Mahles neuer skalierbarer und modularer Hybridantrieb

Bedarfsorientierte Antriebs- und neue Kraftstoffkonzepte sind die Themen, mit denen sich die Powertrain-Experten derzeit befassen. Lösungsansätze bieten Systeme wie der skalierbare und modulare Hybridantrieb. Bild: Mahle

| von Götz Fuchslocher

Was soll die Automobilbranche, insbesondere die Antriebssparte, in einem Umfeld tun, in dem sich die Bedingungen und Gegebenheiten schneller überholen, als jemals zuvor? Da ist zum einen die chinesische Marktmacht, die gerade eine Art Kehrtwende beim Thema Elektromobilität vollzieht. Auf der anderen Seite sind dort eng geschnürte EU- sowie nationale Regulierungen. Und da ist die Fridays for Future-Bewegung, die zu Recht nichts weniger fordert, als Umwelt und Ressourcen zu schonen. Auf dem 7. Motorenkongress in Baden-Baden kamen im Umfeld dieser Herausforderungen am 18. und 19. Februar namhafte Player zusammen, die neue Motorenkonzepte und neue Krafstoffkonzepte diskutierten. Neben der Freude an der Präsentation neuer Entwicklungsleistungen war im Südwesten vor allem zu spüren, dass es um Aufklärung und Einordnung in der immer komplexer werdenden Welt des Antriebs und der Mobilität geht. Eine Vokabel, die in Baden-Baden immer wieder zu hören war lautete dann auch „Technologie-Offenheit“.

Eine Kluft, wie sie derzeit zwischen politischer Realität und technischer Vision bestehe, habe er in 40 Jahren Tätigkeit so noch nicht erlebt, fasste der renommierte Antriebsexperte Günter Fraidl, Senior Vice President AVL List, die Situation in Worte. Diese dürften derzeit für viele Experten bei den OEMs, Zulieferern und Engineeringunternehmen gelten. Bei CO2 stehe derzeit Populismus im Vordergrund, konstatierte der Antriebsexperte und mahnte eine Lifecycle-Betrachtung an, wenn es um ein faires Bild der CO2-Bilanzen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und jener von batterieelektrischen Fahrzeugen gehe. Eine Spitze nach Brüssel adressierte auch der Kraftstoff-Experte Markus Maly von OMV. Man benötige ein langfristiges Signal, wohin die Reise gehe. Der Energieexperte zielte damit auf die industrielle Fertigung neuer Kraftstoffe, konkret auf die der E-Fuels ab, die in der Branche einen unbestrittenen Stellhebel bieten könnten, um die ehrgeizigen Reduktionsziele mit Blick auf CO2 auch wirklich umsetzen zu können. In Brüssel werde immer der Endpunkt diskutiert, nicht aber der Weg dorthin, war indes auch von anderen Experten in Baden-Baden zu hören.

Die Antriebscommunity sieht in neuen Kraftstoffen einen der möglichen Stellhebel im mittlerweile weltweit milliardenschweren Bestand von Fahrzeugen, um spürbare Verbesserungen zu erzielen. Aber auch bei der Entwicklung neuer Konzepte könnte die Kombination aus Verbrennern – mit E-Fuel-Blends betankt – sowie E-Maschinen schnell Verbesserungen in der CO2-Bilanz bringen.

 

Gezielter Einsatz der Vorteile zweier Welten

Wie etwa ein von Mahle vorgestelltes Konzept, das die ausgewiesenen Vorteile der Verbrenner- mit der E-Antriebswelt unter einen Hut bringen soll. Längst sei man vom Metallbauer zu einem vielseitig denkenden Systemanbieter für alternative Antriebskonzepte gewachsen, hob Martin Berger, Vice President Corporate Research and Advanced Engineering beim Unternehmen, hervor.

