日本の気動車史
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日本の気動車史（にほんのきどうしゃし）では、日本における気動車発達過程の概略を記述する。
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[編集] 戦前期
[編集] 蒸気動車
その歴史の初期には、蒸気機関を装備した「蒸気動車」が存在し、日本でも1900年代から第二次世界大戦中まで若干が用いられていた。床上の一端に小型ボイラーを装備、この側の台車にシリンダーを取り付けて駆動するものである。
最初の例は1905年に瀬戸自動鉄道[1]が採用したフランス製の「セルポレー式自動客車」である。これは小型車であったが、当時の日本では構造複雑で使いこなせず、瀬戸線の路線条件にも合わなかったことから、すぐに放擲された[2]。
続いて1907年にはハンガリーのガンツ社の設計になる大型のガンツ式蒸気動車が関西鉄道に導入され、これを買収した国鉄及びいくつかの私鉄で使われたが、やはり高圧水管式ボイラー[3]や歯車式の駆動装置など、複雑精緻な構造が災いし、日本では使いこなせずに終わった。
比較的普及したのは工藤式蒸気動車であった。汽車製造の設計掛長であった工藤兵次郎が1909年に開発したもので、小型蒸気機関車を参考にしたかなり単純な設計[4]を用い、ガンツ式ほど性能は高くないが信頼性と扱いやすさを重視したものである。工藤式蒸気動車の最初の導入例は奈良県の初瀬軌道[5]で、この蒸気動車は廃線後、北海道の余市臨港軌道から更に小湊鉄道に譲渡、客車化されながら1952年まで残存していた。
工藤式は、鉄道院には1912年から1914年にかけて18両が導入され、その他にも三河鉄道（のち名鉄三河線）、播丹鉄道などの導入例がある。
これらは蒸気機関車同様に石炭を燃料とし、機関助手の乗務を要した[6]。ガンツ式や工藤式については両側運転台で、機関室と逆側の方向へ走行する場合、先頭側運転台の機関士はワイヤーと伝声管を介して後部機関室の助士に指示を与え、走行していた。
このように取り扱いに手間がかかることから、より運用が簡便で高効率な内燃機関を動力とする内燃動車が出現したことに伴って蒸気動車は廃れ、大半は機関部を撤去して客車化されていった。しかし、様々な事情から戦時中の燃料統制期まで蒸気動車として温存されていた一部は、原始的な機構が幸いして所定の性能発揮が可能であったため、この時期には事実上使用不能に追い込まれた内燃動車に代わって各社でフル稼働し、驚くほどの走行キロ数を記録した。中でも、鉄道省から一部地方私鉄に貸し出された車両については、老朽車であったにもかかわらず、貸出先から払い下げを再三に渡って懇願されるほどの高評価を得た[7]という。
なお、「気動車」の語源はこの「蒸気動車」の省略形[8]である。そこから転じて熱機関動力の自走客車全般の呼称となった。
[編集] ガソリンカーの出現
1910年頃から、欧米では軽量・高出力なガソリンエンジン動力の「ガソリンカー」（ガソリン動車）が広く用いられ、日本にも1920年代以降普及した。その最初は1920年に福島県の軽便鉄道である好間軌道が導入した超小型気動車である[9]。
地上設備を余り要さず初期投資費用も安いガソリンカーは、輸送量の少ない閑散鉄道路線には総合コストで有利であることから、1920年代中期以降、それまで蒸気機関車を用いていた鉄道会社や、新たに路線を建設しようとした鉄道会社での採用例が続出した。
この時代には日本各地に零細事業者による車両保有台数1、2台程度のバス会社が乱立し、中小私鉄の手強い競争相手となっていた。対抗上、増発して頻繁運転することに向いたガソリンカーがクローズアップされた。自動車の増加を背景に日本のガソリン価格は低下し、1930年代初頭にはアメリカと大差ない水準にまで下落したことも、ガソリンカー普及を後押しした。
当初は4～8m程度の木造車体が多く、定員は12人～30人程度がせいぜいであった。構造簡素化のため、運転台は片一方のみで、しかも前後進で走行性能が異なる「単端式」とされ、終点では蒸気機関車と同様、転車台で方向転換する必要があった。ガソリンカーに鋼製車体および両側運転台車、ボギー車等が出現するのは1927年[10]以降である。初期のガソリンカー・メーカーは零細な町工場ばかりで、黎明期の製品だけに、理解に苦しむほど珍奇な設計の欠陥車も少なくなかった。
[編集] ガソリンカーの一般化
不況期の気動車需要増加を背景に、1927年の日本車輌製造を皮切りとして大手・中堅車両メーカー各社も気動車製造に参入するようになる。しかし、大手製品もその初期には試行錯誤の連続であり、メカニズムやデザインに定見のある時代ではなかっただけに、零細メーカー同様な失敗作も多かった。
