日本の気動車史
もっともそれらの運炭鉄道の新造気動車は、根本技術面では同時期の国鉄標準車キハ10系・20系の水準を大きく逸脱するものではなかった。
またこの時代、大手私鉄のほとんどは既に電化され、気動車業界で国鉄と技術競争を行う相手になり得なかった。戦後の大手私鉄で優等列車用の気動車を保有したのは名古屋鉄道、小田急電鉄、南海電気鉄道の3社のみで、いずれも国鉄線乗り入れを目的としたものであり、独自に東急車輛製TS-104系台車を採用した小田急以外は、エンジン、変速機等の動力系をはじめ、運転台機器も国鉄気動車と揃えられていた。
私鉄の独自性は、車体デザインでは優等車専用車(1955年 小田急)のほか、転換クロスシート車や通勤用車など各社の事情に合致した多種多様なバリエーションに発揮された。しかしこれに対して機器類については、国鉄がDMH17系エンジン搭載の液体式気動車を大量増備していた状況を考慮すれば、国鉄の標準型エンジン・変速機の安定した実績をそのまま利用する方が、製造ロット数の僅少な私鉄気動車には有利であった。国鉄に先駆けたDMH17系エンジンの180 PS化(1955年 小田急電鉄)、歯車駆動式の2軸駆動台車(1955年 留萠鉄道)、空気ばね台車(1958年 札幌市交通局、1959年 常総筑波鉄道)、流体継手の採用(1957年 夕張鉄道)など、一部私鉄には技術面での意欲的な試みもあったものの、それ以上の発展・他社波及を見ない単発的導入に留まったケースが多く、私鉄あるいはメーカー経由で後続の技術開発に十分活かされるまでには至らなかった。
↑ 一方、アルミ合金については製造コストが高くつく点や汚れが目立ちやすいことから、気動車での採用はごく少数に限られている。
↑ “鉄道車両用ディーゼルエンジンについて” (PDF). 日本鉄道車輌工業会. 2017年12月18日閲覧。
↑ 「DMF13」の名称を用いたエンジンとしては、これ以前の1950年代 - 1960年代にDMH17系機関の直列6気筒形である予燃焼室式縦形機関が存在したが、新潟6L13AS・6L13HS系機関とは無関係な別のエンジンである。
↑ JR九州のキハ66系のように、DML30HSI(440 PS)からDMF13HZA(420 PS)に換装され、エンジン出力は若干低下したものの、直結2段変速機によるエンジン性能の有効活用と車体重量減により、結果的に走行性能が向上した車両もある。
↑ 1両あたりの発電能力は50 kVAとなり、キハ183系の1両分の消費電力の45 kVAを越える。
↑ 自動車や気動車の通常電源用オルタネーターもエンジンと共にその回転数が変化するが、これらで発電された電力は直流としてバッテリーに一旦蓄えるため整流されており、レギュレーターでの充電量調整こそ行うが、周波数の変化は問題にはならない。
↑ “在来線車両用VVVF駆動システムと補助電源システム” (PDF). 富士時報 (富士電機) 第72巻 (第2号): 138-139. (1999). http://www.fujielectric.co.jp/company/jihou_archives/pdf/72-02/FEJ-72-02-133-1999.pdf 2018年1月閲覧。.
