気動車

概要

電車と同様に動力分散方式の鉄道車両に分類される。一両ごとに蒸気もしくは内燃機関を搭載し、単独または複数両の車両で運行される。複数両の車両を連ねる場合には、かつては動力車一両ごとに運転手が乗務してそれぞれの車両を操作していたが、現在では先頭車の運転台から一括して制御する総括制御方式が一般化している。気動車の構造はその種類により異なる。

車体

車体は、床下に架装されるエンジンと変速機、燃料などの重量や動揺に対応するため台枠強度を上げてあること、遮音・吸音に配慮されていること以外には一般的な客車や電車と大きく変わるところはない。出力面での制約を補うため、概して軽量化への志向が強い。
日本国内では、古い時代の基準でホームの高さが低いままの地方線区での使用が多く、乗降口にステップを備えている車両が多い。

燃料

現代のディーゼル動車では軽油が用いられている。また、一部の鉄道会社においてバイオディーゼル燃料が試験的に導入されている。
ガソリン動車はガソリンを使用していた。
戦争の影響による石油の不足により石油燃料に統制が敷かれていた1940年代には、ガソリン機関を（終戦後はディーゼル機関も）改造して木炭ガスや天然ガスを燃料に使用した例もある。
蒸気動車は蒸気機関車と同様、石炭を使用しており、機関助手の乗務による投炭作業を要した。

運用特性

直接的な運転経費では動力費や保守整備費用で電車に劣る反面、発電所・変電所・架線など車両を動かすための電力系統の地上設備は不要である。輸送量が小さい路線において運用される場合、総合的に見ると経済的で環境負荷も少ない。こうした特徴を利点として、東京横浜電鉄（現在の東京急行電鉄東横線）のように、電化線において変電所強化なしで列車増発を実施する目的で気動車を採用する事例が存在した。
編成として機能する特急形を除き、気動車は多くの場合1両ごとでの単独運転（単行）が可能である。
かつて日本国有鉄道（国鉄）の気動車は、特急形車両を除いて制御段数・制御信号及びブレーキシステムが統一、もしくは新旧互換化されており、急行形・通勤形を問わず、全ての車両で連結・総括制御運転が可能であった。そのため、国鉄形の気動車を使用した列車には、一般用のキハ40系と急行用のキハ58系の混成編成など、異なる形式による編成も少なくなかった。しかし、整備や車両運用の効率化を追及し、互換性を過度に重視したシステムは、車両性能の進化を束縛することにもつながっていた。JRへの移行後はその傾向が弱まり、ようやく走行性能面での近代化が進展することになった。
また、電化設備の有無や変電所容量などの影響を受けずに走行が可能であるため、運用面でも柔軟性が高い。しかし、実際には気動車の運転免許（甲種内燃車運転免許）を有する動力車操縦者（運転士、乗務員）が必要となることや、自動列車保安装置の互換性などから、営業用の気動車が通常運行されていない区間に臨時列車として入線することは少なくなっている。他方、電化区間と非電化区間が混在する地域で機動性を求められる事業用車（「East i-D」など）での採用例は、気動車の柔軟性を生かしたものと言える。
そのほか、電化区間でも閑散化が著しい場合、普通列車には編成単位の大きくなる電車でなく、小単位運用の可能な気動車を、近傍の非電化路線との共通運用によって代用する例もある。特異な例として、仙石線の陸前小野駅 - 矢本駅 - 石巻駅間は、東日本大震災の津波で電化設備の故障のため、2015年5月30日の完全復旧まで気動車を用いていた。仙石線の完全復旧とともに開通した仙石東北ラインでは、電化方式が異なる仙石線と東北本線との連絡線が未電化のため、新たに用意されたハイブリッド気動車HB-E210系が使用されている。
なお、車両の動作メカニズム上、ディーゼルカーは停電などの非常時にも容易に運行可能と思われることがある。だが、現在の日本の鉄道の場合、実際には非電化路線でも、信号機・閉塞・ATS・CTC・駅舎内照明・踏切などさまざまな地上側設備に電力が使用されていることから、停電になった場合にはこれら地上側設備用の予備の電源系か、停電時にも使用可能な代替の閉塞方式が確保されていなければ、安全確保の都合上運行することは不可能である。すなわち、構造上自走は可能であるが保安設備が動かせないので運行自体は不能となる。自動車で言えば信号が付かずに一般道を走る状態に相当する。