その中でいち早く気動車製造に参入した日本車輌（本店）は、当初単端式気動車の拡販に成功して一気にシェアを拡大したが、両運転台式気動車の開発では他社に大きく出遅れ、しばらくは合理性を欠いた奇怪な構造の両運転台式気動車の生産を続けることとなってしまった[11]。しかし、1920年代末には初期の迷走状態を脱し、機関と変速機・クラッチを車体吊り下げの機関台枠にマウントし、それらとユニバーサルジョイントで結合された、ギアボックスと一体構造のベベルギアによる逆転機を台車のトランサム（横梁）に2本の平行リンクで結合することで推進軸の回転トルクによる逆転機本体の転動を抑止[12]する、以後の日本のボギー式気動車で事実上の標準[13]となった駆動系メカニズムを確立することに成功した。これにより同社は1930年頃から比較的大型で安定した性能の気動車を生産するようになり、以後戦前を通じて気動車業界をリードした。1931年には江若鉄道向けに中型電車に匹敵する18m級120人乗りガソリンカー[14]を開発している。この時期までに技術力や営業力に乏しい零細メーカーは多くが淘汰され、以後大手・中堅メーカーにより一定水準の実用性を持った気動車が製造されるようになる。戦前の日本における私鉄気動車の両数は、1941年までに全国で300両以上に達したとされる。
国鉄におけるガソリンカーの最初は1929年のキハニ5000形であるが、重量超過の失敗作であった。続いて1931年に20m級の大形電気式ガソリンカー、キハニ36450形を試作したが、これも失敗に終わった。本格的に実用化されたのは、私鉄向け気動車設計で経験豊富な日本車輌などが開発に参画し、その設計ノウハウがもたらされた1932年開発の16m級車・キハ36900形[15]以降であった。41000形と、実質的にそのストレッチ形である1935年製造開始の19m級車のキハ42000形[16]は、合計200両以上も製造され、日本各地に導入されて好成績を収めている[17]。
戦前の日本では、私鉄気動車ではフォード社やウォーケシャ社などによる20～105PS級のアメリカ製輸入エンジンが主流だったが、国鉄ではあくまでも国産品を用いる姿勢を貫いた。そのため、日本で鉄道車両用エンジンの製造技術が未熟であった頃に製造されたキハニ5000形では、船舶用のエンジンが用いられた。1930年代に入ると国鉄気動車は鉄道省が設計したGMF13（100PS）・GMH17（150PS）の2種の国産制式ガソリンエンジンを用いるようになった。
[編集] ディーゼルカー
ディーゼルエンジンは、1894年の開発以来、1910年代まで大型船舶用などの低速大型機関しか存在しなかったが、その後、第一次世界大戦中～戦後期の技術改良により、鉄道車両に搭載しうる中型～小型の、中速・高速ディーゼルエンジンが実用化された。ガソリンエンジンよりも経済性や安全性で有利なことから、1920年代以降ドイツ等を中心に機関車や気動車用に普及した。
日本では1928年に雨宮製作所が製造した長岡鉄道[18]キロ1形が最初の「ディーゼルカー」であるが、当時の地方鉄道の技術力ではエンジンを整備・維持しきれず、しかも駆動システムも特殊[19]であったことから、すぐに一般的なガソリンカーに改造されてしまっている[20]。
当時、ガソリンエンジンは既に自動車用として普及しており、気動車にも自動車用のエンジンを流用した例が多かったこともあって、地方私鉄の研修現場における技術水準でも維持できた。しかし、ディーゼルエンジンは燃料噴射系統を中心に高度な精密機構を有し、維持管理にはガソリンエンジンよりも高い技術力を要求された。
また気動車に使用されるディーゼルエンジン自体も、1930年代前半にはMAN、ダイムラー・ベンツ、ユンカース（以上ドイツ製）、サウラー（スイス製）など少量輸入品ばかりで、エンジンも部品も高価なものであった。
長岡鉄道以後も、江若鉄道などカタログデータのみによる燃料費用節減効果に惹かれてディーゼルカー導入を試みた私鉄は幾つかあったが、その多くが燃料噴射ポンプの噴射量調整の困難に阻まれ、試作車1、2両を導入しただけで挫折している。
それでも相模鉄道（初代）、神中鉄道、加越鉄道、北九州鉄道などはディーゼルカーを一般営業運転で安定して使用するようになっていた。特に神中鉄道が1936年から1940年にかけて、国産ディーゼルエンジン（池貝・日立製）搭載のディーゼルカーを11両も導入し、実用水準に到達していたことは特筆されよう。
また日本の資本・技術で運営されていた南満州鉄道は、日本車輌製造に発注して電気式のディーゼル列車「ジテ1形」を1934年に新製し、一般旅客列車に投入して運用実績を収めている。同社は更に1937年～1938年にかけ、流体継手やトルクコンバータを変速機に用い、ドイツの大型気動車並みにエンジンを台車装架としたディーゼルカーを日本車輌で試作、試験したが、こちらは当時の時点では普及までには至っていない。
