Er is veel discussie of motorrijden elektrisch moet worden. Kawasaki gooit in die discussie nog wat olie op het vuur, want – naast twee nieuwe EV’s – lanceert het merk ook een waterstofmotor en een hybride. Het is duidelijk dat Kawasaki nog niet al haar eieren in één mandje legt.
Tekst: Peter Aansorgh
Foto’s: Constructeurs
De Europese overheid zet sterk in op elektrische mobiliteit, maar houdt toch nog altijd een deur open voor alternatieven. Het is immers maar de vraag of volledige elektrische mobiliteit technisch wel haalbaar is en of we er genoeg emissievrije elektriciteit voor kunnen opwekken. Dus is het slim om niet maar op één paard te wedden. Dat is ook wat Kawasaki doet, door met twee oplossingen te komen waarmee je ook een emissievrije zone in kunt rijden, ook al heeft de motor een verbrandingsmotor. De eerste is een waterstofmotor, de tweede een hybride.
Soorten hybride
Nu zijn hybrides er in soorten en maten. Het laagste niveau van hybride is een micro-hybride. Dat is een voertuig met een stop-startsysteem: de motor slaat af voor het stoplicht en start vanzelf weer als je weg wilt rijden. De volgende stap is een mild hybrid: dat is een voertuig dat de tegenkracht van een generator gebruikt om af te remmen. De energie die de generator daarbij opwekt, wordt in een batterij opgeslagen. Die energie wordt later hergebruikt om een elektromotor aan te drijven, die de verbrandingsmotor ondersteunt bij acceleratie. Daar wordt een motor zuiniger van, vooral in stadsverkeer. En minder verbruik betekent minder CO2-uitstoot.
Ga je nog een stapje verder, dan kun je de elektromotor ook gebruiken om er puur elektrisch mee te rijden, bijvoorbeeld om de ‘last mile’ door de milieuzone te rijden. Dan heb je dus een full hybrid. Maar ook daar zijn soorten van. Je hebt er waarbij je kunt kiezen of je op de verbrandingsmotor of op de elektromotor rijdt. Dat heet een parallelle hybride. Er zijn ook seriële hybrides: daarbij drijft de verbrandingsmotor een dynamo aan, die vervolgens een elektrisch voertuig van energie voorziet. Ze staan in serie, de verbrandingsmotor kan de wielen dus niet direct aandrijven. Zijn we er dan? Nee, want er zijn hybrides, die hun elektrische energie alleen uit de generator halen, maar er zijn er ook die je thuis aan de stekker kunt opladen. Dan heet het een plug-in-hybride.
Kawasaki
Kawasaki heeft dus inmiddels een hybride in het gamma. Deze HEV (Hybrid Electric Vehicle) koppelt een 451 cc paralleltwin aan een elektrische tractiemotor en een batterij. Daarmee zijn drie rijmodi mogelijk: sport-hybrid, eco-hybrid en low-speed EV. In de laatste stand kun je ook een stukje puur elektrisch kunt rijden. Dat maakt hem dus een echte full-hybrid van de parallelle soort.
De acceleratie van de nieuwe hybride van Kawasaki zou vergelijkbaar zijn met die van een 1.000cc-supersportmotor.
De nieuwe hybride van Kawa is leverbaar als Ninja 7 Hybrid of als Z 7 Hybrid. Dat betekent dat het om een motorfiets gaat die prestaties levert die vergelijkbaar zijn met een conventionele 700c-machine. Wanneer de E-boost-functie is ingeschakeld, levert de motorfiets dan ook 51,1 kW, oftewel 70 pk. Maar dat vertelt niet het hele verhaal. Doordat de elektromotor bij de acceleratie ondersteunt, en een elektromotor vanaf 0 maximale trekkracht kan leveren, is de acceleratie – volgens Kawasaki – vergelijkbaar met die van een 1.000cc-supersportmotor. En dan is er ook nog een verbruik van 3,7 liter per 100 km mogelijk.
Paralleltwin
Het conventionele deel van de hybride-aandrijving wordt verzorgd door een tweecilinder lijnmotor met dubbele bovenliggende nokkenassen en acht kleppen per cilinder. De cilinderinhoud bedraagt 451 cc uit een boring x slag van 70,0 x 58,6 mm. Zoals de meeste twins van Kawasaki staan de kruktappen in een offset van 90°, waarmee een ontstekingsinterval van 270-450° wordt gerealiseerd, gelijk aan dat van een 90° V-Twin. Een enkele balansas zorgt ervoor dat de trillingen grotendeels worden geëlimineerd.