日本の気動車の略史

日本の非電化鉄道路線では、1872年（明治5年）の鉄道創業から長らく蒸気機関車が牽引する客車列車を主力としていた。運転経費の低減とフリークエンシー向上に効果のある「自走式車両」の開発も試みられ、1905年に蒸気機関を搭載して自走する蒸気動車が出現したが、1910年代までに限られた両数が製造されたのみで一般化はしなかった。
その後、1921年にはガソリンエンジン動力の「ガソリンカー」が営業運転を開始、列車本数頻発や運行コスト低減のメリットから1930年代には国鉄・私鉄を通じて広く普及した。ディーゼルエンジン動力の「ディーゼルカー」は日本では1928年に出現したが、エンジン技術の未発達から戦前にはほとんど普及しなかった。
1937年の日中戦争勃発以降、ガソリン不足によって内燃動車の新製および運行が年々困難となった。さらに1940年に発生した西成線列車脱線火災事故により、ガソリンカーの火災危険性が指摘された。これに伴いディーゼルカーへの転換が図られることになるが、同時期、戦時体制による燃料そのものの欠乏から、太平洋戦争中および終戦直後にかけ、内燃動車の運行自体が一時衰退する。
1950年以降、ディーゼルエンジン技術と燃料供給が改善されると、戦前のガソリンカーに代わってディーゼルカーが隆盛を極めることになった。特に1953年の液体式変速機実用化は、気動車による長大編成組成を可能とし、国鉄での著しい気動車普及の原動力となった。
蒸気機関車牽引列車に比して優れた居住性と走行性能を生かし、気動車による準急・急行列車が出現、さらに1960年には特急列車も登場した。戦後しばらくの間、国鉄線は主要幹線でも電化率が低かったこともあって、気動車は全国で広範に用いられるに至った。
1970年代までには5,000両を超える大量の気動車増備が図られ、日本国有鉄道は世界最多の気動車保有数を誇った時期もあった。しかし、同時期に主要幹線の電化が進展したことで、気動車の地位は徐々に後退する。一方で、極端な車両標準化施策及び労使関係の悪化により、気動車技術の発達も停滞した。
1980年代以降、第三セクター鉄道向け軽量気動車の開発や新型エンジンの出現、電子制御式多段変速機の実用化などの技術改良から性能は大きく改善されたが、数を減らしつつあり、運用路線は主として地方の非電化亜幹線とローカル線に限定されるようになっている。

現状

現在、JR各社では亜幹線・ローカル線を中心に運用され、非電化区間は気動車の独壇場である。客車列車はすでに定期運用から完全撤退しており、イベント用としてごく僅かに残存しているにすぎない。気動車に客車を連結して運転することも可能であり、分割民営化後も北海道の夜行列車で例があったが、現在では旅客列車では見られない。
国鉄継承の旧型車両から、JR移行後新製の車両まで、多彩な形式が存在する。なお、国鉄時代には気動車の荷物車・郵便車も存在したが、JR移行後は、少数の事業用車両を除いてほとんどが旅客車である。

