[정보] 세계를 선도하는 가와사키의 기술, 슈퍼 차지드 엔진의 메커니즘이란?

[MONSTER(강동진)/78/H2]

가와사키의 엔진(SUPER CHARGED)

전후의 부흥기는 톱니바퀴나 트랜스미션 제조도 도급하는 엔진 공급 메이커였던 가와사키. 이후 이륜 메이커로서의 길을 걷는 데 있어 가와사키는 획기적인 엔진을 계속 만들어냈다.

세계를 선도하는 가와사키의 기술, 슈퍼 차지드 엔진의 메커니즘이란?

가와사키의 엔진 2021년 6월 30일 아와쿠라 게이스케 가와사키 바이크 매거진 vol.142 게재 기사(2020년 2월 1일 발매).

현재 양산차 유일의 슈퍼차저 탑재 시리즈로 오토바이계에 군림하는 닌자 H2계 모델들. 그 속도를 만들어내는 것은 바로 슈퍼차지드 엔진. 그 매력에 다가간다.

비할 데 없는 주행을 실현한 전용 설계 과급기 엔진

닌자 H2 시리즈의 최강 버전인 닌자 H2R은 클로즈드 코스 전용이지만 2020년 모델은 경이로운 310ps를 발휘했다. 공도 주행 가능한 최강 모델인 닌자 H2 카본에서도 231ps의 최고 출력을 자랑한다. 이는 현재 양산되고 있는 시판 바이크로 최고 출력이다.

닌자 H2 시리즈의 파워의 원천은 슈퍼차저. 슈퍼차저는 과급기의 일종이며, 과급기란 쉽게 말해 실린더에 강제로 공기를 보내 넣음으로써 배기량 이상의 파워를 내기 위한 메커니즘이다.

슈퍼차저는 엔진 등 동력을 이용해 흡기에 압력을 가해 과급을 한다. 다른 대표적인 과급기로 배기가스 압력을 이용해 과급을 하고 있는 터보차저가 존재하는데 터보차저는 보다 저비용의 과급 시스템으로 네 바퀴로 널리 채용되지만 구조상 리스폰스와 파워 딜리버리 제어에 어려움이 있다.

가와사키에서는 치밀한 컨트롤이 요구되는 오토바이에 터보는 적합하지 않다고 판단. 그래서 닌자 H2 시리즈에서는 오토바이 탑재를 전제로 모든 것을 신설계로 한 전용 슈퍼차지드 엔진이 개발됐다.

가와사키의 슈퍼차지드 엔진이 극히 이례적인 것은 완전 자사 제품이라는 점이다. 과급기의 심장부 과급 유닛은 사외 전업 업체로부터 조달하는 것이 일반적이다. 그러나 닌자 H2 시리즈의 엔진에서는 그 과급 유닛의 설계·생산을 모두 가와사키의 자사 내에서 실시하고 있는 것이다.

왜 과급 유닛의 자체 생산이라는 수단을 선택했는가? 그 이유는 우선 가와사키가 단순한 오토바이 제조사가 아니라 다양한 공산품을 만드는 중공업 기업으로 자사 내 과급 유닛의 설계·생산이 가능했다는 점을 들 수 있다. 닌자 H2 시리즈용 과급 유닛 개발은 이 회사 가스터빈 부문과 협력해 이뤄진 것으로 알려졌다.

또 오토바이 엔진에 있어서는 과급기 장착 예는 극히 희소해 기존품을 사용할 경우 원하는 성능요건을 충족하기 어렵다. 슈퍼차저를 장착하고 숫자상의 피크파워를 기록하기만 했다면 고비용 과급유닛의 자체 생산이나 전용엔진 개발을 할 필요가 없었을 것이다.

하지만 남다른 파워를 발휘하는 슈퍼차지드 엔진 탑재 차량을 많은 사람들이 즐기기 위한 시판 차량으로 성립시키기 위해서는 필수적인 수단이었을 것이다. 닌자 H2 시리즈는 가와사키이기 때문에 만들 수 있었던 희귀한 존재인 것이다.

파워형 슈퍼차지드 엔진

현재 가와사키는 파워형 슈퍼차지드 엔진과 밸런스형 슈퍼차지드 엔진을 양산차에 채택하고 있다. 앞서 개발이 진행된 것은 파워형으로 닌자 H2R과 닌자 H2에 탑재됐다. 파워형은 이름 그대로 동력 성능을 중시한 캐릭터로 파워감 넘치는 과격한 가속력이 큰 특징이다.

과급기의 구동 기구

닌자 H2 시리즈의 슈퍼차저는 크랭크 샤프트에서 동력을 꺼내 과급을 한다. 크랭크 샤프트에 설치된 기어가 중간축을 구동. 체인을 통해 유성 기어를 회전시켜 최종적으로 임펠러를 회전시키고 있다. 닌자 H2의 경우 크랭크 샤프트가 1만4,000rpm으로 돌 때 중간축은 약 1만6,000rpm. 거기에서 유성 기어로 대폭 증속되며, 임펠러의 회전수는 13만 rpm의 초고회전에 이른다.

덧붙인 것이 아니라 슈퍼차저 장비를 전제로 한 설계가 실현된 과급기 부착으로서는 이례적으로 콤팩트한 닌자 H2 시리즈의 엔진

원심식 슈퍼차저의 심장부 임펠러. 단조 알루미늄 블록에서 초정밀 절삭된다. 블레이드 면에는 정류 효과를 갖는 홈도 새겨져 있다.

임페라는 유성 기어로 구동. 스텝업 기어로 1.15배로 증속한 크랭크 샤프트 회전수를 8배로 증속, 10만 rpm이 넘는 고회전으로 흡기를 압송.