Voor een goede warmteoverdracht naar het koelsysteem heeft Kawasaki gekozen voor een aluminium motorblok met een opendeck-ontwerp. Het blok heeft geen cilinderbussen, maar een slijtvaste coating, die direct op het aluminium van de cilinderwanden is aangebracht. De lucht wordt toegevoerd via 36 mm valstroom gasklephuizen, waarvan de gaskleppen via een ride-by-wire-systeem worden bediend. De twee inlaatkelken hebben een verschillende lengte voor optimale cilindervulling bij hogere toerentallen. De benzine wordt verneveld via injectoren met zeer kleine gaatjes, waar benzinedruppels van slechts 60 μm uitkomen, voor een snelle en volledige verdamping. De injectoren zijn dicht bij de inlaatpoorten geplaatst voor een snelle gasreactie. Het mengsel wordt ontstoken door slijtvaste iridium bougies, met er direct op geplaatste Denso-bobines. Het resultaat is een krachtbron die 43,5 kW (59 pk) aan 10.500 opm levert bij een maximum koppel van 43,6 Nm aan 7.500 opm.
ISG
De meeste motoren hebben een aparte generator en een aparte startmotor. Ik zeg bewust generator en niet dynamo, want generatoren maken wisselspanning en dynamo’s gelijkspanning. Moderne motoren hebben meestal generatoren. Kawasaki gebruikt op deze Ninja een ‘integrated starter-generator’, afgekort ISG. Dat is een generator die ook als elektromotor kan worden gebruikt. De ISG dient als startmotor en om de motorfiets aan te drijven. Daarnaast wordt hij gebruikt als generator om de accu tijdens het rijden via de verbrandingsmotor op te laden of om die op te laden door de motorfiets op de generator af te remmen. Zo wordt de kinetische energie opgeslagen in een 48V lithium-ionbatterij. Die is onder het zadel geplaatst, vlak bij het zwaartepunt. Een AC/DC-convertor zorgt ervoor dat de wisselspanning van de ISG wordt opgezet in een gelijkspanning voor de accu en vice versa wanneer de ISG als motor werkt. De Ninja 7 Hybrid heeft ook een DC/DC-convertor, die de 48V van de batterij omzet in 12V voor het boordsysteem. De batterij kan overigens niet via het stopcontact worden opgeladen.
De 50,4V ISG heeft een permanente magneet en is aan de linkerzijde achter de krukas geplaatst. Met het oog op de koeling is er speciaal voor de tractiemotor een extra radiator voor de gewone koelradiator geplaatst. Het vermogen van de ISG wordt via een ketting naar de ingaande as van de transmissie overgebracht, het vermogen van de krukas via een primaire tandwieloverbrenging. Een door een ECU gestuurde koppeling zorgt ervoor dat de overgang van de ene naar de andere krachtbron naadloos verloopt. De ISG heeft een continuvermogen van 7 kW bij 2.800 opm met een koppel 23,9 Nm. Het maximum vermogen is 9 kW aan 2.600 tot 4.000 opm, het maximum motorkoppel 36 Nm aan 0-2.400 opm.
Automatische versnellingsbak
Het vermogen van de ISG en de verbrandingsmotor wordt naar het achterwiel gebracht via een gerobotiseerde zestrapstransmissie, waarmee je zowel automatisch als handmatig kunt schakelen. De bak kent een afwijkend schakelpatroon: N-1-2-3-4-5-6, waar een conventionele motor 1-N-2-3-4-5-6 heeft. Er is geen koppelingshendel, de koppeling wordt hydraulisch bediend via een ECU en een servoklep, die oliedruk doorlaat naar een servocilinder op de koppeling. De olie wordt toegevoerd via een aparte oliepomp, die op de ingaande as van de transmissie is geplaatst, zodat hij ook werkt als de verbrandingsmotor niet werkt. De ECU bepaalt in de automatische stand wanneer de koppeling koppelt en ontkoppelt, en stuurt ook de elektromotor aan, die de verschillende versnellingen in- en uitschakelt. De ECU gebruikt daarbij een algoritme dat prioriteit geeft aan een laag brandstofverbruik. In Automatic Transmission (AT) kun je wel zelf op- of terugschakelen, de bak gaat dan over in de handmatige MT-stand. De mogelijkheid om voor AT of MT te kiezen hangt af van de modus. In de MT-stand kun je gebruikmaken van Automatic Launch Positon Finder; de transmissie schakelt dan automatisch terug naar de eerste versnelling wanneer je stopt. Die ALPF, zoals dat systeem heet, kan desgewenst worden uitgeschakeld. De neutraalstand wordt normaal niet gebruikt, maar wordt enkel ingeschakeld als de rijder hier bewust voor kiest wanneer de motor stilstaat.
