Sicher, sie sehen knallhart aus, wenn sie an die Front eines JDM oder Moogs Wasabi 9000 geklatscht werden, aber Ladeluftkühler können eine wichtige Komponente für die Leistungssteigerung und die Gesundheit des Motors sein. Wie funktionieren sie also?
Allgemeine mechanische Beratung
Ein Auto kühl zu halten, scheint aus mechanischer Sicht ein einfacher Prozess zu sein: Man baut einen großen Kühler ein, fügt ein paar Rohre hinzu und füllt ihn mit Wasser. Solange die Temperaturanzeige niedrig genug bleibt, ist alles gut. Aber es gibt eine große Menge an thermodynamischen Tricksereien, die hinter den Kulissen ablaufen, um ein Auto innerhalb seiner sicheren Betriebstemperatur zu halten. Ein Wärmetauscher kann aber auch auf eine andere Weise genutzt werden. Wenn er richtig konstruiert und platziert ist, kann der richtige Wärmetauscher die Leistung eines Motors erheblich steigern. Ladeluftkühler tun genau das und können in einigen verschiedenen Kombinationen verwendet werden, um mehr Pferde zu produzieren.
Ein Ladeluftkühler ist ein sogenannter Kreuzstrom-Wärmetauscher, da sich die Kühlflüssigkeit, die die Wärme abführt (die Luft), in einem Winkel von 90 Grad zur warmen Flüssigkeit (der Luft, dem Wasser oder dem Öl) bewegt. Die Interaktion dieser Flüssigkeiten wird durch die Verwendung von Rohren und Lamellen innerhalb des Ladeluftkühlers erreicht. Die hohlen Rohre verlaufen entlang der Länge des Wärmetauschers und dienen als Kanäle für die warme Flüssigkeit, die sich ihren Weg vom Einlass durch den Zwischenkühler und dann zum Auslass bahnt, wenn sie ausreichend abgekühlt ist.
Die eigentliche Kühlung erfolgt jedoch durch den Einsatz der Lamellen, die die Oberfläche des Ladeluftkühlers bedecken. Sie sind wellenförmig angeordnet und ermöglichen es, die Oberfläche des Wärmetauschers zu maximieren, so dass die Wärme möglichst effizient an die Umgebung abgeführt werden kann.
Vereinfacht gesagt, nehmen Ladeluftkühler die warme Luft, die in Ihren Motor eintritt, und machen sie durch Wärmeaustausch kälter. Die Regeln der Thermodynamik besagen, dass je größer der Temperaturunterschied zwischen der Ansaugluft durch den Krümmer und der Verbrennungstemperatur im Zylinder ist, desto mehr Energie wird durch die Verbrennung umgesetzt. Eine kältere Ansaugung bedeutet also eine größere Temperaturdifferenz und damit mehr Leistung.
Dieser Luft-Luft-Ladeluftkühler hat große Einlass- und Auslassdurchmesser, um die Einschränkung des Hochdruckluftstroms zu reduzieren
Dieser Luft-Luft-Ladeluftkühler hat einen großen Einlass- und Auslassdurchmesser, um den Hochdruck-Luftstrom nicht zu behindern.
Der effektivste Einsatz eines Ladeluftkühlers ist der Einbau in ein Fahrzeug mit Turbo- oder Kompressoraufladung, bei dem die Ansaugluft durch das Hochdrehen des Turboladers oder Kompressors zu warm wird, wenn er nicht verwendet wird. Noch ein weiteres thermodynamisches Prinzip: Wenn der Druck einer Flüssigkeit erhöht wird, erhöht sich auch die Temperatur dieser Flüssigkeit. Daher erhöht der Ladedruck eines Turboladers schlagartig den Ansaugluftdruck und die Temperatur, was, wenn es nicht gekühlt wird, zu einem mangelnden Wirkungsgrad des Motors führt.
Um dem entgegenzuwirken, wird ein Ladeluftkühler zwischen den Turbolader und den Einlass des Motors geschaltet, damit die Luft rechtzeitig abgekühlt werden kann, um in die Zylinder zu gelangen und mit dem einströmenden Kraftstoff zu reagieren. Ohne einen Ladeluftkühler, der diese Aufgabe übernimmt, würde die warme Luft eines Turboladers einen Nährboden für Vorzündungen bilden. Das bedeutet, dass der Kraftstoff zu früh im Motorzyklus verbrannt wird, was die Effizienz und Leistung des Motors verringert und möglicherweise Schäden verursacht.
