Mazda RE Hydrogen - Jedeme na vodík !

Vývoj vodíkových pohonů začal u Mazdy už počátkem devadesátých let. Byly to nejen rotační motory na vodíkové palivo, ale rovněž vodíkové palivové články. Mazda postupně vyvinula dvoupalivový systém s přepínáním vodík/benzin, jenž úspěšně aplikovala na čtyřmístné sportovní kupé RX‑8, jediný automobil na světě, vyráběný sériově s rotačním motorem. V srpnu 2006 tato vozidla v norském Stavangeru předvedla novinářům. Nebyli jsme tam, avšak z vyprávění zahraničních kolegů víme, že největším problémem byl příliš velký rozdíl výkonu při spalování vodíku, téměř poloviční proti benzinu, ale největším kladem naopak provoz bez emisí, kdy z výfuku vychází jen vodní pára. Mazda dodala první vozy klientům do zkušebního provozu v Japonsku už na jaře 2006, během Tokijského autosalonu 2007 jsme je viděli jezdit po Tokiu. Dalším počinem mají být v těchto dnech dodávky třiceti automobilů RX‑8 Hydrogen RE pro zkušební provoz v Norsku. Vývoj však neustává, následnou fází je hybridní Mazda 5 Hydrogen RE Hybrid, u níž se zásluhou přídavného elektromotoru zvýšil výkon o 40 procent proti vodíkové RX‑8 se shodným typem motoru, a dojezd dokonce na dvojnásobek (ze sta na dvě stovky kilometrů), samozřejmě ve vodíkovém módu. Ještě letos bude zahájen leasing těchto hybridů vybraným japonským zájemcům.

Už první vodíkový automobil Mazda HR‑X, jehož futuristická karoserie vzbudila pozornost na Tokijském autosalonu 1991, byl poháněn rotačním dvourotorovým motorem. Akihiro Kashiwagi, manažer vodíkového programu Hydrogen RE u společnosti Mazda Motor Corporation, považuje tento druh spalovacího motoru za mimořádně vhodný i pro spalování vodíkového paliva. Vodíkový rotační motor vypouští jen vodní páru. Nemá sice takovou účinnost jako palivový článek, ale svou stavbou je bližší klasickému zážehovému motoru, takže jeho výroba je snazší, a také má méně problémů se životností a spolehlivostí, prohlašuje Kashiwagi, a dodává: Ve srovnání s palivovými články mohou dvoupalivové motory s přepínáním na vodík a benzin hrát významnější roli při přechodu ke společnosti, jež začne využívat vodíkovou energetiku. Proto se Mazda na tyto dvoupalivové jednotky zaměřila. Vozy normálně jezdí na vodík, ale alternativa benzinu zaručuje větší komfort pro řidiče, který se nemusí obávat, že vodík dojde, či že nevystačí k jízdě do míst, kde ještě nejsou vodíkové čerpací stanice. Mazda tento systém nazývá Dual-Fuel, inovativní řešení, jaké zatím není pro vozidla s palivovými články k dispozici.

A jaké jsou hlavní rozdíly mezi vodíkovým palivovým článkem a motorem spalujícím vodíkové palivo? Palivový článek generuje elektrickou energii chemickou reakcí vodíku a kyslíku ze vzduchu, kdy odpadním produktem je voda (vodní pára), přičemž automobil s palivovými články je čistý elektromobil, u něhož elektrickou energii dodávají palivové články a nikoli klasické akumulátory. Vodíkový spalovací motor pracuje jako běžný motor na benzin, vodíkové palivo se vstřikuje do spalovacího prostoru a zažehuje zapalovací svíčkou, expanze plynů roztáčí rotory (či pohybuje písty) a jejich rotační (resp. vratný) pohyb se přenáší na hnací hřídel a přes převodné ústrojí pohání kola vozidla. Také v tomto případě je produktem spalování voda, resp. vodní pára. Vodík je samozřejmě nejrozšířenějším z alternativních paliv, tvoří 75 % vesmíru, ale na naší planetě je velmi vzácný v čistém stavu, jeho extrémně nízká hmotnost znamená, že se hned vypařuje (a to i z uzavřené nádrže). Nejvíc je ho v obyčejné vodě, z níž se získává elektrolýzou, čímž se molekula vody H2O rozkládá na vodík (H2) a kyslík (O2); rovněž jej lze vyrábět z organických fosilních materiálů (uhlí, ropa, zemní plyn), či jako odpadní produkt chemických reakcí při různých průmyslových procesech. Spalování vodíku je jednoduché, dvě molekuly H2 se spojí s jednou molekulou O2 a vytvoří dvě molekuly H2O, přičemž se uvolní velké množství energie. Reakce produkuje extrémně nízké množství NOx a nevytváří žádné skleníkové plyny CO2. Při napájení palivových článků vodíkem nevznikají žádné NOx a výkon je vyšší, nicméně tato alternativa je dražší a složitější.