国鉄も1935年～1937年にかけてディーゼルカーを試作したが、実用水準には至らなかった。しかしその過程で、1935年には新潟鐵工所、池貝製作所、三菱重工の3社に150PS級ディーゼルエンジンを競作させており、試験結果を基にして1942年には気動車用150PSディーゼルエンジンの基本設計を完了している。戦後このエンジンは「DMH17」の呼称を与えられ、国鉄気動車用のエンジンとして広く普及した。
[編集] 代燃車・ガスカー
[編集] 気動車の新製禁止
1937年以降、日本が戦時体制に入ると、気動車の運行に必要なガソリンや軽油、重油、潤滑油等が不足するようになり、配給ガソリンにはアルコール（メチルアルコール）混入が強制化された。このような事情を背景に、1938年頃から気動車の新規製造は原則禁止され、日本国内の私鉄会社間では、中古気動車の譲渡価格が著しく高騰したという。
沿線に駐屯地や鉱山などがある一部私鉄や、外地（台湾、樺太、満州）路線向けには例外的に気動車新製が行われたが、それも1941年を最後に途絶した。そして1940年以降は国鉄・私鉄を問わず気動車の多数が使用休止状態になり、エンジンを外されて客車扱いとなった例も多かった。
[編集] 代燃車（ガス発生炉搭載車）
厳しい情勢下、自動車の分野では「代燃車」と呼ばれる薪炭ガス車が、ガソリン自動車に代わって主流となった。木炭や薪等を車載式のガス発生炉で不完全燃焼させ、発生させた一酸化炭素を主成分とするガスを燃料に、ガソリンエンジン改造機関を回して走行するシステムである。
ガス発生炉は、気動車分野でも早くから採用が試みられていた。日本の気動車で初めて木炭ガス発生炉を装備したのは1934年の流山鉄道（のちの総武流山電鉄線）キハ32号だが、ガス発生炉がまともに実用にならず失敗に終わっている。代燃車が気動車の分野において普及したのは、石油供給事情の悪化が極めて深刻となった1940年頃からで、政府からの奨励もあり、多くのガソリンカーが車体端部にガス発生装置を後付けした。
ガス発生源となる燃料の主流は木質燃料であったが、他にも中国産無煙炭や、コーライト（半成コークス）などが用いられている。国鉄では蒸気機関車のボイラーから回収されるシンダ（石炭の燃え滓）を気動車のガス発生燃料に用いる試みも行われたが、いずれも十分な成功には至っていない。
これらの固形燃料利用の気動車は、カロリー不足で本来のガソリンカーよりも大幅な出力低下を余儀なくされ、ガソリンカーであれば登り切れる勾配も、代燃車は出力不足で立ち往生するような事態が生じた。またガスから不純物を除去しきれないため、エンジンを損傷しやすかった。薪炭ガス燃料ではエンジンの始動性も非常に悪く、始動だけは配給ガソリンを使うケースや、他の気動車による「押しがけ、牽きがけ」で始動させるケースが多く見られた。
[編集] ガスカー
他に石油代替燃料による気動車としては、天然ガスなどを燃料に用いた「ガスカー」の例がある。これは千葉県、新潟県、秋田県など天然ガス資源に恵まれた地域で、1940年前後からガソリンカーを改造して出現したもので、ガスボンベ多数を床下搭載して改造ガソリンエンジンを駆動した。ガソリンカーに比べて20%程度の出力低下に留まり、エンジンへの悪影響もなく、走行性能では代燃車よりも優れていたが、ガス代が高価であること、ガス充填に時間と手間が掛かること、そして爆発の危険性など特有の問題も多かった。このため、ガス産地至近の一部国鉄路線と私鉄5社で用いられたのみで、他の地域にまで一般化はしなかった。
[編集] 代燃車の終焉
ガス発生炉は非常に使い勝手の悪い代物で、搭載した気動車自体と、それを取り扱う運転士や保守担当者双方に著しい負担を強いた。このため、戦後の一時期には外見こそガス発生炉搭載の代燃車ながら、実際は統制外（ヤミ物資）ルートで密かに仕入れたガソリンでほとんど走行していたケースもあった。例えば国鉄は戦後いち早い1946年3月、常磐線松戸～取手間にガソリンカーの運行を再開したが、その燃料は旧日本軍の本土決戦用備蓄ガソリンを横流しで入手して賄っていたという。
これら各種の代替燃料気動車は、最終的には燃料事情の改善した1951年～1954年頃までに廃れ、一部はエンジンをディーゼルエンジンに載せ替えて、ディーゼルカーに再改造された。
[編集] 戦後発展期
[編集] ディーゼルカーの一般化
日本で気動車エンジンがディーゼル機関に本格移行したきっかけは、1940年（昭和15年）に発生した、西成線（後の桜島線）安治川口駅でのガソリンカー横転火災事故とされる。100人以上の死者を出したこの大事故で、発火しやすいガソリンを燃料に用いる危険性がクローズアップされた（西成線列車脱線火災事故の項目も参照）。