De Kawasaki Ninja 7 Hybrid heeft drie rijmodi, waartussen je zelfs tijdens het rijden kunt wisselen.
Rijmodi
Zoals al vermeld heeft de Kawasaki Ninja 7 Hybrid drie rijmodi, waaruit de rijder kan kiezen en waartussen hij zelfs tijdens het rijden kunt wisselen. De meest actieve is de sport-hybrid-modus. In die stand geniet de rijder het maximale vermogen dat de elektromotor en de verbrandingsmotor samen kunnen leveren. De verbrandingsmotor werkt altijd en er is gedurende maximaal 5 seconden een e-boost van 7,6 kW extra beschikbaar. In deze modus moet je als rijder altijd zelf schakelen.
De meest spaarzame stand is eco-hybrid. In deze modus trekt de motor vanuit stilstand in elektrische modus op en schakelt rond de 2.000 opm over naar de verbrandingsmotor. Zo beschikt de motor meteen over een stop-startfunctie. Verder is er in deze modus geen e-boost beschikbaar. In eco-hybrid kan de rijder wel zelf kiezen tussen handmatig of automatisch schakelen.
De derde modus is de EV- modus. In die stand rijdt de motor puur elektrisch en schakelt hij niet verder op dan de vierde versnelling. De EV-modus kan ook niet worden ingeschakeld wanneer je in de vijfde of zesde versnelling rijdt. De topsnelheid bedraagt 25 km/u. Wat voor actieradius je in deze modus kunt halen, geeft Kawasaki niet op.
Naast de diverse rijmodi heeft de Kawasaki Ninja 7 Hybrid ook nog een zogenaamde walk-modus. Die kan je bij stilstand inschakelen. De motor kruipt dan met maximaal 3 km/u vooruit wanneer je gas geeft, en achteruit wanneer je het gas voorbij de nulstand terugdraait.
Actieradius
De hybride aandrijflijn van de Ninja 7 Hybrid is 25° voorover gekanteld voor een betere gewichtsverdeling en een laag zwaartepunt. Hij is opgehangen in een vakwerkframe van stalen buizen, dat aan de voorzijde wordt afgeveerd door een conventionele 41 mm telescoopvoorvork. De achterzijde heeft een monoschokdemper, die via een Uni-Trak linksysteem wordt bediend. De hele motor weegt 227 kg rijklaar en heeft een brandstoftank met een inhoud van 14 liter. Daarmee kan de Ninja 7 Hybrid in sport-hybrid-modus 350 km halen (4,0 l/100 km), in eco-hybrid- modus is dat 378 km (3,7 l/100 km).
De tweede pijl op de milieuvriendelijke Kawasaki-boog is een motorfiets op waterstof. Geen elektrische motor met een brandstofcel, maar een waarvan de verbrandingsmotor wordt gevoed door waterstof. Dat kan, want waterstof is een uitstekende motorbrandstof. Het ontsteekt graag, beter dan benzine zelfs: om een benzine-luchtmengsel aan te steken is een bougievonk van 0,24 mJ nodig. Voor waterstof volstaat een vonk van 0,02 joule (bron: H2-rijders). De ideale lucht-brandstofverhouding ligt op 34:1; voor benzine is dat 14,7:1. Maar waar benzine snel slechter ontsteekt als je het mengsel verarmt, kun je met waterstof tot een verhouding van 180:1 gaan. Het pingelt ook niet snel: de zelfontstekingstemperatuur ligt op 500 °C, bij benzine is dat 230 C°. Het octaangetal van waterstof ligt daarmee op 120. De vlamfronttijd is dan ook superkort.
Waterstof is een uitstekende motorbrandstof die graag ontsteekt, beter dan benzine zelfs.
De waterstofmotor van Kawasaki is een viercilinder-lijnmotor met een supercharger, die grote gelijkenis vertoont met de H2-motor. Daar zit enige logica in. In principe is het rendement van een motor afhankelijk van het thermodynamisch kringproces. Dat is de manier waarop de drukopbouw verloopt ten opzichte van de slag. Die is afhankelijk van de compressieverhouding en de manier waarop het brandstofmengsel verbrandt. Bij een benzinemotor wordt het mengsel in het bovenste dode punt ontstoken, waardoor er een druksprong optreedt. Bij een diesel verbrandt de brandstof als ze wordt ingespoten, gedurende een aantal krukgraden. Dat is gelijkmatiger, en daardoor mis je een stukje piekdruk. Maar omdat de compressieverhouding veel hoger is – zo’n 22:1 ten opzichte van 12:1 voor benzine – is het rendement toch hoger. Een benzinemotor haalt 25 tot 35%, een diesel 30 tot 50%. Daardoor is een diesel zuiniger. Waterstof kan die hoge compressie aan, dus zou het voor de hand liggen om voor een hoge compressie te gaan. Daarvoor is echter een relatief lange slag nodig, en dat geeft een laagtoerig karakter, waar motorrijders niet warm voor lopen. Een kortere slag met hogere toerentallen is veel dynamischer. Met behulp van drukvulling kun je echter toch een hogere einddruk bereiken en dus het rendement opkrikken, terwijl de drukvulling ook voor meer lucht zorgt – en dus voor meer vermogen. Nadeel van dit concept is dat waterstof een hoge verbrandingstemperatuur geeft en dat er dan stikstofoxiden ontstaan. Dat is dus niet ideaal, vooral als je het vergelijkt met de brandstofcel, die alleen maar water produceert. Met gebruik van een oxykat en een SCR-katalysator kan in theorie echter 99% van die NOx worden afgebroken.