Mit seinem Modular Hybrid Powertrain will der Stuttgarter Zulieferer zeigen, wie eine skalierbare Hybridlösung für Fahrzeuge vom B-Segment bis hin zu großen SUVs Vorteile mit Blick auf bekannte Hybridtechnologien biete. Das Geheimnis der Mahle-Idee liegt zum Teil in einer Reduzierung der Komplexität. Denn das Augenmaß richteten die Entwickler auf eine Simplifizierung des Verbrenners, da der elektrische Antriebsstrang einen engeren Wirkkreis des klassischen Motors erlaube, erläuterte Berger. Für den so genannten MMHP wurde als optimale Kombination der seriellen und parallelen Hybridarchitektur eine bimodale Hybridanordnung umgesetzt. Bei Mahle spricht man vom Dedicated Hybrid Engine (DHE). Das eingesetzte Jet-Ignition-System (MJI) besteht aus einer kleinen Vorkammer mit konventioneller Zündkerze, die im Motorbrennraum eingebaut ist. Dieses erzeugt heiße Radikalstrahlen, die im Zylinder zu einer sehr kurzen Verbrennungsdauer beitragen. Mahle stellt damit ein hohes Verdichtungsverhältnis mit hoher Abgasrückführrate her. Ansonsten wurde das für 2- und 3-Zylinder-Turbo-Benziner ausgelegte Konzept aufs Wesentliche begrenzt: Das Aggregat hat nur eine obenliegende Nockenwelle, Saugrohreinspritzung sowie Zweiventiltechnik. Die MMHP mache einen flexiblen Fahrzeugbetrieb möglich und biete zudem ein optimales NVH-Verhalten. Der Antrieb ist je nach Anwendung mit 1-, 2- oder 4-Gang-Getriebe kombinierbar. Der vollständig integrierte elektrische Traktionsmotor ist dabei stets direkt mit den Rädern verbunden. Mahle antworte damit auf die Vorgabe, bis 2030 den CO2-Ausstoß auf unter 60 g/km CO2 zu drücken, so Berger.

David Bothe, Associate Director bei Frontier Economics - Bild: fu
Der Verkehr ist nur ein Baustein zahlreicher Nachhaltigkeits-Ziele, so David Bothe von Frontier Economics. Bild: fu

Technologiebausteine für einen vielseitigen (polyvalenten) Verbrennungsmotor stellt IAV vor. Auf eine Fahrleistung von 200.000 Kilometer gerechnet, kommt nach EU 26 ein Fahrzeug des C-Segments mit Ottomotor auf 178 g/km CO2. Einem batterieelektrischen Fahrzeug werden jedoch 0 g/km zugerechnet. Inklusive der Produktion und End of life-Betrachtung komme das BEV jedoch auf 124 g/km, zeigte Michael Rieß von IAV auf. Um diese auf 54 Gramm reduzierte Kluft zu schließen, könnten dem Verbrennungsmotor multiple Strategien helfen, die dessen Wirkungsgrad merklich heben. Dazu zählen etwa die Vorkammerverbrennung, Reibunsgreduktion, Phasenwechselkühlung und das Nutzen der Abgaswärme. Für die Pluralität auf dem Weg zum großen Ziel warb Christian Beidl, Leiter des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen an der TU Darmstadt. Auch er mahnte zu einer Lebenszyklusbetrachtung der Antriebe. Dann finde etwa auch der Kunde und indirekt der Ramp-up Berücksichtigung. Als einen Denkansatz nannte er die Technologipfade aus batterielektrischen Antrieben, Kraftstoffen der nächsten Generation, Hybriden und Wasserstoffantriebe sowie Advanced Combustion Engines.

Deutschland nimmt beim Verkehr mit Blick auf CO2 weltweit eine verschwindend kleine Rolle ein. Diese liegt laut dem Energieberater Frontier Economics bei etwa 0,36 Prozent. Auch diesen nur kleinen Wirkhebel dürfe man freilich nicht vernachlässigen. Es gelte jedoch übergeordnete Ziele auszugeben und vom Denken in Sektoren wegzukommen, so David Bothe, Associate Director bei Frontier Economics. Neben dem Verkehr gebe es weitere 16 ebenso umfassende Nachhaltigkeitsziele, verdeutlichte der Experte den Blick aufs Ganze und zoomte wieder hinein in den Bereich Mobilität: Nationales Denken führe dazu, dass man nur dort optimiere, wo entsprechend bestraft werde. Andere Sektoren und Geographien seien aber ebenso wichtig. Bothe mahnte daher zum besonnen Einsatz des verbleibenden CO2-Budgets. Anders als bei Schadstoffen, die man punktuell eliminieren könne, sei CO2 ein Invest in die Zukunft, bei dem es einen Return on Invest gebe.