現代の気動車・高性能化とレールバス

エンジンの高出力化と変速機の性能改善は著しく進展した。21世紀初頭の現在では、11 - 15リッタークラスの直列6気筒エンジンで定格460PSを発生する例もあり、各社が新製する2基エンジン搭載型気動車（多くは特急列車用）は電車と遜色ない走行性能水準に到達した。北海道旅客鉄道（JR北海道）の通勤形気動車キハ201系のように、電車と併結して協調運転を行う機能を備えた気動車も出現した。
車体を傾斜させることによりカーブを高速で通過できる機能を持った「車体傾斜車両」は、かつてはエンジントルクの反作用で車体がエンジンの回転方向の反対方向に傾くことや、プロペラシャフトの伸縮の制約などから気動車では不可能と見られていた。だが、1989年に試作車が製作され、翌1990年より量産が開始されたJR四国2000系気動車によって、エンジンの2基搭載によるエンジントルクの反作用相殺や、スプラインに変わるボール式伸縮機構の採用によりそれらの問題を克服した「制御付き自然振り子式気動車」最大傾斜角6度の高性能気動車JR北海道キハ283系気動車が実用化された。以降多くの車体傾斜式の気動車が各社で営業投入され、曲線区間の多い非電化幹線での大幅な高速化に寄与している。
また、JR東日本では、日本初の営業用のハイブリッド気動車であるキハE200形を開発し、運行を開始している。その後、当車両で開発されたシステムをHB-E300系やHB-E210系でも使用している。
また、キハ160系もITTの導入に向けて試験走行が行われ、開発された技術を取り入れた車両としてJR北海道キハ285系が製作された。しかしJR北海道管内で不祥事が続発する中で「現状としては、『安全対策』と『新幹線の開業準備』に限られた『人』『時間』『資金』等を優先的に投入する必要がある」と判断、「コストとメンテナンスの両面から過大な仕様であること」「速度向上よりも安全対策を優先すること」「従来形式での車両形式の統一によって、予備車共通化による全体両数の抑制と機器共通化によるメンテナンス性の向上が図られること」として、試作車落成直前の2014年9月10日に開発の中止が発表された。
なお、2017年5月1日に運行開始したクルーズトレイン（E001形EDC方式寝台車（TRAIN SUITE 四季島））において、電化区間では架線集電、非電化区間ではエンジン発電機の電力でモーターを駆動する（かつての電気式気動車と同じ）という方式を導入し、2017年 - 2020年にかけて電気式気動車を新潟・秋田地区に導入することが決まっており、JR北海道の既存の液体式気動車を置き換える為に、JR東日本で導入される電気式気動車と同型の試作車（量産先行車）を製作し、走行試験等による冬期の検証を2年行った上で、2019年（平成31年）度以降に量産車の製造を予定している。
一方、第三セクター鉄道や地方の非電化私鉄、またJR各社では、従来の国鉄型気動車よりも小型軽量で製造・運用コストの低い標準規格化車両が多く導入されている。これらについては「レールバス」と呼ばれることもある。富士重工業の「LE-Car・LE-DC」シリーズ、新潟鐵工所の「NDC」シリーズの車両が該当したが、1980年代から1990年代にかけて製造されたバスのような外観の車両は1990年代後半以降廃れ、本来の鉄道車両的な構造へと回帰しつつある。
高性能レールバスが出現すると、一部私鉄では電気鉄道でありながら気動車を運用する方が低コストと判断し、気動車運行に転換する例も出現した。
さらに現在では、道路と鉄道線路の両方を走ることが可能な、鉄道車両とバスを兼ねる車両の研究開発もJR北海道などを中心に進んでいたが、JR北海道での開発中止により2017年2月時点では阿佐海岸鉄道のみが導入予定を検討している。これについてはデュアル・モード・ビークル (DMV) を参照のこと。

メーカーの寡占化

かつては日本の主要な鉄道車両メーカーのほとんどが気動車製造を手がけていたが、1960年代以来大手メーカーは電車製造に重点を置くようになり、メーカーの寡占化が進んだ。1970年代以降、日本における気動車の大多数は客車ともども新潟鐵工所と富士重工業の2社で製造されるようになっていた。
しかし、2002年に新潟鐵工所が経営破綻し、さらに富士重工業も鉄道車両製造事業からの実質的撤退を発表した。その後、石川島播磨重工業（現IHI）が新潟鐵工所の当該部門へ出資したことにより新潟トランシス株式会社が設立され、上記2社の鉄道車両製造事業の一部を承継した。現在、新潟トランシスの気動車分野における日本国内シェアは約8割に達する寡占状態である。そのほかのメーカーでは日本車輌製造が近年気動車製造に力を入れていて、1970年代以降製造車両が少なかった私鉄においても納入例が増加しており、また近畿車輛も、2012年に気動車の製造に再参入することが発表されている。
なお、自身が気動車新製能力をもつ鉄道事業者は国鉄分割民営化以降JR北海道（苗穂工場）とJR西日本（後藤総合車両所）のみとなっている。