日本では、第二次世界大戦中に軍用車両用の規格統制ディーゼルエンジンが開発されて国内メーカーで量産実績を収め、また国鉄も戦時中まで気動車用ディーゼルエンジンの開発[21]に取り組んでいた事情から、戦後になるとディーゼルカーが普及する。ガソリンカーのエンジンを交換してディーゼルカー化する流れは、連合軍キャンプが沿線にあって燃料の特配が受けられた江若鉄道による、1947年のトレーラーバス用機関の搭載に始まり、1950年代に入ると国鉄を筆頭として全国的なトレンドとなった[22]。また1951年以降はディーゼルカーの新規製造も盛んになった。
燃料統制の影響で、基本設計を終えながら実用に供されていなかったDMH17系機関が、1951年に実用化された。DMH17系は大型エンジンとしては実用可能な唯一の存在であったことから、以後国鉄・私鉄を問わず広く用いられるようになる。
[編集] 液体式気動車
1950年代初頭まで、日本の気動車はほとんどが、自動車同様の選択摺動式の多段変速機と手動（ないしは足動）クラッチによって速度制御を行う、「機械式気動車」であった。この方式は単純で低コストではあったが、複数車両の遠隔操作（総括制御）が不可能なシステムであり、2両以上の連結運転を行う場合には、各車両に運転士を乗務させ、汽笛かブザーの合図によって協調運転を行わなければならなかった。これでは合理化に逆行し、また実用上4両以上の長大編成は困難で、高速運転も難しかった。
1930年代には、欧米で主流であった「電気式気動車」が日本でも若干試作された。ディーゼル機関で発電機を駆動し、発生電力で電車同様に台車装架のモーターを駆動する方式で、複数車両の総括制御が容易なことが長所である。
国鉄の試作気動車2形式はいずれも失敗作であったが、南満州鉄道ジテ1形(1934)、相模鉄道キハ1000形(1935)は一定の成績を収めた。しかしこれは機器類が増え、複雑・高コストで、当時の日本のエンジン技術では重量過大でもあり、一般には普及しなかった。国鉄では1952年～1953年にも若干の電気式気動車が製作されたものの、「液体式気動車」の実用化によって以後の発展は途絶した（詳細は「日本の電気式気動車」の項を参照）。
トルクコンバータを用いた「液体式変速機」は、神戸製鋼所が1936年にスウェーデンから技術導入して試作したのが日本での最初である。変速機の構造自体は複雑であるが、機械式気動車の変速機をそのまま置き換えることができる簡易なシステムで、遠隔操作可能なことから、国鉄もこれを有望視し、早くも1940年に実車試験を行っている。しかし戦争の影響で開発は頓挫し、本格的な開発再開は1951年となった。
実用化された液体変速機を搭載した最初の液体式気動車キハ44500形は1953年に完成、当初は空転などの問題もあったが克服し、全般に軽量かつ簡素な構造で気動車の総括制御が実現できるようになった。同年から量産型の液体式気動車キハ45000系（のちのキハ10系気動車）が大量増備され、蒸気機関車牽引の長大な客車列車をも代替できる存在となったことから、気動車は一気に普及することになる。
[編集] 私鉄気動車開発の低迷
第二次世界大戦前、気動車の分野においては私鉄および車両メーカー独自の技術的開発が非常に盛んであったが、戦後は下火になった。元々気動車を用いる私鉄は中小私鉄が多く、基本的にはメーカーが技術開発をした新技術を採用するというスタンスであった。
戦前に地方で亜幹線・主要ローカル線クラスの地位にあった地方私鉄で、気動車を多数導入し成功した鉄道のうち幾つか（中国鉄道（現・JR津山線ほか）、相模鉄道（初代）（現・JR相模線）、北海道鉄道（現・JR千歳線）など）は、戦前・戦中に国家買収され、国鉄線となっていた。また、大手私鉄路線となり、すぐに電化されたケース（神中鉄道など）も見られる。
更に、国鉄の近代化に伴い、機械式変速機を装備した戦前型の国鉄気動車[23]が余剰となり、私鉄向けに大量に払い下げられるようになったことで、独自の車両開発の必要性が以前ほど強くなくなった面もある。戦前に大型車開発など革新的な試みを行った江若鉄道も、戦後は国鉄払い下げ車が主力になってしまっていた。代わって戦後の気動車導入の旗頭となったのが運炭鉄道で、液体式気動車導入の前後の時期には各社で特色ある気動車を多く導入しており、特に夕張鉄道キハ200形やキハ250形は国鉄の北海道における気動車導入拡大に大きな影響を与えたとされる。
また大手私鉄のほとんどは電化され、気動車業界で国鉄と技術競争を行う相手になり得なかった。戦後の大手私鉄で優等列車用の気動車を保有したのは名古屋鉄道、小田急電鉄、南海電気鉄道の3社のみで、何れも国鉄線乗り入れを目的としたものであり、エンジン、変速機等の動力系をはじめ、運転台機器も国鉄気動車と揃えられていた（小田急のみ、独自に東急車輛製TS-104系台車を採用した）。
