日本の気動車史
↑ 石原米彦(国鉄輸送局動力車調査課長)の記述によれば、1950年11月時点の国鉄線において木炭燃料気動車を運転していたのは、土讃本線高知駅-土佐山田駅間15.3 kmの2両運用のみであった(石原『国鉄内燃機化論(上)』「交通技術」1951年1月号p36・第3表「線区別型式別気動車輛数」による)。同表では、千葉地区(動力車16両)、新潟地区(動力車10両)の気動車が当時すべてガスカーであったこともうかがえる一方、当時北海道の国鉄線で唯一気動車運行を行っていた室蘭地区の動力車4両がディーゼルの41500形であったことも示されている。四国地区の41000形気動車(当時9両)のディーゼル化改造は1951年11月から着手され、この際に最後の木炭車であった土讃線・高知機関区所属のキハ41103・41136が真っ先にディーゼル化された(前記のM生『四国のディーゼル車両』による)
↑ ただし、車籍は1946-48年度5両、1949年度でも2両が残っていた(石原 前掲論文p35 第1表)。
↑ 気動車に「戦車用空冷エンジンを転用して搭載した」という伝聞が1950年代初頭に2、3例伝えられているが、気動車床下に空冷エンジンを搭載することはかえって困難が多く、おそらくは統制エンジンについての誤解を原因とする誤伝と見られる。
↑ ただし台車については戦前、日本車輌が独自に開発した「菱枠台車」を国鉄が追随採用したものであることに注意。
↑ 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、これも戦前の設計の影響が強い。
結果、日本車輛は両運転台式気動車の開発で他社に出遅れ、他メーカーが実用的な両運転台車を生産する中で試行錯誤をすることになる。
しかし日車本店は、1920年代末にはこの状態を脱して実用的な両運転台式ガソリンカーの開発に成功した。輸入大型エンジンで出力を確保するとともに、ボギー式気動車の動力伝達レイアウトについて一つの完成形を確立したことによる。
その基本レイアウトは、機関とクラッチ・変速機のセットを車体吊り下げの機関台枠にまとめてマウントし、逆転機は変速機から別体として台車に搭載、ユニバーサルジョイント付のプロペラシャフトで結んで駆動するというものである。類似構造は他社にも見られたが、日車式の最大の特徴は逆転機の搭載方法にあった。最終減速用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したのである。
日本車輌方式の逆転機搭載(保持)法は、構造的に無理が少なく、信頼性も高かったことから、以後の日本のボギー式気動車において、事実上の標準となった。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・液体式の時代を通じて長く標準採用し、この方式は現在も日本の気動車の多くで使用され続けている。
国鉄は1952年 - 1953年にも若干の電気式気動車を試作したものの、結局は「液体式気動車」の実用化成功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も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、総合的には簡易なシステムであった。しかも軽量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。しかしながら戦争の影響で開発は頓挫し、本格的な開発再開は1951年まで待たねばならなかった。
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改良を重ねて克服し、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(後のキハ10系)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で、気動車は国鉄線に急速に普及してゆく。
1941年に燃料油の民間配給が途絶えて以降、日本国内の気動車の運行は蒸気動車と代用燃料を使用したガソリンカーに限定されることとなった。
燃料不足により内燃動車の稼動は大幅に低下し、休車となったり、客車代用、あるいはエンジンを取り外して客車として使用される車両も多かった。省線では1945年5月(3月とする文献もある)において内燃動車の運転を取りやめている。ディーゼルカーについては戦時中には代用燃料を使用する手段が実用化されず、ディーゼルエンジン車両は休止を余儀なくされた。
既にガンツ式導入経験のあった河南鉄道のほか、三河鉄道(現・名鉄三河線)、湖南鉄道(現・近江鉄道八日市線)、播州鉄道(現・西日本旅客鉄道加古川線)などが少数導入し、また台湾総督府鉄道も5両を導入している。製造の多くは汽車製造によるが、工藤兵次郎の汽車製造からの退社により、汽車製造以外に川崎造船所(現・川崎重工業)や枝光鐵工所など、大手・中小での製造例も少数生じた。なお、鉄道院に導入されたうちの1両(ホジ6014)が犬山遊園から博物館明治村を経て、2011年(平成23年)よりリニア・鉄道館で保存展示されている。
また、工藤式は鉄道院や比較的大規模な鉄道会社用とは別に、1915年(大正4年)に市川克三商店が発売した、主に軽便鉄道用の小形の蒸気動車が存在した。この工藤式軽便蒸気動車は、ボイラの火室と水室部を縦置きすることで熱効率を高めて小形化し、空いた部分に客室を設けるというレイアウトで、乗客の荷重がかかる部分まで含めて0-A-1形もしくは0-B-0型蒸気機関車の足回りをそのまま使ったものである。しかし、あくまで軽便鉄道向けの小形蒸気機関車程度の動力性能であり、大型幹線用に適用することには難があったと思われる。縦置きにしたと言ってもボイラ構造そのものは無難な煙管式で、煙室の構造も従来通りであった。一方、特定の規格を持たず軽便鉄道の性格に合わせてコンポーネントを組み合わせて作られ、中には同軸Aに対してボギーの従台車を持たせ定員を拡大した形式もあったようである。この工藤式軽便蒸気動車は九州電灯鉄道が経営する唐津軌道に納品された。
そのほかでは、江若鉄道C7形気動車がドイツのダイムラー・ベンツ製メルセデス・ベンツ・OM 5-Sを採用したが、7年ほど使用された後にエンジンを下して客車化されている。
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、地方私鉄の検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高圧な燃料噴射ポンプと噴射ノズルを中心に高度な精密機構を有し、噴射圧力、噴射量、噴射パターン(霧の形状)の調整など、その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いくつかあったが、その多くが燃料噴射ポンプの噴射量調整困難をはじめとする取り扱いの難しさや、少量輸入に頼らざるを得ない補修用部品の供給問題などに阻まれ、試作車を1 - 2両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できるようになっていた。特に神中鉄道が1936年(昭和11年)から1940年(昭和15年)にかけて、国産ディーゼルエンジン(池貝鉄工所・日立製作所製)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る。
廉価なうえに、気動車1両単位でシステム完結した冷房化が可能なため、国鉄末期に登場したキハ185系などを皮切りに、単行運転向けの両運転台車から、特急形車両に至るまで多くの気動車でこの種の方式が採用されている。走行用エンジン出力が不足気味の車両では、一部のバスと同じく、別搭載の小型サブエンジンによってコンプレッサーを直接駆動する方式が採られている。
一部の車両は、発電機を一定速度で回転させる仕掛けである定速回転装置(次節で詳述)を介して走行用機関で発電機を駆動し、電気式冷房装置を稼動させている。この方式では、冷房を使用しない時期の発電電力を電気暖房に使う事ができるため、従来の機関廃熱利用の温水暖房に比べ、大幅に冷却系を縮小できる。よってメンテナンスコストの軽減にもつながる事となる。このシステムを採用した車両は徐々に増えつつある。例として、キハ283系気動車があるが、この車両はAC三相440 V・60 Hz、25 kVAの発電機を各機関に1台(1両で2台)装備し、冷暖房兼用空調装置のほかに別に装備された電気暖房の電源としても使用している。