Uspořádání rotačního motoru je vhodnější pro vodíkové palivo než provedení klasického pístového stroje, a to proto, že vysoce výbušný vodík (stačí 4 % ve vzduchu) se do rotačního motoru přímo vstřikuje při nižší teplotě a do styku s vysokou teplotou spalovací komory přichází později, neboť rotační motor má oddělené sací, spalovací a výfukové komory. Dochází tak k jeho plynulejšímu spalování s účinnějším mísením směsi bez detonačních problémů, což je rovněž výhodnější, neboť vzhledem k nízké hustotě dává vodík méně energie než benzin při stejném objemu. Přídavné trysky vodíku (v plynném skupenství) se také lépe zabudují do bloku rotačního motoru než do hlavy válců pístového stroje. Po dalších prototypech, k nimž patřily druhá generace speciálu HR‑X2 a roadster MX‑5 s vodíkovým rotačním motorem (oba 1993), se kombi Mazda Capella (obdoba typu 626 pro Evropu) stalo prvním vodíkovým automobilem, jenž prošel zkouškami na veřejných silnicích v Japonsku. Uvedení nového rotačního motoru RENESIS s bočními kanály sání a výfuku, který získal prestižní titul International Engine of the Year 2003, bylo dalším impulsem k pokračování vývoje vodíkových pohonných jednotek.

Prototyp Mazda RX‑8 Hydrogen RE, postavený na základě sériového čtyřmístného kupé s dvourotorovým motorem a pohonem zadních kol, se představil na Tokijském autosalonu 2003. Dostal dvoupalivový systém Dual-Fuel, dvě vstřikovací trysky benzinu byly v sacím potrubí jako u sériového vozu, přibyly však dva vstřikovače vodíku přímo do rotorových komor. V roce 2004 začaly jízdní zkoušky na veřejných silnicích, v dubnu 2006 (o půl roku dříve proti plánu) převzaly první dva vozy na základě leasingových smluv do zkušebního provozu vybraní klienti z Hirošimy, tedy společnosti Idemitsu Kosan, Co., Ltd., a Iwatani International Corporation, které platí za třicetiměsíční pronájem 420 tisíc jenů měsíčně (asi tři tisíce eur, včetně daně). Do konce roku 2006 vzrostl počet pronajatých vozů na deset. Proti prototypu došlo k několika změnám.

Pětistupňová manuální převodovka byla nahrazena čtyřstupňovou samočinnou se sekvenčním řazením páčkami pod volantem, což sice zvýšilo spotřebu, ale dojezd se zvětšil na 100 km pro větší nádrže vodíku 110 l; jednodušší přepínač vodík/benzin se přestěhoval pod přístrojovou desku, lze přepínat za jízdy a při provozu na vodík svítí modře, a také všechny kontrolní přístroje byly soustředěny před řidiče. V srpnu 2006 se Mazda RX‑8 Hydrogen RE představila na výstavě a konferenci o energii ONS v norském Stavangeru, bylo to první evropské představení tohoto vozu spojené s jeho předváděním v souvislosti s otevřením první norské vodíkové čerpací stanice Statoil/HyNor, kterou budou následovat další na trase mezi Stavangerem a Oslem. První export vodíkových automobilů Mazda bude letos směřovat do Norska, projekt HyNor počítá s odběrem třiceti vozů RX‑8 Hydrogen RE ještě letos. Jejich základní technické údaje uvádíme v obvyklém přehledu.

Příčný řez vozem RX-8 Hydrogen RE:
1 – rotační motor RENESIS, 2 – ukazatel zásoby vodíku, 3 – přepínač vodík/benzin,
4 – sériová nádrž benzinu, 5 – vysokotlaké nádrže vodíku



Zdroj: Automobil 09/08



MAZDA RX-8 Hydrogen RE - ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE

Čtyřmístné čtyřsedadlové kupé, typ Mazda ABA‑SE3P Kai (upravený model); vpředu podélně uložený dvourotorový motor Mazda RENESIS Hydrogen 13B Dual-Fuel, objem 2x 654 cm3, výkon a točivý moment 80 kW (109 k) a 140 N.m na vodík, resp. 154 kW (210 k) a 222 N.m na benzin; čtyřstupňová samočinná převodovka, pohon zadních kol; objem nádrže benzinu 61 l; objem vysokotlakých nádrží vodíku 110 l při tlaku 35 MPa; rozvor náprav 2700 mm; d/š/v 4435/1770/ 1340 mm; pohotovostní hmotnost 1460 kg; akční rádius 100 km na vodík a 550 km na benzin.