国鉄がDMH17系エンジン搭載の液体式気動車を大量増備していた状況を考慮すれば、国鉄の標準型エンジン・変速機の安定した実績をそのまま利用する方が、ロット数の僅少な私鉄気動車には有利である。従って私鉄の独自性は機器面ではエンジンの180PS化（1955年）、2軸駆動台車（1955年）、流体継手の採用など、車体デザインでは優等車専用車（1955年）のほか、転換クロスシート車や通勤用車など多種多様なバリエーションに発揮された。
こうして1980年代初頭まで、日本の気動車技術は完全に国鉄主導で展開されることになり、ひいては技術的停滞の一因ともなった。
[編集] 優等列車分野への進出
機関車牽引列車よりも総合的な高速性に優れ、なおかつ編成運転を行える液体式気動車の出現は、国鉄における新たな展開を促し、すぐに優等列車への投入という形で発展した。
1953年以降、気動車による快速列車が運転されるようになり、1955年には関西本線と御殿場線で気動車準急列車が運転を開始、1956年には幅広の軽量車体を持つ準急形気動車キハ44800形（のちキハ55形）が出現して、客車と比較した場合の居住性の遜色は相当に改善された。気動車準急列車は利用客からも好評を得て1960年頃までに日本全国に普及、更に1958年からは気動車急行列車が出現した。
そして1960年には空気バネ台車と空調設備を装備し、食堂車を連結した初の特急形気動車キハ80系が開発され、東北本線特急「はつかり」に投入される。当初は故障が頻発したが後に克服し、キハ82、キシ80形を加えた改良型キハ80系は、1961年以降大量増備され、日本全国に特急網を整備する等、大きな成功を収めた。
1953年から1968年までに5000両を超える国鉄気動車が増備され、イギリスをもしのいで気動車保有世界最多を誇ったのもこの時期である。未電化路線が多かったため、地方路線の高速化・サービス向上に気動車は大量導入され、著しい実績を収めた。その意味から言えば、1960年代は国鉄気動車の最盛期とも言える時代である。
[編集] 1960年代以降の展開
1960年代以降、国鉄が主要幹線の電化を進めたことで、気動車の存在は徐々に二線級となって行く。国鉄では気動車の性能向上の試みも行われたが概して芳しくない結果に終わり、国鉄経営の悪化を背景に技術的停滞が続いた。
[編集] 大出力エンジン開発
日本の鉄道用ディーゼル機関技術は、気動車用標準型「DMH17系」（150PS～180PS）、ディーゼル機関車用標準型「DML61系」（1000PS～1350PS）[24]の実用的な成功以後、保守・堅実の傾向を強め、1950年代～1970年代を通じて、欧米からは立ち後れていた。
これらのエンジンは信頼性は高かったがサイズや排気量の割には低出力で、優等列車・勾配線用気動車や幹線用の大型機関車では、1両にエンジン2基を搭載する必要があった。このような問題を解消するため、国鉄では気動車用に過給器を装備した大出力エンジン開発の試みが続けられていた。
1959年にDD13型機関車のDMF31S系エンジン(370PS)を水平シリンダ型のDMF31HS系(400PS)に再度設計変更[25]して気動車に転用することで、キハ60系（キハ60形・キロ60形）が試作されたが、エンジン・変速機技術、特に大出力を受け止める変速機設計技術の未熟から実用化に失敗した。
1966年には、全面的に新開発されたDMF15系(300PS)およびDML30系(500PS)機関を搭載した急行形気動車キハ90系を試作、一定の成績を収める。
これに伴い、1968年にはDML30HS系機関を搭載した特急形気動車キハ181系を量産化した。このDML30HS系機関は翌1969年に、急行型であるキハ65形にも搭載された。
1970年代中期までのDML30系機関の採用例は、181系以外には急行形気動車冷房電源確保用のキハ65形、および北九州地区の快速用キハ66系（キハ66・67形）の2系列に留まった[26]。後者では当初から440PSに出力が抑制されていた。
[編集] 以降
労使紛争と国鉄経営の悪化を背景に、普通列車用気動車としては、1970年代後半以降、重い車体に非力な220PS機関を搭載した、1950年代の旧型車と大差無い低性能車のキハ40系が大量増備された。また、1979年に開発された北海道用の特急形気動車キハ183系も、搭載したDML30HS系エンジンは信頼性優先で出力抑制されており、気動車の性能向上の動きはしばらく停滞した。
1970年代には軽量、大出力が特徴のガスタービンエンジンを搭載した、高速性に優れるターボトレイン、キハ391形の試作も行われた。しかし、経済性と騒音面に難があり、オイルショックの影響もあって、日本では実用化できなかったが、フランス国鉄では営業運転に供され、その技術はカナダやアメリカにも輸出された。
[編集] 近年の質的改善
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日本の気動車が性能向上などの質的改善を本格的に軌道に乗せたのは、1980年代以降になってからのことである。