Es gibt zwei Haupttypen von Ladeluftkühlern:
Luft-zu-Luft-Ladeluftkühler
Wie Ladeluftkühler die Leistung erhöhen und warum Sie einen brauchen – Allgemeine mechanische Beratung
Diese scheinbar einfachen Ladeluftkühler verwenden einen kälteren Luftstrom, um einen warmen Strom von Turboluft zu kühlen, bevor er in die Zylinder gelangt, um mit Kraftstoff vermischt zu werden. Mit Hilfe von Kanälen, die sich horizontal über den Ladeluftkühler erstrecken, strömt die Luft vom Turboauslass zum Ladeluftkühlereinlass, wo sie durch einen Außenluftstrom gekühlt wird. Dieser Kühlluftstrom wirkt mit den Lamellen des Wärmetauschers zusammen, um die Wärme vom Ansaugluftstrom an die Umgebung abzuleiten.
Diese Ladeluftkühler erhöhen im Wesentlichen die Dichte der in die Zylinder eintretenden Luft, wodurch mehr Leistung erzeugt wird, da der Motor mehr Luftmoleküle zur Verfügung hat, mit denen er arbeiten und verbrennen kann. Ähnlich wie bei einem kleinen Leistungszuwachs bei kalter Witterung simuliert ein Ladeluftkühler im Wesentlichen eine kältere Umgebungstemperatur der einströmenden Luft, während der durch die Zwangsansaugung gewonnene hohe Druck erhalten bleibt.
Luft-Luft-Ladeluftkühler benötigen keine Pumpen und entziehen daher dem Motor oder anderen Komponenten des Fahrzeugs keine Energie. Nachteilig ist jedoch die fehlende Kontrolle über die Leistung des Ladeluftkühlers. Ein Luft-Luft-Ladeluftkühler arbeitet nur dann effizient, wenn der Luftstrom zu den Lamellen und Rohren kalt und konstant ist, andernfalls verringern sich seine thermodynamischen Fähigkeiten dramatisch. Das bedeutet, dass die Platzierung des Ladeluftkühlers selbst von entscheidender Bedeutung ist und bei der Verlegung der erforderlichen Rohrleitungen viel Kopfzerbrechen bereiten kann. Um eine Art Sicherheitsfaktor zu erzeugen, sind Luft-Luft-Ladeluftkühler oft relativ groß, um die Oberfläche für die Kühlung zu maximieren.
Luft-zu-Wasser-Ladeluftkühler
Wie Ladeluftkühler die Leistung erhöhen und warum Sie einen benötigen – Allgemeine mechanische Beratung
Diese Systeme sind etwas komplizierter, folgen aber den gleichen Grundideen. Mit einem Wärmetauscher, der vor dem Ansaugkrümmer platziert ist, wird die warme Ansaugluft stattdessen durch Wasser gekühlt, das durch die Rohre des Ladeluftkühlers fließt. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist viel höher als die von Luft, was bedeutet, dass die Wärme viel effizienter übertragen wird. Das warme Wasser, das vom “Ansaug”-Ladeluftkühler erwärmt wurde, kann dann zu seinem eigenen kleinen Wärmetauscher gepumpt werden, wo es durch kalte Luft gekühlt wird, genau wie der Hauptkühler eines Autos.
Ein Wasser-Luft-Ladeluftkühler kann überall im Motorraum platziert werden, wobei die meisten Hersteller ihn so nah wie möglich am Ansaugkrümmer platzieren, um sicherzustellen, dass die Luft keine Chance hat, sich wieder zu erwärmen, bevor sie einen Zylinder erreicht. Das einzige Dilemma bei der Platzierung ist der wassergekühlte Wärmetauscher, der einen kalten Luftstrom benötigt, um effizient zu funktionieren. Leider bedeutet dies auch, dass diese Art von Ladeluftkühler eine Wasserpumpe, einen Flüssigkeitsbehälter und die entsprechenden Rohrleitungen benötigt, damit das Wasser seinen Weg durch das System finden kann.
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