ヒストリー

カワサキ GPZ900R誕生秘話【エンジン編】「水冷並列4気筒、4バルブで行く。コンパクトさも追求する」

GPZ900R 試作車 カワサキ

1982年後半、開発コード990の水冷エンジンが回りだした

最終的にGPZ900Rとなる「次世代Z」開発初期、何度もテストを行った900ccの空冷並列6気筒は「スムーズすぎてバイクらしさやパンチがない」という結論となった。そこで並列4気筒路線を選択するも、エンジニアたちは振動対策に苦心する。また、空冷で高出力を狙うと当然、熱の問題も出てくる。
たどり着いたのは「4バルブの水冷並列4気筒」という解だった。

*当記事は『別冊モーターサイクリスト1984年5月号』GPZ900R 対 FJ1100の記事を再編集したものです。開発エンジニアへのインタビューは当時のものとなります。


4バルブにした目的は低速を犠牲にしないようなカムを使って、高出力を出すことだ。しかし、出力を上げていくとどうしても冷却不足になってしまう。
「コンパクトにしようと、シリンダーピッチを狭めたという要素もありますが、それは広げたからといって解決はしません。前にはエキパイがあるし、後ろにはキャブレターやエアクリーナーがあって、もともと熱伝達の悪い空気がなかなか抜けてくれないんです」(エンジン設計担当・島田和夫技術部係長)
バルブ挟み角を広くすると、ヘッドまわりの冷却はよくなるが、球形に近い、よい燃焼室ができず、高性能が望めない。

「4バルブというやつは、本質的に水冷と組み合わせないとできないという結論になりまして。結局、落ち着く所へ落ち着いたということですわ」(開発プロジェクトリーダー・稲村暁一技術部部長)。

1982年暮れに、開発コード990の水冷エンジンは回り出した。
「水冷にすると、圧縮比を上げてもノッキングが出ません。プラグ座温にして水冷なら250度からせいぜい270度。それが空冷だと、まず260度は超えて、悪いやつは300度。ノッキングは出るし、オイル消費量も非常に多くなり、各部の摩耗も激しくなります」(島田)
ウエットライナーを採用したので、シリンダーも非常によく冷えるようになった。谷田部テストコースをフルスロットルで走り続けた場合、空冷だとリッター500kmというオイル消費量が、水冷にすると5000〜1万kmも伸びるようになった。

空冷エンジンのときはセンターを通したカムチェーンを、水冷にしたときから両端へ移している。クランク左端から立ち上がるチェーンで、まずEXカムシャフトを駆動し、そのカムシャフト右端にかけたもう1本のチェーンで、こんどはINカムシャフトを駆動するという2段がけである。これは、エンジンの幅を狭くするためであったが、クラッチの位置関係などから、最終的にはクランク左端の1本のカムチェーンで駆動することになる。

水冷4気筒エンジンの試作車

水冷化された4バルブ4気筒エンジンの試作車。空冷エンジンの試作車よりも、カウル形状は量産版に近づいているが、リヤフレームはアルミキャストだった。
シリンダーヘッド上部のふくらみはカムチェーントンネル。カムチェーンは2段がけで、ヘッドに付いていたテンショナーは、完成車ではシリンダーへ移動。

カムチェーンがクランクのセンターにあると、クランクの強度が必要なためカムスプロケットを小さくできない。下のスプロケットが大きくなれば、上のカムシャフト側のスプロケットも大きくなる。カムチェーンを左端にしたことで、クランクシャフトは10mm以上短くでき、カムスプロケットも小さいものが使えるようになった。またカムチェーントンネルが中央にないことは、吸排気系路をストレートにでき、性能の向上にも役立った。

こうしてコンパクトにできたエンジンをこれまでのGPZ750Fと比較してみた。クランクケース全幅(ほぼエンジン幅)=544→451、クランクから上のエンジン高=335→312、クランクから後方のエンジン長=322→291.5(各mm)と、それぞれ短くなっている。エンジン単体の重量は78.4kg(キャブレター、エキゾーストパイプ、ラジエーター、水、オイル含まず)と、これまでの750Fの72.6kgよりいくぶん重くなった。バランサーの装着とか、バルブまわりの重量増加、ダイヤモンドフレーム採用のためのクランクケース強度確保などによるものである。
「エンジンは多少重くなりましたが、振動が減ったので、車全体としては軽くなっているわけです」(島田)

ウエットライナーのシリンダーとスリーブ。シリンダーとシリンダーの間は15mm程度しかなかった。
395mmと短く作られたクランク。左端に17Tの小さなスプロケットが見える。右端気筒のクランクウェブに切られた1次伝導ギアは、同時に2次バランサーを駆動する。
4バルブの逃げを大きくとった、複雑な形状のピストン。これで11.0という高い圧縮比を得ている。なお、ピストンリングはZ1300やGPZ1100と同様、厚さ1mmという薄型である。
ふたまたロッカーアームを用い、バルブクリアランス調整はアジャストボルトで行えるようになっている。バルブ挟み角をIN=18.5度、EX=16.4度、計34.9度と狭くし、燃焼室形状を効率化。バルブ径はIN=28mm、EX=23mm。

水冷エンジンはフレームの発想も変えた

空冷エンジンのころのダイヤモンドフレームは、ステアリングから下りるパイプでクラ ンクケースを吊っていた。ところが、水冷になり、カムチェーンが左端へ寄せられ、シリンダーピッチが狭くなると、エキパイがじゃましてフレームパイプを通しにくくなった。

「どうせダイヤモンドならヘッドを吊ってやりたいと思っていました。水漏れの問題も出 てきましたが、あとはエンジンのほうでがんばってもらうことにして……」(永安雅技術部員)。
普通はシリンダーヘッドとシリンダーの間にだけ入れるガスケットを、シリンダーとクランクケースの間にも入れたり、各締め付け部の剛性を上げるなどして水漏れは解消──。


あとは、フレームや足まわりを含めた車両全体としてのパフォーマンスだ。
エンジニアたちが目指したのは、当時の量産市販車で大きな壁となっていた最高速240km/hを上回る、250km/hオーバーの世界だった。

実際のGPZ900Rのフレーム。水冷エンジンという選択で、フレームの構造も変化していった。

原文●大光明 克征 写真●八重洲出版 編集●上野茂岐

■カワサキ GPZ900R誕生秘話【エンジン編】「当初は空冷6発、V6、空冷4発も検討・試作されていた」

2022年5月28日追記:原文の出典を補足しました。

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