背景としてはエンジン技術自体の向上が最大の要素であるが、国鉄の経営悪化に伴い改革の動きが生じ、経営・現場の両面で従前の硬直化した体制が打破され、新しい革新的技術の積極的導入が可能となったことが大きい[27]。
また国鉄改革に際し、廃止対象となった赤字路線の第三セクター鉄道転換に伴って車両メーカーが小型軽量の新型気動車（レールバス）の開発に取り組み、この種の軽量車両での顕著な技術的成果が、より大型の気動車にエンジンも含めてフィードバックされたことも契機となった。1981年以降、富士重工が「LE-Car」の名称でバス部品を多用した小型気動車を開発し、1984年以降私鉄での営業運転に導入された他、新潟鐵工所も簡素な設計の小型気動車を「NDC」の名称で開発、1985年以降私鉄に順次導入された。ことにNDCは国鉄末期に新製されたキハ31形・キハ32形等にも影響を与えた他、JR各社にもアレンジされる形で導入例が生じている。
これらの体質改善においては、エンジン性能向上の他、ステンレス車体の採用による軽量化、台車の軽量化・空気バネ化による走行性能及び乗り心地の向上、変速機の多段化による効率改善、優等列車用の高速車両での振り子式機構の採用などが定型的に用いられている。この結果、JR各社における一部の強力型気動車については、既に電車と遜色ない性能水準に到達している。
新型気動車の導入は、燃費改善・検修の合理化・ワンマン運転の実現など経営改善策となり、また速度向上や冷房の設置など旅客サービス改善をも実現できた。
[編集] エンジン性能の改善
エンジン自体については、燃焼効率に優れる直接噴射式（それ以前の主流は予燃焼室式）の採用、ターボチャージャーに加え、吸気弁・排気弁の気筒あたり2弁化[28]、インタークーラーをも併用した高効率な過給の実現、燃料噴射における電子制御の導入などが、従来よりも小型高性能なディーゼル機関を実現した。
現在気動車用エンジンの主流となっているのは、次の各社のエンジンである。
- 新潟鐵工所（現・新潟原動機） 1983年に国鉄は普通列車用の低コスト形気動車キハ37形を試作したが、搭載された新潟鐵工所製6気筒機関「DMF13S」[29]は船舶用の改良ながら構造が簡素化され、燃費効率も改善していた。すぐに水平シリンダ形に改良された6H13HS形（230～250PS）は「DMF13HS」の名称で国鉄に採用され、特に国鉄末期の新型気動車や第三セクター鉄道向け気動車に広く用いられて実績を上げた。以後インタークーラーの装備やチューニングの変更等で250～460PSを発生、気動車用の汎用形機関としてJR・私鉄を問わず広く用いられている。現在ではメーカーでの名称も「DMF13HS/HZ系」となった。なお「DMF13」の名称を用いたエンジンとしては、これ以前の1950年代～1960年代にDMH17系機関の6気筒形である予燃焼室式縦型シリンダー機関が存在したが、新潟6L13AS・6L13HS系機関とは無関係な別のエンジンである。
- なお、2002年に新潟鐵工所が経営破綻したため、石川島播磨重工業の出資により新潟原動機株式会社が設立され、エンジン製造事業の一部を承継した。
- 小松製作所 エンジン業界では専ら建設機械等向けのエンジン製作が主であった小松製作所が、1988年の真岡鐵道モオカ63形用エンジンで気動車エンジン業界に参入、爾来スペース制約の厳しい建設機械への搭載技術を生かした6気筒11L級SA6D125系（250～400PS）、6気筒15L級SA6D140系（450PS）の小型高出力エンジンを中心に市場を広げている。特にその軽量・コンパクトさを買われ、JR各社の振り子式気動車のエンジンとしては唯一無二の存在になっている。もっとも、小松製作所は元来、カミンズとの提携関係を通じて技術開発を進めたという経緯があり、その意味では同社製エンジンは下記のカミンズ社製エンジンと同系と言える。
- カミンズ 戦後、日本の気動車用エンジンは徹底して国産で押し通されてきたが、1989年にはJR東海が特急用のキハ85系搭載用に、世界的なディーゼルエンジンメーカーであるアメリカのカミンズ社(Cummins Inc)製NT-855系エンジンが輸入され、鉄道業界の注目を集めた[30]。NT-855系エンジンは古く1960年代に設計された14L級の6気筒機関であるが、鉄道・船舶・自動車・定置動力など広範に用いられ、世界各国で多数の使用実績があるベストセラーであった。JR東海が、メーカーに拘らず高性能で廉価なエンジンを求めた結果の選択であり、以後その他のJR各社にも採用例が生じている[31]。
