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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, indem man die natürliche Eigenschaft von Fluiden ausnutzt, bei geringeren Temperaturen ein geringeres Volumen anzunehmen, wodurch mehr Luft in die Zylinder geladen werden kann.
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Ladeluftkühlung kommt bei aufgeladenen Motoren zum Einsatz. Die Verdichtung (polytrop) führt neben der Druckerhöhung auch zu einem Temperaturanstieg des Massenstroms.
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 Mmolar 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.
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.
