日本國鐵KiHa 60系柴聯車

日本國鐵KiHa 60系柴聯車是日本國有鐵道（下文簡稱國鐵）在1960年製造的急行列車用原型柴聯車。其乃以KiHa55系為基礎，使用大出力柴油引擎、新設計的液體變速機、轉向架、車體等。不過後來並未進入量產，而是更換引擎作為KiHa55系使用。

## 發展歷史

國鐵當時使用的標準柴油引擎（DMH17系）出力不足的問題，該系列引擎輸出功率僅為150至180PS，但當時其他國家已有大出力柴油引擎可讓柴聯車只裝一部引擎就有適當的性能。為了提升單引擎柴聯車的性能，而發展裝有大出力柴油引擎的原型車為KiHa60系。

### DMH17系柴油引擎

DMH17系引擎是當時國鐵的標準柴油引擎，排氣量17公升，為水冷直列（或水平排列）8汽缸OHV引擎，採自然進氣、副燃燒室（預燃室或渦流室）設計。其原型乃應鐵道省要求，於1935年由新潟鐵工所、池貝製作所（現池貝株式會社及池貝柴油機株式會社）、三菱重工比賽開發，出力150PS等級的柴油引擎。鐵道省以此為基礎，於1942年完成了DMH17的原始設計，但受第二次世界大戰影響，遲至1951年才開始量產。

作為國鐵首款量產型高速柴油引擎，設計上較為保守並留有餘裕，缺點為重量和排氣量大但輸出功率低，但因性能穩定而受到重用。1950年代後半起，可靠的DMH17系引擎在日本普及柴聯車過程中扮演重要角色，使得國鐵得以增加班次頻率、實現動力無煙化、提高行車速度，大大改善了國鐵地方路線的運輸情形，後來主要採用於1960年新增的汽缸水平排列型號。1951年至1969年，本系列引擎廣泛運用於國鐵各種量產的柴聯車，以及特急型柴聯車的發電機。到了1977年仍有私鐵新造車使用本系列引擎，甚至有少數車輛在21世紀仍使用本型引擎。

國鐵型號DMH17的來源是「Diesel Motor 8汽缸（英文字母第8個是H）17公升」，後續改進型號依序後綴 A、B、C等字母。汽缸水平配置的型號則在後綴前加 H（Horizontal），配備增壓器（Supercharger）的型號在後綴前加 S，配備中間冷卻器（Intercooler）的型號在後綴前加 Z。不過國鐵所使用的本系引擎並沒有配有增壓器和中間冷卻器的型號。

### DMH17系的出力不足問題

柴聯車行駛於陡坡路線時，凸顯出DMH17系引擎功率不足的缺點：單引擎柴油客車的爬坡性能有時不如蒸汽機車牽引的列車。由於當時沒有更強勁的引擎可以使用，因應之道為每輛車裝上兩部引擎。

1954年推出了雙引擎原型車 KiHa 44600形（後來的 KiHa 50形）。由於大型的直列8汽缸 DMH17B 形引擎及其輔助設備需要更大空間，於是轉向架中心間距增加2公尺，成為15.7公尺，結果在許多路線上通過轉轍器或彎道時發生問題，限制了KiHa 44600形所能行駛的路線區間。

所以1955年開始製造的KiHa 44700系列（後稱KiHa 51型）調整了底盤下方設備的大小與布局，將轉向架中心間距縮短至14.3米，改善了行駛時的問題又確保有足夠的動力輸出與行駛性能，後來特急型柴聯車也沿用了這些方法。

但雙引擎車也有一些問題。雖然輸出功率是單引擎車的兩倍，但也需要兩組引擎、變速機、逆轉機，所以製造和維護成本也加倍。此外，為了防止排氣歧管過熱，限制僅能於短時間使用最大出力（第五段油門）。加上考慮到引擎耐用性，未配備增壓器，因此進一步提升性能空間有限。