これら3系統の11～15L級の6気筒エンジンが、21世紀初頭現在の日本における気動車用エンジンの主流であり、必要に応じてチューニングすることで、普通列車用のレールバスから特急形車両にまで広範に用いる手法がJR各社において半ば常識化している。またこれまで400PS以上の出力が必要ならDML30HS/HZ系を載せていたのを、特急型車両を中心に上記のエンジンを1両に2基搭載する、キハ40系を中心にこれらの新型エンジンと新しい変速機に換装して出力アップによるスピードアップを図り、併せて冷房化を図るケースも見られる。
このように改められたのはエンジン出力の向上と併せて空調システムの変化によるところが大きい。国鉄時代は空調やサービス機器用の電源を専用エンジンを用いた発電機で確保していて、たとえばキハ58系では冷房用電源の4VK発電機を搭載したキハ65・キハ28・キロ28がなければキハ58の冷房が使えず編成の自由度を欠いていた。また単行で走らせる場合は空調用サブエンジンを搭載すると重装備になるため、なかなか冷房化できないでいた。一方これらのエンジンを搭載した新型気動車では小型にもかかわらず出力に余裕があることから、空調のコンプレッサーを走行用エンジンで駆動するように改められ、廉価な上に単行でも冷房化できるため、国鉄末期に登場したキハ185系を皮切りに特急型車両も含めて多くの気動車でこの方式を採用している。また空調本体も電車や客車と共通のものからバス用のものを採用するようになった。
[編集] 既存私鉄気動車の質的改善
一方、第三セクター以外の従来からの非電化私鉄各社も、モータリゼーションの進展を背景に1980年代までに多数の路線廃止が生じ、残存した会社もその多くが慢性的な赤字経営に陥っていた。この時期になると、これらの在来非電化私鉄における気動車の需要は老朽在来車のやむを得ない置き換えに限られ、それも国鉄や廃止私鉄の中古車両を譲受することで充足された。
地方私鉄で完全新製の気動車を1970年代まで増備し続けたのは、小湊鉄道のみである。同社は1961年に国鉄気動車を設計ベースとしたキハ200形を新製したが、これを僅かな改変のみで1977年まで新製増備し続けた。搭載エンジンは最終増備車まで一貫して前時代的なDMH17C形機関であり、形式統一を優先したが故の特異例と見ることができる。
また常総線沿線のベッドタウン化が進展していた関東鉄道は、本来ならば電化すべき輸送密度であるが、柿岡の地磁気観測所の関係で直流電化ができない[32]、という立地条件に起因する事情から、日本の気動車としては珍しい3扉ロングシート仕様の純通勤形車両を1970年代後半から1980年代前半にかけて製作した。しかしこれらも古い国鉄払い下げ車からエンジン・台車・変速機等の主要機器類を流用し、車体のみを新製したDMH17機関搭載車で、技術的な新味には乏しかった。
1980年代後半までおおむねこのような停滞状況が続いたが、この時期になると第三セクター各社向けの小型気動車が比較的ローコストで供給されるようになり、既存非電化私鉄でも、合理化と旅客サービス改善を念頭に置いてこの種の車両を導入する動きが生じてきた。
この結果、全面置き換え、ないしは主力車両としての位置づけで、1990年代以降新型気動車の導入が各私鉄で進んだ。ほとんどは鉄道車両的体質の強い新潟鐵工所製NDCのバリエーションで18m級以下が多いが、輸送量の多い通勤路線である関東鉄道や水島臨海鉄道では、NDCの機構をベースとした通常形気動車同等の20m級大型車も出現している[33]。
これらの新車群の出現と並行して、在来形気動車のワンマン化・冷房化改造・エンジン交換等の動きも生じている。
しかし第三セクター各社共々、非電化私鉄には経営困難な状況の路線が多く、新型車両を導入した鉄道でもなお経営改善を実現するまでには至っていない。新型気動車を導入するまでに至らず、貨物輸送のみを残した例も含め、旅客営業を廃止した私鉄は1990年代以降も数例が生じている。
[編集] 今後の課題
昨今ではディーゼルエンジンの環境に対する悪影響が強く指摘され、気動車エンジンにも環境対策を施す例が見られるようになっている。鉄道における内燃車両の排気ガス対策は、自動車や船舶に比べても立ち遅れており、日本でもようやく本格的な取り組みが始められようとしている。
また、2003年にはJR東日本とJR総研により、ハイブリッド気動車[34]が協同試作され、試験に供された後、実用試験車のキハE200形が2007年に小海線へ投入されることが発表されている。
さらに燃料電池の導入による気動車の代替も考えられるようになってきており、先述のキヤE991形は2006年中に燃料電池動車へ改造され、再び試験に供されることが発表されている。
[編集] 脚注
- ^ のち瀬戸電気鉄道、現名古屋鉄道瀬戸線。
- ^ これに懲りてか、同社はほどなく電化されている。
- ^ 日本の鉄道においては、帝国海軍の艦船用標準ボイラー（艦本式水管式ボイラー）の基本となった宮原式水管式ボイラーを鉄道車両に搭載する試みが一部で見られたが、これは結局大成せず、少なくとも動力用としては水管式ボイラーを使いこなすことはできなかった。
