日本の気動車史
1970年代後半になると、国鉄では初期液体式気動車の10系気動車が老朽化したことで置き換え需要が生じたが、代替車としては当時の激しい労使紛争と国鉄経営の悪化を背景に、重い車体に非力な220 PS機関を搭載した、1950年代の旧型車と大差無い低性能車であるキハ40系が普通列車用気動車として大量増備された。
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。
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。
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各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。
産業機械業界で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年に同社真岡工場の地元である真岡鐵道モオカ63形用エンジンで気動車エンジンに参入、以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直列6気筒11 L級SA6D125系(DMF11系エンジン、250 - 400 PS)、直列6気筒15 L級SA6D140系 (DMF15HZ系エンジン、450 PS) 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、小松製作所は一時期カミンズとの技術提携を通じて技術開発を進めたという経緯があり、技術的に深かった両社の関係であるがこの2つのエンジンシリーズに関してはコマツが建設機械用として独自に開発したものがベースになっており、鉄道用においてもカミンズM11シリーズ、N14シリーズと全く競合していた。
このDML30系機関は実用化と相前後して幹線電化が進展し、優等列車用気動車増備の需要が一段落したことや、量産開始後にオイルショックが発生し、国鉄が従来非電化のままでの近代化を計画し、一時はガスタービン動車の導入さえ検討していた亜幹線クラスの路線についても電化を推進するように方針転換したこともあって、その生産数は伸び悩んだ。
1970年代中期までのDML30系機関の採用例は、キハ181系・キハ65形以外には北九州地区の快速用キハ66系と試験車のキヤ191系の2系列があるのみで、しかも当初は「汎用気動車」を標榜し次代の一般型気動車のひな形とされたキハ66系は軸重過大などの理由から製造両数は30両にとどまった。1976年までのDML30系機関搭載車の総数は、試作車であるキハ90系を含めても307両と当時5,000両を数えた国鉄気動車の総数からすればわずか6 %程度の低水準である。
しかもキハ66系では先行したDML30系機関搭載各系列でのエンジントラブルに鑑み、その対策として当初から440 PSに出力が抑制されており、後にキハ181系などでも信頼性向上のために出力低下措置が実施されている。
気動車そのものを代替する技術として、車両に何らかの電源を搭載し、非電化区間を走行可能な電車が開発されている。
2010年頃からは、電化区間でパンタグラフから集電し蓄電池に充電してその電力で非電化区間を走行する方式の電車が開発され、2014年にはJR東日本が東北本線・烏山線(宇都宮 - 烏山間)にEV-E301系を営業投入して実用化している。EV-E301系は直流集電式であるが、翌2016年にはJR九州が筑豊本線(若松線)に交流集電式のBEC819系を営業投入し、さらに2017年には、JR東日本がBEC819系をベースに耐寒耐雪対応等のカスタマイズを行った交流集電式のEV-E801系を奥羽本線・男鹿線(秋田 - 男鹿間)で営業投入した。
ディーゼルエンジンは、1894年の発明以来、1910年代まで産業用の定置型や大型船舶用などの低速大型機関しか存在しなかったが、1909年にProsper L'Orangeがディーゼルエンジンの利用方法を一気に広げる予燃焼室方式のシリンダーヘッドで特許を取得、その後、第一次世界大戦中から戦間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、鉄道車両の動力として導入する試みはあったものの、軽量化とは相反する圧縮比の向上と、燃料供給に圧縮空気を用いない無気噴射システムの開発が必須であったことから、ディーゼルディーゼルエンジン発祥国のドイツでさえ、1920年代に入ってようやく実用化段階に達したほどである。 アメリカではドゥードゥルバグの衰退期にあたる1930年代に、ディーゼルエンジンの多気筒化・大排気量化が一気に進み、大型の電気式ディーゼル機関車が多数製造されるようになったが、気動車では、バッドが製造したごく僅かの例に留まった。
日本では1928年に雨宮製作所がドイツのMAN製船舶用エンジンを搭載して製造した長岡鉄道キロ1形が最初の「ディーゼルカー」とされる。しかし、当時の地方鉄道の技術力ではディーゼルエンジンを整備・維持しきれず、しかも駆動システムも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2軸駆動システムであったことから、運用に難渋し、ほどなく一般的な構造のガソリンカーに改造されてしまっている。