これらの問題を全て解消すべく、当形式では各車に中容量の発電機を分散搭載しつつ、その動力源を走行用エンジンに求める方式が新たに開発された。交流発電機の駆動力を走行用エンジンから得る場合、列車の運転状況によりアイドリングからリミットまで回転数が変化することとなり、一定の周波数を保つことが難しい。そこで、2つの方式で発電機の回転を一定速に保つ機構が考案された。ひとつはJR北海道キハ283系気動車で採用された油圧ポンプと油圧モーターを用いて発電機を駆動するシステム、もうひとつはJR西日本キハ187系気動車・JR西日本キハ126系気動車で採用された湿式多板式スリッピングクラッチ(オメガクラッチ)を用いた定速回転装置(Constant Speed Unit=CSU)を介して発電機を駆動する方式である。前者は油圧を一定圧に保つことにより定速回転を実現し、後者は油圧クラッチの作動圧力をコントロールすることで定速回転を実現した。両者とも動力の伝達はVベルトを廃した歯車とシャフトによるもので保守作業も軽減されている。
日本の鉄道用ディーゼル機関技術は、気動車用標準型「DMH17系」(150 PS - 180 PS)、ディーゼル機関車用標準型「DML61系」(1,000 PS - 1,350 PS) の実用的な成功以後、保守・堅実の傾向を強め、1950年代 - 1970年代を通じて、欧米からは立ち後れていた。
これらのエンジンは信頼性こそ高かったものの、サイズや排気量の割には低出力かつ高燃費であり、優等列車・勾配線用気動車や幹線用の大型機関車では1両にエンジン2基を搭載する必要があった。このような問題を解消するため、国鉄では気動車用に過給器を装備した大出力エンジン開発の試みが続けられていた。
1959年にDD13形機関車のDMF31S系エンジン (370 PS) を水平シリンダ型のDMF31HS系 (400 PS) に設計変更して気動車に転用することで、キハ60系(キハ60形・キロ60形)が試作されたが、エンジン・変速機技術、特に大出力を受け止める変速機設計技術の未熟から実用化に失敗した。
1966年には、全面的に新開発されたDMF15系 (300 PS) およびDML30系 (500 PS) 機関を搭載した急行形気動車キハ90系を試作、一定の成績を収める。
1950年代初頭まで、日本の気動車はほとんどが、マニュアル自動車同様の選択摺動式の多段変速機と手動(ないしは足動)クラッチによって速度制御を行う、「機械式気動車」であった。
この方式は単純で低コストではあったが、複数車両の遠隔操作(総括制御)が不可能なシステムであり、2両以上の連結運転を行う場合には、各車両に運転士を乗務させ、汽笛かブザーの合図によって協調運転を行わなければならなかった。これでは合理化に逆行し、また実用上4両以上の長大編成も困難であった。長大編成を組んでの高速運転はほぼ不可能であり、幹線輸送の主力とはなり得なかったのである。
1930年代には、欧米で主流であった「電気式気動車」が日本でも若干試作された。ディーゼル機関で発電機を駆動させ、発生した電力で電車同様に台車装架のモーターを駆動させる方式で、電車と同様な複数車両の総括制御が容易なことが長所である。
国鉄の試作電気式気動車2形式はいずれも失敗作に終わったが、南満洲鉄道ジテ1形(1934年)、相模鉄道キハ1000形(1935年)は一定の成績を収めた。しかしこれらは機器類が増加し、複雑・高コストで、当時の日本のエンジン技術では重量過大でもあり、既存の路線にそのまま投入できるものではなく、同様の車両が普及することはなかった。
既存ガソリンカーのエンジンを交換してディーゼルカー化する流れは、江若鉄道において1947年に、トレーラーバス用転用の統制ディーゼル機関を在来保有車に搭載したのが嚆矢である。江若鉄道の場合、前述の通り連合軍キャンプが沿線にあったため、燃料の特配が受けられたことで早期のディーゼル化が実現したが、この流れが他事業者にも本格的に普及し始めるのは燃料供給事情が好転した1950年以降である。この頃になると、統制型エンジンの流れを汲むいすゞ・日野の75 - 100 PS級6気筒を中心としたディーゼルエンジンが大型トラック・バスに普及し、部品供給面の改善(自動車業界の部品流通網が利用できた)や使用側の整備能力向上などインフラが整ってきたこと(戦時統制による企業統合で、多くの私鉄がバス部門を兼業するようになっていた)、さらにこのクラスのエンジンは私鉄に広く普及した12 - 16 m級中型気動車に適した性能であったことなどが背景にある。
ガソリンカーのディーゼル化は、1950年代に入ると国鉄を筆頭として全国的なトレンドとなり、1950年代末期までに零細私鉄での若干の例外を除けばガソリンカーは見られなくなった。また1951年以降は私鉄向けディーゼルカーの新規製造も再開され、徐々に盛んになった。
さらに、基本設計を終えながら燃料統制の影響で実用に供されていなかったDMH17系機関が、1951年から量産化され、国鉄気動車に搭載されるようになった。DMH17系は、当時の日本で気動車用大型エンジンとして実用可能な唯一の存在であったことから、以後国鉄・私鉄を問わず広く用いられるようになる。