steht einer legalen Eintragung nichts im Weg.
Kühlernetze gibt es in unterschiedlichen Ausführungen
Kühlernetz mit Turbulatoren
Kühlernetz ohne Turbulatoren