基於上述考量，國鐵放棄提升DMH17系引擎性能，很早就開始嘗試將 DMF31系引擎轉用於柴油客車。

### DMF31系柴油引擎

1937年，鐵道省試製了 KiHa 43000形電力傳動式柴油客車。在以島秀雄為首的鐵道省技術人員主導下，由日本三家引擎製造商競相開發柴油引擎，總稱為 「DMF31H形」，輸出功率為 240 PS，為排氣量31公升的直列6汽缸引擎，每個汽缸排氣量是DMH17形的兩倍以上，體積巨大。為了能安裝在柴油客車的底盤下方，將汽缸採取水平排列，故在形式名稱末尾附加了表示水平汽缸的 "H" 字。但耐用性不佳，經常發生曲軸斷裂等嚴重故障，據信是當時設計和製造技術不夠成熟所致。

當時，日本國力已因第二次中日戰爭而大幅削弱，石油嚴重短缺，加上1941年太平洋戰爭爆發，日本無力改進此型引擎，KiHa 43000型車也被空襲摧毀。

第二次世界大戰後，開始考慮將 DMF31系引擎用於柴油機車。DMF31S型引擎改採直立汽缸配置，配有渦輪增壓器，可輸出370馬力，成為量產的標準型引擎，使用於1957年開發的DD13型調車機車上，表現良好。

DMF31S形後來改進成為 DMF31SB形，輸出功率提升至 500 PS。後又以該設計為基礎將汽缸數加倍，而成V型12汽缸的DML61S系引擎，加裝中間冷卻器後輸出功率達到 1,100 PS - 1,350 PS，用於DD51形和DE10形等柴油機車。

為了將成功的DMF31S引擎使用於柴聯車，又將氣缸由直立改回水平配置，仍保留渦輪增壓器，經過調整，輸出功率達到400馬力，稱為DMF31HSA引擎。於是KiHa 60系配備一台DMF31HSA（400 PS / 1,300 rpm），原型車於1959年底開始生產，並於1960年初完成。

## 特徵

KiHa 60系計畫做為新世代大功率柴油客車，設計的最高速度為 110 km/h。超過了傳統型柴油客車的最高速度 95 km/h，與當時國鐵最快的 151系電車相當。

外觀與Kiha 55系列（KiHa 55和KiRo 25）非常相似，但Kiha和Kiro的一大特點是均採用外掛內嵌式門。由於引擎汽缸採水平配置，地板上無需設有檢修蓋。KiHa 60 1 的地板為木龍骨的雙層結構，而 KiRo 60 和 KiHa 60 2 則分別採用了不同方式的浮動地板結構，以求防震和隔音。

引擎採用以 DMF31型為基礎將汽缸改為水平配置的 DMF31HSA (出力400 PS)，搭配新開發的充排油式 DW1液體變速機，直聯檔位增加為兩段，以提高驅動效率。

為降低噪音，車輛配備了內襯吸音材料的引擎蓋和大型消音器，引擎冷卻水散熱裝置的冷卻風扇也有降噪設計。為防止熱量積聚，在引擎蓋正上方、車體下緣部分，在駕駛座側設置了三角形進氣口。

轉向架是以 DT22系為基礎但改用碟式煞車。KiHa 60 形使用線圈彈簧轉向架 DT25 (動力轉向架) 和 TR61 (無動力轉向架)。KiRo 60 形則為國鐵柴聯車中首次使用空氣彈簧轉向架，其動力轉向架為 DT25A，無動力轉向架為 TR61A，為DT25型轉向架將枕簧改為波紋管式空氣彈簧。因應大出力引擎與高速行駛，動力轉向架採用兩軸驅動，煞車系統也試用空氣控制的液壓煞車。

1960年由東急車輛製造與帝國車輛工業分別製造了 KiHa 60 1 和 KiHa 60 2 號，皆為三等車（不久後隨客車等級更改，改為二等車）。這兩部車僅有一端有駕駛室，除了外掛內嵌式門外，外觀與同期的 KiHa 55形 相似。車內有廁所但無洗手台。座位為普通固定式橫排座椅，但由於在廁所旁（一般設有洗臉台的位置）也設有座位，因此載客量比 KiHa 55形多，為 88人。兩輛車均在久留里線運行。

