KRAFTHAND-Praxiswissen

Direkte und indirekte Ladeluftkühlung

Direkte Ladeluftkühlung: Ladeluftführung bei Ladeluft-/Luft-Kühlung (links) und Ladeluftführung bei Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlung (rechts).

Bei Pkws trifft der steigende Bedarf an Kühlleistung zunehmend auf Beschränkungen hinsichtlich des Bauraums im Vorderwagen. Zurzeit dominieren noch kompakte Ladeluftkühler.

Eine Lösung des Problems der geringen Bautiefe bietet die Vergrößerung des kompakten Ladeluftkühlers zu einem flächigen, vor dem Kühlmittelkühler montierten Ladeluftkühler, wie er bei schweren Nutzfahrzeugen Standard ist.

Entsprechend nimmt die Verwendung dieser Bauform zu. Allerdings ist diese Bauform in vielen Fahrzeugen nicht möglich, da der dafür benötigte Bauraum bereits vergeben ist oder auf Grund anderer Anforderungen wie zum Beispiel dem Fussgängerschutz nicht mehr zur Verfügung steht. Mit zwei neuen Systemen kann der Konflikt zwischen Bauraum und Leistungsbedarf gelöst werden: der Ladeluft-Vorkühlung (direkte Ladeluftkühlung) und der indirekten Ladeluftkühlung. Doch was ist mit diesen Begriffen genau gemeint?

Direkte Ladeluftkühlung
Durch den Einsatz des Ladeluft-Vorkühlers, der mit Kühlmittel aus dem Motorkreislauf gespeist wird, wird ein Teil der Ladeluft-Abwärme vom Ladeluftkühler zum Kühlmittelkühler verschoben. Da somit die zusätzliche Ladeluft-Abwärme, die infolge der Leistungssteigerung anfällt, durch den Vorkühler abgeführt wird, kann das Konzept eines blockförmigen Ladeluftkühlers beibehalten werden. Der Ladeluft-Vorkühler, ebenfalls ein Kompakt-Kühler, wird zwischen Turbolader und Ladeluftkühler platziert. Durch die Ladeluft-Vorkühlung lässt sich die Leistung eines bestehenden Konzeptes deutlich steigern. Das erforderliche Bauvolumen eines Ladeluft -/Kühlmittel-Kühlers liegt bei 40 – 60 Prozent eines Ladeluft-/Luft-Kühlers.

Indirekte Ladeluftkühlung
Die zweite Möglichkeit, den Konflikt zwischen Bauraum und Leistungsbedarf zu lösen, besteht im Einsatz der indirekten Ladeluftühlung. Beim PKW besteht dieses Kühlsystem in der Regel aus einem kompletten, vom Motorkühlkreislauf unabhängigen Kühlmittelkreislauf. Eingebunden in diesen Kreislauf sind ein Niedertemperatur-Kühlmittelkühler und ein Ladeluft / Kühlmittel-Kühler. Die Ladeluft-Abwärme wird zuerst auf das Kühlmittel übertragen und danach im Niedertemperatur-Kühlmittelkühler an die Umgebungsluft abgeführt. Dieser Kühler ist im Frontend des Fahrzeugs untergebracht, wo sich bei der herkömmlichen, luftgekühlten Ladeluftkühlung, der Ladeluft/Luft-Kühler befindet. Da der Niedertemperaturkühler deutlich weniger Platz als ein vergleichbarer Ladeluft /Luft-Kühler benötigt, wird Raum im Frontend frei. Außerdem entfallen die voluminösen Ladeluftleitungen vom Fahrzeug-Frontend zum Motor. Insgesamt wird das Packaging im Frontend deutlich vereinfacht, was die Kühlluftströmung durch den Motorraum entsprechend verbessert.

“Wissen“

Im Vergleich zur (direkten) Ladeluft-Vorkühlung ergeben sich durch die indirekte Ladeluftkühlung folgende positive Effekte:

  • deutlich reduzierter Ladeluft-Druckabfall
  • verbesserte Motordynamik durch ein geringeres Ladeluftvolumen
  • erhöhte dynamische Kühlleistung
  • verbesserter Motorwirkungsgrad durch die Steigerung der Ladeluftdichte