- ^ 小型のB型蒸気機関車のボイラと台枠の間にボルスタを設け、ここに車体側台枠と連結される側梁を載せることで、曲線通過時に車体に対して機関車部分がボギー式台車のように首を振る構造であった。更に、この機関車部は整備時には車体と切り離して前面の開き戸から引き抜くことが可能で、蒸気動車の末期にはこの機関車部だけを抜き出して独立した蒸気機関車に改造する例も見られた。
- ^ のち初瀬鉄道から長谷鉄道となり、更に大阪電気軌道に買収され大軌長谷線となったが参宮急行電鉄が開業した後、1938年に廃線された。
- ^ セルポレー式は小型ボイラーで必要な火力を確保するため、コークス焚きであった。これも早期淘汰の原因の1つである。
- ^ 例えば、在籍気動車の代燃車への改造中の不足を補うべくキハ6400形を借り入れた国東鉄道は、その後再三に渡って鉄道省に対し蒸気動車の払い下げ申請を提出している。
- ^ 但し、前述の関西鉄道の場合汽動車と略したとされる。
- ^ 1920年10月自動鉄道工業製。ただし、営業運転開始は1921年4月である。
- ^ 最初の実用に足る両運転台式気動車は、1927年6月梅鉢鉄工場製の南越鉄道ガ1で、これは日本における1067mm軌間地方鉄道向けガソリン動車の第1号でもあった。
- ^ 例えば、単端式気動車を背中合わせに結合した「双頭式」や、非力なフォードT型エンジンを2台並列に並べた車両など。その殆どは出荷後短期間で不具合を無くすべく大改造、あるいは気動車としての使用をあきらめて客車化を強いられている。
- ^ この方式は同社が考案し、実用新案を取得したものである。
- ^ 鉄道省もキハ36900形以降この方式に追従し、戦後キハ90系で1台車2軸駆動を実現するために変速機に逆転機を内装するようになるまで、機械式・液体式の時代を通して長くこの方式を採用した。
- ^ キニ4形4・5。
- ^ のちキハ41000形→キハ04・05・06形。
- ^ のちのキハ07形。
- ^ さらに、戦後の1951年～1952年にも同型車が追加製造されている他、私鉄向けにも何例か同型車が存在した。
- ^ のち越後交通長岡線を経て廃止。
- ^ 機関出力を一旦変速機で変速した後、前後のボギー式台車の内側軸にユニバーサルジョイントで動力を分配伝達する複雑なシステムが採られていた。
- ^ なお、このキロ1形は後年、同線の電化時に台車もそのままに電車化され、モハ3001・3002となっている。
- ^ 後にDMF13・DMH17・DMF31として制式化された機関の試作機がメーカー各社との共同開発により、製作されていた。
- ^ 1950年代末期までに、零細私鉄での若干の例外を除けばガソリンカーは見られなくなった。
- ^ キハ41000形や買収私鉄引き継ぎ車など。
- ^ キハ43000形用DMF31H（横型6気筒）を祖とするDMF31S（縦型6気筒）をV型12気筒に設計変更したもので、これも戦前の設計に由来する。
- ^ DMF31Sの原型がDMF31Hであることからすれば原設計に戻されたとも言える。
- ^ これは中速系で大排気量高トルク型の基本設計のまま大出力化を実施した、DML30系の発熱量が設計段階での想定以上に大きく、キハ90・181系のような屋根上に自然通風式冷却器を搭載する方法では大出力かつ低速での運行を強いられる山岳線区での使用時に十分な冷却力が得られずオーバーヒートが多発するという、これらの大出力気動車の導入経緯からすれば致命的と言ってよいシステムデザイン上のミスが発覚したためである。そのため、キハ58系による急行列車を性能低下なしに冷房化するという社会的に緊急性の高い要請に応える必要から、高価な床下強制冷却器の採用が可能となったキハ65と、山陽新幹線博多開業に伴う政治的な事情が絡んで、非電化の筑豊本線上において高速な快速列車サービスを実施する必要に迫られたがゆえに、ある程度の高コスト設計が許されたキハ66系の2系列以外では、この機関は単体でのコスト以上に、十分な性能を備える冷却システムのコストが高価に過ぎて、一般用としては使いたくとも使えないのが実情であった。
- ^ その動きは1987年の国鉄分割民営化後、更に強まった。
- ^ 自動車でいう4バルブ化。
- ^ 210PS メーカー名称は「6L13AS」。
- ^ 実際には同社のイギリス工場製水平シリンダ形エンジンであるNTA855-R1(350PS)が採用された。
- ^ 出力はおおむね250～360PSとされている。
- ^ このため常磐線やつくばエクスプレスも交流電化となっている。
- ^ 関東鉄道での両開き3ドア車体・電気指令ブレーキの採用はことに特筆される。
- ^ キヤE991形「NEトレイン」。