Tanks
Kawasaki levert een mooie ghostview van zijn waterstofmotorfiets, waarbij de motor is voorzien van zijkoffers, die elk vijf waterstoftanks bevatten. Gegevens zijn er niet, maar als ik een ruwe schatting maak en veronderstel dat elke tank 3 liter bevat, dan zou je dus 30 liter bij je hebben. Met 700 bar zou dat neerkomen op ongeveer 1,2 kg waterstof, dus een inhoud van 40 kWh aan energie. Een Toyota Mirai-auto gebruikt 0,79 kg waterstof per 100 km. Als we even aannemen dat een motorfiets zo’n 30% zuiniger is dan die SUV, dan zou je een actieradius van pakweg 195 km hebben. Da’s krap, en het is natuurlijk ook niet handig als je koffers vol tanks zitten in plaats van vakantiebagage. Maar je kunt natuurlijk altijd nog een dikke topkoffer monteren.
Hamvraag
De hamvraag is natuurlijk: wordt het wat, of wordt het niks? Er zijn een aantal argumenten pro: waterstof is snel te tanken. Hernieuwbare bronnen leveren hun energie niet altijd op de momenten dat we die nodig hebben, dus dat verschil moet je zien te overbruggen. Dat doe je door elektriciteit op te slaan, en dat kan door er waterstof van te maken. Een ander probleem is, dat we meer energie nodig hebben dan we zelf hernieuwbaar kunnen opwekken. Dus zal die energie ergens anders vandaan moeten komen, bijvoorbeeld van zonnepanelen in de Sahara. Voor het transport zullen van die energie e-fuels gemaakt moeten worden, die in tankschepen naar Europa komen. Dan kun je er waterstof van maken. Er zijn echter ook minpunten. Als je een verbrandingsmotor op waterstof laat lopen, combineer je de twee minpunten van de verschillende systemen: een laag rendement bij de productie van waterstof en het slechte rendement van de verbrandingsmotor. Elektrisch rijden vraagt ‘well-to-wheels’ grofweg de helft van de energie.
Politiek
Veel is afhankelijk van de politiek, en dus van lobby’s, symboolpolitiek en handelsbelangen. Voorlopig heeft Europa de verbrandingsmotor nog niet verboden voor tweewielers en vrachtwagens. De vraag is echter of het ‘gevaar’ wel uit die hoek komt. In dit verenigd Europa heeft elk land zijn eigen wetten en regels, en in elk land doet elke gemeente wat ze zelf wil. Amsterdam weert vanaf 2025 al allerlei types verbrandingsmotoren en wil vanaf 1 januari 2030 een volledig uitstootloze zone hebben. In Nijmegen mogen vanaf 2028 geen brommers en bromscooters met verbrandingsmotor mee de stad binnen. In Arnhem mogen nu al geen diesels de stad in met Euro 3 of minder. In Brussel, Antwerpen en Lyon mogen Euro 4-diesels niet meer naar binnen. Parijs zou vanaf 2030 helemaal geen verbrandingsmotoren meer toestaan – dus blijkbaar ook niet op waterstof – en zo volgen er steeds meer steden met hun eigen verboden. Het is dus de vraag of Europese gemeentes de waterstofverbrandingsmotor als emissievrij gaan zien en of ze een hybride wel tolereren als die elektrisch de milieuzone in rolt. Anders komen we in de situatie waarin je van de EU wel zo’n motor mag kopen, maar je er nergens mee mag rijden en er zelfs niet mee thuis kunt komen. Combineer dat met het feit dat de elektrische motorfiets een snelle ontwikkeling doormaakt, overal geaccepteerd wordt en dat er betere batterijsystemen in aantocht zijn, en ik denk dat de EV de strijd uiteindelijk gaat winnen.