Tests synthetisch erzeugter Kraftstoffe - Porsche. Bild: fu
Ein wichtiger Beitrag zur CO2-Reduzierung: Tests mit synthetischem Kraftstoff aus nachhaltiger Erzeugung, wie sie etwa Porsche durchführt. Bild: fu

Den Bestand nicht zum Problem, sondern zur Lösung machen

Ein "Mehrklang" im Antrieb wird bei zahlreichen Herstellern bereits umgesetzt. So auch bei Porsche. Der Sportwagenhersteller hat neben reinen Verbrennern für die klassischen Sportwagen neue Wege in Form von Plug-in-Hybriden eingeschlagen und zeigt mit dem neuen Taycan, dass man auch im Bereich der Elektromobilität Sportlichkeit beherrscht. Dass Fahrzeuge mit Elektroantrieb mit Blick auf die Herstellung einen nicht zu vernachlässigenden CO2-Rucksack tragen und für kurzfristige CO2-Ziele daher eher keine Entlastung bieten, zeigte Karl Dums, Director Advanced Engineering Powertrain & Powertrain Strategy beim Sportwagenhersteller, auf. Sinnvoll sei es daher, Kraftsoffe weiterzuentwickeln. Porsche testet derzeit einen Kraftstoff-Blend, mit dem man neben einer Reduktion von CO2 auch die lokalen Emissionen adressiere. Man sei zwar Autohersteller und kein Energiekonzern, teste diesen eigen entwickelten Kraftstoff aber bereits erfolgreich. Porsche führt die Versuchsfahrten in einem aktuellen 911er sowie in einem Fahrzeug der älteren Baureihe 993 durch. Beide Fahrzeuge verarbeiten den Kraftstoff ohne Modifikationen. Der Porsche-Mann hob in Baden-Baden ebenfalls die Technologie-Offenheit als zielführenden Weg hervor. Mit der aktuellen Palette biete man bereits einen guten Mix, aber die Marktdurchdringung sei langsam. Wie der Experte erläutert, erneuern sich pro Jahr nur lediglich etwa fünf Prozent im Fahrzeugbestand. Daher müsse man eine Lösung finden, die den Bestand nicht zum Problem mache, sondern ihn als Teil der Lösung sehe. Enorm wichtig sei es daher, dass neue, mit dem Bestand wirklich kompatible Kraftstoffe auch bald kommen.

Neue Chancen für Zulieferer, die das Thema Kraftstoffreduzierung beherrschen

Um den neuen (Elektro-Gegen-)Wind aus China etwas einordnen zu können, gab Nicole Steiger vom Beratungsunternehmen LSC Einsicht in den Markt und das Denken Chinas. Insbesondere in den Jahren 2010 bis 2019 hätten die Chinesen die EVs und Plug-in-Hybride gepusht. Dies, um die Abhängigkeiten vom Ölmarkt zu minimieren und auch um einen technologischen Vorsprung gegenüber den Europäern zu generieren. Besonders die in China bestehenden Regularien für E-Antriebe, bei denen auch das Fahrzeuggewicht sowie die Anzahl der Sitzplätze berücksichtigt werden, hätten nun zu einem Umdenken geführt. So habe die Zentralregierung im Sommer 2019 den Regionen verboten, weitere Subventionen zur Förderung von EVs nachzuschieben. Damit hätten sich deren Produktionszahlen deutlich reduziert. Mit diesem Schwenk würden die Chinesen längst ihre Technologie-Offenheit beweisen, so die Markt-Expertin. Darin liege aber auch erhebliches Potenzial: Denn für all jene Zulieferer, die im Bereich Krafstoffreduzierung fit seien - etwa beim Thema 48 Volt - würden sich nun gute Chancen bieten.