日本の気動車史
終戦後もしばらくは燃料油の入手難は続き、気動車の運行は戦時中と同様、蒸気動車と代燃車により細々と続けられていた。燃料不足の慢性化から、1949年(昭和24年)から1950年(昭和25年)になっても遊休ガソリン動車を木炭車に改造した事例が記録されている。
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。例えば省線は戦後の1946年(昭和21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入手して賄っていたという。そればかりか、沿線に米軍のキャンプや演習場が設営された江若鉄道のように、進駐軍の威光により代燃装置無しで堂々と特配のガソリンを使用していた例さえあった。
ただし、このような事例は少数に止まったようで、省線では1948年(昭和23年)から既存のガソリンカーを、天然ガスを燃料とするガスカーに改造して一部線区で運行を始めている(キハ41200・キハ42200)。
また、多くの非電化私鉄は燃料油の入手難に加え、戦後は石炭価格の高騰で蒸気機関車運用にも難渋した。この苦境を乗り切るため、1944年(昭和19年)から1951年(昭和26年)頃にかけて電化による電気動力転換を選択した例が少なからず存在する。石油・石炭燃料の高騰に比べれば、電力の供給事情はまだしも良好であったからである。
↑ 『鉄道統計資料 昭和元年度版』によると夷隅軌道4両、磐城炭礦軌道線5両、九十九里軌道4両、日本鉄道事業2両、増東軌道2両、好間軌道3両、岩井町営軌道1両統計では計上されていないが栃尾鉄道1両、日出生鉄道2両、頸城鉄道1両、笠間稲荷軌道2両、鹿島軌道2両
↑ 単端式気動車を背中合わせに結合したように見える「擬似双頭式」車と大出力エンジンを避け非力なフォードA型エンジンを2台搭載したボギー車がこれにあたる。どちらも数社の鉄軌道にしか採用されず、納品された車輛も短期間で不具合をなくすべく大改造されたものが多い。日本車輌は当初、部品が日本全国で迅速に入手できるメリットから、自動車用のフォードエンジンを使用することに拘泥していたが、1929年開発のフォードエンジン2基搭載ボギー車(芸備鉄道・浜松鉄道向け車)は構造が複雑になり過ぎ、芸備鉄道の車輛ではトラブルも続発したことから、ようやく単純な大型汎用エンジン1基搭載に方針転換した。
↑ 「車両駆動歯車函支持装置」として1930年3月12日出願、1931年6月16日実用新案公告。考案者として登録されている茂上孝二は、当時の日本車輛における内燃動車開発の責任者で、太平洋戦争後、日本車輛の技師長、常務取締役を務めた。以上は湯口徹「内燃動車発達史(下巻 戦前メーカー編)」p201-202(2005年 ネコ・パブリッシング)による。
↑ 路線区間等詳細は『鉄道統計資料. 昭和4年度 第1編 運輸 経理 職員』、『鉄道統計資料. 昭和5年度 第1編 運輸 経理 職員』、『鉄道統計資料. 昭和6年度 第1編 運輸 経理 職員』、『鉄道統計資料.