크랭크 샤프트에 설치된 기어가 중간축을 구동. 체인을 통해 유성 기어를 회전시켜 최종적으로 임펠러를 회전시키고 있다

알루미늄 인테이크 챔버

자연흡기 엔진에서는 공기청정기 박스에 해당하는 부품. 공기청정기 박스에서 일반적인 수지제에서는 과급에 의해 변형되어 기밀성이 없어지거나 과급압의 손실을 초래하기 때문에 강성이 높은 알루미늄제로 여겨진다. 방열성이 뛰어나고 흡기 온도도 저감한다

슈퍼차지드 엔진의 과급 유로

슈퍼차저에 의해 압축한 공기를 4개의 실린더에 균등하게 공급하는 것을 노리고, 과급 유닛은 실린더 배면의 중앙에 배치된다. 슈퍼차저 전용 설계 엔진이 가능한 이상적인 레이아웃이다.

들숨에는 램 에어 시스템을 사용. 닌자 H2R은 카울 좌우의, 닌자 H2/H2SX는 왼쪽 덕트에서 흡기한다.

전면에서 도입한 공기는 차체 왼쪽에 마련된 부드러운 흡기를 노린 직선적인 형상의 덕트를 통해 과급 유닛으로 인도된다.

균형형 슈퍼차지드 엔진

닌자 H2 SX에 탑재되는 밸런스형 슈퍼차지드 엔진은 빠르기뿐 아니라 다루기 편리함과 연비 향상이 컨셉트다. 닌자 H2를 기반으로 하는데 과급 유닛을 비롯해 실린더 헤드와 캠 샤프트, 흡배기계에 이르기까지 많은 부분에 전용 부품을 사용한다. 무게가 실린 것은 무과급 상태에서의 압축비 향상. 닌자 H2에서 25%의 연비 향상과 200ps의 하이파워를 양립시켰다.

닌자 H2 SX의 엔진은 닌자 H2의 단순한 디튠이 아니다. 열효율 향상으로 연비 향상, 발열량 저감, 배기음량 저감 등 많은 부분에서 닌자 H2로부터 변경을 받는다.

피스톤은 크라운 형상을 변경. 초고온역에서의 강도와 형상의 자유도 높이에서 주조 제조법을 선택한다. 독자적인 주조 공정을 채용함으로써 단조 제조법과 동등한 가벼움과 고압축 대응의 강도를 확보

인테이크 챔버는 엔진 특성에 맞게 최적화돼 용량을 닌자 H2의 6l에서 5l로 변경했다. 디퓨저를 설치하여 과급 효율을 높이고 펀넬 길이도 변경

흡배기 포트와 연소실의 형상은 일상 사용에서의 취급 용이성을 노리고 변경되었다. 압축비는 닌자 H2의 8.5:1에서 11.2:1로 대폭 고압축화된다.

임펠러 날개 형상의 차이

임펠러는 균형형 전용품. 실동시 매우 고압축이 되는 과급엔진에 있어서 노킹대책은 중요한 과제. 그 대책 중 하나가 흡기 온도를 낮추는 것. 닌자 H2 SX 엔진에서는 흡기 유량이 떨어지는 저중회전 영역에서도 부드럽게 흡기가 흐르도록 임펠러 날개의 각도와 길이가 변경됐다.

슈퍼차지드 엔진의 변천

2015년 충격적인 데뷔를 한 닌자 H2/H2R. 현재 닌자H2는 라인업이 되어 있지 않으며 2017년 등장한 닌자H2 카본이 스탠다드 모델이다. 2018년에는 투어러 모델 닌자 H2 SX가 등장하고 2020년에는 슈퍼 네이키드 Z H2가 출시된다. 닌자 H2 시리즈의 향후 전개도 기대된다.

[2015 Ninja H2] 전대미문의 슈퍼차저 탑재 시판 스트리트 바이크로 전 세계적으로 큰 반향을 일으킨 머신. 닌자 H2R과 동시에 발표되었다.

[2015 Ninja H2R] 제약 없이 가와사키 중공업 그룹이 가질 수 있는 기술을 집약시킨 클로즈드 코스 전용 모델. 어퍼 카울의 윙렛은 350km/h 초과 초고속 주행을 위한 장비.

[2018 Ninja H2 SX] 빠르기에 편안함을 더한 닌자 H2 시리즈의 스포츠 투어러. 호화 장비인 SE. 동시 데뷔. 추가 모델인 SE+ 전자식 서스펜션이 있습니다

[2017 Ninja H2 CARBON] 카본제 카울이나 올린즈제 리어 쇼크 장비의 모델로 등장. 현행형 최고출력은 231ps로 올리고 균형형 기술이 피드백된다.

[2020 Z H2] 2020년부터 발매된 슈퍼 네이키드. 전용 세팅의 균형형 슈퍼차지드 엔진을 신설계 트렐리스 프레임에 탑재한다


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[MONSTER(강동진)/78/H2]

아놔 중요한 자료 같아서 시간 들여서 글, 사진 하나하나 작성하고 등록 눌렀더니 오류나서 올릴수 없다고 나옴ㅡ.ㅡ;; 같은 작업 또해서 겨우 올렸네요^^;;

[김윤진[마음은20]]

수고 했습니다
3년 전 미국쪽 바이크 잡지의 설명보다 훨씬 디테일하게 서술되었네요

[MONSTER(강동진)/78/H2]

아와쿠라 게이스케 가와사키 바이크 매거진에서 쓴거라 더 자세히 기재된것 같습니다^^