另外，也是在1960年，由新潟鐵工所製造了KiRo 60 1號車，為二等車（不久後改編為一等車）。僅有一端有駕駛室，除了車門外，外觀與同期的 KiRo 25形極為相似。駕駛室助手座旁空間設有隔板和拉門，使得駕駛室與客室完全隔開。車身內飾板背面貼有吸音材料，天花板也開有小孔並在背面貼有吸音材料，以降低噪音。試運轉時還在車窗外側用螺絲增加固定另一層，形成雙層窗戶，但因無法打開窗戶通風，在正式投入營運前拆除。車內有廁所與盥洗室，座位與 KiRo 25形相同，是可旋轉式橫排座椅。

## 問題叢生

在試運轉中發現，汽缸水平排列的大排氣量引擎表現並不理想。與垂直汽缸相比，水平汽缸的潤滑更加困難，且單個汽缸的排氣量對於柴油客車而言過大。

但更重要的是對應於大出力引擎的變速機運作不順。由於當時電子控制技術仍未成熟與普及，引擎和變速機的控制都只能依賴機械式調速器，無法實現精細的控制，未能使大排氣量引擎和直聯二段變速機之間達到平穩且精密的同步。因此直聯段在低速檔和高速檔之間切換時，轉速差導致了劇烈衝擊，一直到最後都未能解決。

這批車輛後來改用標準型DMH引擎和變速機，車門也改成一般的車門，外觀與 KiHa 55系相差無幾。另外，KiRo 60原計劃用於測試裝設空調，但由於引擎故障而中止。這三輛車後來使用在準急、急行列車以及久留里線的普通列車，於1978年前就已報廢。

然而，配備碟式煞車的空氣彈簧轉向架，後來被 KiHa 80系特急型柴聯車採用，高速下的制動能力表現優異。在兩軸驅動方面，後來在 KiHa 90系試用了取消橫梁的轉向架，共有 KiHa 90系、181系 和 KiHa 65 等型車輛，後來更在國鐵末期開發出更為輕量的無搖枕轉向架，成為現在的主流。

## 改造工程

KiHa 60系所搭載的大功率引擎和直聯二段變速機在試驗期間故障頻傳，從 1962年起進行了改裝工程，將引擎換為與 KiHa 58系等相同的 DMH17H形 (180 PS / 1,500 rpm) 一具，液體變速機更換為單軸驅動的 DF115 或 TC2A。

因一等車輛不足，KiRo 60形於1962年便進行改造。KiHa 60型則作為預備車輛在房總地區各線作為海水浴場旺季的無動力拖車代用車，但 KiHa 60 1號車發生雙軸驅動軸承卡死而無法行駛的故障。這是因為轉向架的兩根車軸由於各種條件影響，轉速不一定相同，如果用齒輪將它們連結起來，齒輪傳動會承受巨大的負荷。國鐵也預料到這一點，因此在 1 號車上安裝了儀器監測齒輪傳動所承受的負擔，但軸承部分承受負荷卻是出乎意料之外。再者，為避開轉向架橫梁而設計的齒輪傳動配置不夠合理，加上結構與強度不足等問題而導致卡死。

因此於 1965年，KiHa 60 1 和 2 兩輛車都改裝成搭載一具 DMH17H形引擎。之後這些車輛也未被編入 KiRo 25形或 KiHa 26形，其形式編號直到報廢仍是代表搭載大功率引擎的「60」。

KiRo 60形 與 KiRo 25形一樣，座椅椅背不能調整傾斜度，未被列入加裝冷氣，於 1968年降級為二等車，並改編號為 KiHa 60 101。

KiHa 60系試用的外掛嵌入式車門被認為更適合通勤、近郊運輸而非優等列車，1962年出現的的通勤用柴油客車 KiHa 35系正式採用這種車門。至於KiHa 60系，在試驗結束後就改裝為常見的內藏式車門。