こうした大出力ディーゼル機関の開発・実用化を進める一方で、国鉄は1966年度より国外で実用化が報じられていたガスタービン動車の開発研究を開始していた。
キハ181系の量産がスタートした1968年度には汽車製造東京製作所で廃車となったキハ07形にヘリコプター用機関を転用した1,000 PS級機関を搭載し、キハ181系用に開発されたDT36・TR205B台車を装着して構内にて試運転後、鉄道技術研究所の車両試験台上で試験を実施し、最高153 km/hに達する高速走行性能が確認された。
さらに1969年から1970年にかけて磐越東線で走行試験を実施して様々なデータが収集され、1972年には完全新規設計によるキハ391系試作車が国鉄大宮工場で製造されるに至った。
このキハ391系は591系電車と同様、在来線の高速化を目指して開発された高速運転用の試作車であり、ガスタービン機関の搭載のみならず様々な試験要素を盛り込んで設計されていたが、試験中の1973年にオイルショックが発生し、燃料消費率が過大でしかも騒音の大きいガスタービン機関を気動車に搭載することが困難な情勢となった。
このためガスタービン動車の開発は中止となり、量産車の投入が検討されていた紀勢本線・伯備線・田沢湖線については電化で対処されることとなった。
フランス国鉄ではガスタービン車が営業運転に供され、その技術はカナダやアメリカにも輸出されたが、日本での技術開発には影響していない。
対策として、始動時だけは僅かに供給される配給ガソリンを使い、始動したら薪炭ガスに配管を切り替える事例や、他の気動車・蒸気機関車による「押しがけ、牽きがけ」で車輪から大きな駆動力を与えて始動させる事例が多く見られた。
始動用燃料として極めて貴重な配給ガソリンや、代燃化しても消費を避けられない潤滑油の配給枠を確保するため、使用に堪えず休車したり客車代用となった老朽ガソリンカーについても名目は自走稼働している扱いとして当局を誤魔化す私鉄も少なからずあった。
ガス発生源となる燃料は、主力となった木炭や薪など木質燃料のほか、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。省線では蒸気機関車のボイラーから回収されるシンダ(石炭の燃えかす)を気動車のガス発生燃料に用いる試みも行われ、100両前後のガソリンカーが改造されたとの記録が残っている。が、いずれも燃料となるガスの主成分が有毒な一酸化炭素で、保守担当者が車庫での整備中に漏洩ガスが原因で中毒死する事故が起こるなど、燃焼効率や出力以外の部分にも問題が多かった。
なお、ガス発生炉式に改造された鉄道省気動車については、ガソリンカー時代から特段の改形式・改番は行われていない。
国鉄特急形気動車での冷暖用を含むサービス電源は、3 - 4両ごとに搭載された大容量ディーゼル発電セットによってまかなわれていた。そのため当該部位には制御盤や大形冷却器が設置され、機器室とせざるを得ないことから客室定員が犠牲となっており、高回転で定速運転される発電用エンジンの騒音も避けられなかった。また、その重量と設置スペースの大きさから、軸重維持のため走行用エンジンが1基のみに限られる、水タンクを搭載できないためトイレを省略する、給電能力の都合から一定の割合で編成に発電セット搭載車を組み込む必要があるなど、組成や運用面でも多くの制約と不合理があった。
これらの短所を補うためには、各車でサービス電源を自給でき、かつ、システム全てが床下に収まるものが必要となる。旧来の客車や気動車にも、一両単位の床下分散電源方式が用いられていたことがあるが、これらは全て小型ディーゼルエンジンによって駆動されるもので、集中制御ができず、床下での排気や騒音の点で既に時代にそぐわないものとなっていた。また、中容量床下分散型の例は、キハ58系急行形気動車の冷房化に際して採用された「3両給電方式」(前述)があるが、上記の欠点に加え、重量と艤装スペースがやや大きく、搭載が1エンジン車に限られる制約があった。
外部荷台がない車両の場合は、代燃炉と支障する連結器取付部につき、台枠端梁から鋼材で連結器支持部を延長することで、端梁前面左右にスペースを確保した。省線や一部の私鉄は車内床上(通常、片側の運転台横)に搭載し、客室とは仕切り板で区切って、代燃炉スペースを確保した。希少例として五戸鉄道では床下に設置している。
ガス発生装置のメーカーは中小零細企業が多く、多種類の製品が存在し、私鉄の工場現場で独自に製作した事例もあり、搭載気動車の構造にも左右されて、その搭載形態は多種多様であった。だが固形燃料であるため、ガス発生後は「クリンカー」と呼ばれる固化した燃えカスが炉内に残り、保守担当者が日々その除去作業を強いられることは共通であった。また常時高熱にさらされるガス発生炉はそれ自体の痛みも早く、炉の実用寿命は1~2年程度であった。
これらのガス発生炉利用のガソリンカーは、カロリー不足で本来のガソリン使用時よりも大幅な出力低下を余儀なくされ、ガソリンであれば登り切れる勾配も、代用燃料では出力不足で立ち往生するような事態が生じた。またガスに混じったタールなどの不純物を除去しきれないため、エンジンが摩耗・損傷しやすく、エンジンの頻繁な分解修理を強いられた。
1930年代には電気モーターによるセルフスターター装置が自動車用・大型定置ガソリンエンジンに広く普及しており、単端式以外の床下機関式内燃動車では、始動用手動クランクのエンジン連結が構造的に難しいこともあってセルフスターター始動は一般化していたが、薪炭ガス燃料ではエンジンの始動性も非常に悪く、乗務員・整備員を苦労させた。