環境対策

昨今では、ディーゼルエンジンの環境に対する悪影響（大気汚染や酸性雨、地球温暖化）が強く指摘され、気動車やディーゼル機関車のエンジンにも環境対策を施す例が見られるようになった。
自動車や建設機械、農業機械においては自動車排出ガス規制や自動車から排出される窒素酸化物及び粒子状物質の特定地域における総量の削減等に関する特別措置法、ディーゼル車規制条例、特定特殊自動車排出ガスの規制等に関する法律などで法的な規制があり、2005年（平成17年）4月に中央環境審議会「今後の自動車排出ガス低減対策のあり方について（第8次答申）」では、2009年よりディーゼル自動車排出ガスを低減する方針「ポスト新長期規制」（クリーンディーゼル）が決まり、当時としては世界最高水準の排ガス規制に適合している。
2014年時点では、気動車やディーゼル機関車などの鉄道車両に対する法的な排ガス規制はないが、エンジンの直噴化・ユニットインジェクターやコモンレールと電子制御インジェクターの組み合わせによる超高圧・多段燃料噴射の導入・自動車用エンジンで培われた熱効率向上など機関の改良が行なわれている。また DPF 取付や尿素SCRシステムによる排気ガス浄化・燃料のバイオディーゼルへの移行といった環境対策技術も導入されつつあり、変速・駆動系の改良も進んでいる。一部ではハイブリッド自動車と同じく、エンジンの回転エネルギーや走行時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、蓄電池や電動機と組み合わせた方式も実用化されるようになった。→ハイブリッド機関車、日本の電気式気動車#電気式の将来（ハイブリッド気動車・新世代の電気式気動車）を参照

ハイブリッド化やディーゼルエレクトリック化

近年のパワーエレクトロニクス技術の向上により、エンジンで発生した動力をそのまま使わずに、発電機や蓄電池、電動機と組み合わせた電動化が進められている。
JR東日本では、会員制クルーズトレインに使われるE001形（TRAIN SUITE 四季島）のように非電化区間をディーゼル駆動で発電する電車や、キハE200形・HB-E210系・HB-E300系を例としたハイブリッド車の導入も行われている
JR北海道も、キハ40・47・48形と置き換えるための電気式気動車を、JR東日本と共同で開発中であり、ディーゼルエンジンを発電機として稼働させる電動化が進んでいる。

蓄電池電車への置き換え

以上の例はディーゼルエンジンを非電化区間では作動させるが、近年の蓄電池容量の向上により、特定の条件（電化区間と非電化区間を直通する列車で、非電化区間を走行する距離が比較的短く、普通列車程度の速度の場合）であれば、電化区間で満充電した蓄電池を電源として非電化区間を運行する電車への置き換えも可能になっており、JR東日本ではEV-E301系やEV-E801系が導入され、JR九州でも同様に特定の路線で、蓄電池電車のBEC819系を導入し、電車への置き換えが行われている。

地方路線・バス転換について

また、JR北海道の自社単独で維持不可能な路線など、経営が厳しい鉄道事業者では鉄路維持が出来ない事情に加えて、ディーゼルエンジンが環境面での改良により環境面でも問題は軽減した事から、きめ細かなバス・サービスの展開でハード面のコストが少ない代替バスや循環バス・コミュニティーバス・ジャトルバス・デマンドバスに転換する事で鉄道運行でのコスト軽減や環境影響を軽減する面からバス代行の動きもある。