Mahle eWHR: Abwärmerückgewinnung liefert Energie

Die größte Einzelmaßnahme zum Erreichen künftiger CO2-Ziele ist die Abwärmerückgewinnung: Mit diesem selbstbewussten Satz fassen die Mahle-Entwickler um Projektleiter Hannes Marlok eine Abhandlung zum eigenen eWHR-System alias "Boost Box" zusammen. Dabei rührt das "e" daher, dass Mahle einen elektrischen Ansatz verfolgt und die gewonnene Energie ohne direkte Anbindung an den Dieselmotor über einen Generator einspeist. Zwar attestiert Mahle mechanisch gekoppelten Systemen grundsätzlich eine leicht effizientere Wirkungsgradkette, die bei der eWHR-Lösung aber unter anderem durch die Unabhängigkeit von der Motordrehzahl und somit optimal wählbaren Betriebsbereichen kompensiert werde. Zudem lassen sich laut Mahle so die Fahrzeugschnittstellen vereinfachen und die Kosten für den Serieneinsatz oder als Retrofit-Lösung reduzieren.

Beim Prototyp kam ein Mild-Hybridsystem hinzu

In erster Linie aber kann das eWHR-System die elektrische Leistung auch im Schubbetrieb speichern und nach Bedarf abrufen. Dazu braucht es natürlich entsprechende Speicherkapazität, weshalb Mahle den Versuchsträger, einen Volvo FH 460, mit insgesamt zehn Supercaps mit einer Gesamtkapazität von rund 500 Wh für ein 48-Volt-Bordsystem bestückt hat. Sie füllen beidseitig die Außenstaufächer, auf der Beifahrerseite sogar turmhoch gestapelt in die Kabine hinein. Und weil es bei derzeitigen Fernverkehrsfahrzeugen mit elektrischen Verbrauchern für die eWHR-Leistung noch relativ dünn aussieht, kam beim Prototyp auch noch ein Mild-Hybridsystem hinzu. Jenes verfügt über einen 13-kW-E-Motor, der am Nebenabtrieb des Dieselmotors montiert ist und im Schubbetrieb, parallel zur eWHR-Box, ebenfalls das 48-Volt-Speichersystem füllt. Teilweise, so bestätigen es die Aufzeichnungen im Test, "konkurrieren" die Systeme, also Rekuperation und WHR, sogar darum, die vorhandenen Caps zu füllen. Der Speicherplatz darf also gern noch zulegen, so um die 3 kWh sollten es schon sein. Vom elektrischen Ansatz abgesehen basiert auch das eWHR-System auf einem Rankine-Zyklus, wie man ihn aus (Dampf-)Kraftwerken kennt und den auch andere Hersteller bereits in Fahrzeuganwendungen erprobt haben.

In der serienmäßigen Umsetzung scheiterte das Konzept bislang aber an einem misslichen Dreiklang aus Kosten, Gewicht und Bauraum. An dieser Stelle setzt das Konzept der "Box" an: Alle Kernkomponenten, also Kondensator, Lüfter, Rekuperator, Verdampfer, Expander und Generator, sind in einem kompakten Gehäuse in unmittelbarer Nähe zur Abgasnachbehandlung zusammengefasst. Als relativ simple, aber wirkungsvolle Maßnahme wird außerdem die Abgasleitung isoliert, um keine Wärme zu verschwenden – was im Zusammenhang mit der SCR-Abgasreinigung generell eine Überlegung wert sein sollte. Beim Arbeitsmedium des WHR-Systems hat Mahle das bislang übliche Ethanol übrigens zu den Akten gelegt. Als Mittel mit den insgesamt ausgewogensten Eigenschaften, was die Leistungsabgabe des Systems ebenso anbelangt wie die Dimensionierung des Verdampfers, gilt den Entwicklern nun Cyclopentan.