気動車
気動車 (きどうしゃ)は、客車に動力用エンジンを搭載した鉄道車両である。
概要[編集]
主に、架線の無い路線で用いられる。
日本では、気動車のほとんどがディーゼルエンジンを搭載し、トルクコンバータを介してエンジン出力を台車に伝達している液体式ディーゼルカーである。稀にディーゼルエンジンを搭載しない気動車もあるが、これは液体式ディーゼルカーと連結を行うことが前提となっている付随車である。
近年は、ディーゼルエンジン駆動で発電機で生じた電力を用い、交流モーターによって台車を駆動する電気式ディーゼルカーの新造や[注釈 1]、ディーゼルエンジン駆動で発生の電力に加え、制動時の運動エネルギーを電力回生して併用するハイブリッド気動車の新造が進んでいる。
一方、日本国外では、総括制御可能でありながら、トルクコンバータを用いない機械式伝達のものや、自動変速でありながら動力伝達効率を上げた電子制御式の機械変速方式と呼ばれるタイプのものが存在する。
近年は、交流電化の路線で、1両で十分な輸送量の少ない区間で架線下DCとして用いられるケースが増加している。一方、電化区間で架線集電可能な蓄電池式電車や、水素の燃焼で発電する燃料電池車も開発され、気動車から置き換えられるケースも生じている。
機関の歴史[編集]
明治時代[編集]
客車に蒸気機関を搭載した蒸気動車によって気動車の歴史が始まった。しかし、輸入品は保守に手間がかかることからあまり普及せず、1909年に工藤兵二郎が国内で開発した工藤式蒸気動車のみが少数定着したのみだった。
日本の非蒸気式の気動車の歴史は小規模な鉄道から運用が始まった。機関車に客車や貨車を連結するよりも合理的であったからである。
また、石油発動機や焼玉機関による気動車も登場したものの、エンジンの出力が小さく、軽便鉄道で重宝されたが、大規模鉄道には普及しなかった。また、気動車の車体も小さかった。
大正時代[編集]
自動車が輸入され、ガソリンエンジンが実用化されると、これを転用したガソリンカーの普及が小規模な鉄道から始まった。この流れは鉄道省にも及び、輸送実績の高い線区の高フリークエンシー化や鉄道敷設法別表によって大量の路線建設が法制化された零細線区への導入が検討された一方、木下淑夫のように国鉄鉄道路線拡大そのものに疑問を呈し、バス路線開拓の検討を意見した鉄道官僚もいた。
昭和戦前[編集]
さらに大出力の機関を求めてディーゼルエンジンの実用によりディーゼルカーが開発された。
1940年にガソリンカーのガソリンに引火して大火災になった西成線列車脱線火災事故が発生すると、ガソリンカーは石油統制令の影響とともにガソリンエンジンを撤去のうえ、客車への改造、一部は天然ガスを燃料とした天然ガスカーへの改造を行った。
昭和戦後以降[編集]
石油事情の好転により日本国有鉄道は戦前にガソリンカーとして新製され、戦時中にはエンジン撤去のうえ客車として使用されていた車両をディーゼルエンジンに載せ替えたうえ、ディーゼルカーとして使用を再開した。
中小私鉄も同様の道を辿ったが、大井川鐵道や淡路交通のように戦後直後に直流電化を行い、客車化していたガソリンカーを電車に改造するところもあった。これらは蒸気機関車に使用する石炭の高騰に耐えられず、増資を重ねて電化をしたのだが、それまでガソリンエンジンを搭載していたところに電動機を搭載し、たわみ継手と傘歯車で電動機の回転を車軸に伝える直角カルダン方式を採用した。
他方、民鉄においては、戦前に路線網を形成した軽便鉄道の生き残りである磐梯急行電鉄や九十九里鉄道の戦後の廃線で、戦前に一時主力だったガソリンカーが廃れ、1950年代に姿を消した。加えて、1950年代後半から1970年代前半にかけ、非電化路線がバスや自家用車に対抗できなかったり、産炭地で石炭需要が減退して廃線が進んだ。
こうして、気動車は国鉄での運行が主体となり、1956年の国鉄キハ55系気動車から客車や電車と変わらない大きさの車体となった。戦後直後の電化に乗り遅れたり、電化の困難な非電化の中小私鉄も国鉄と同等な車両を落成して、島原鉄道や三岐鉄道のように国鉄に乗り入れた事業者もあったほか、江若鉄道のように国鉄から車両を購入するところもあった。
エンジンの出力は戦前に開発されたGMF13系からディーゼル化されたDMH17系列などの130〜180ps程度のものが改良されて使用されていたが、高度経済成長期に過給器が設置された500PSのDML30が登場した。さらにガスタービンエンジンの使用も考えられ、キハ07 901やキハ391系による試運転が始まった。しかし、騒音が大きく、燃費が悪いこともあいまって第一次オイルショックを期に開発を中止した。1978年にターボチャージャーのついた、220〜300ps級のDMF15系、そして国鉄分割民営化直前には直噴式でターボチャージャーやインタークーラーのついた250〜350ps級、あるいは400〜500ps級の新潟鐵工所製新型DMF13系やコマツ製SA6D125系・SA6D140系、カミンズ製DMF14系にシフトし、旧来のエンジンはJRでは順次淘汰が進んでいる[注釈 2][注釈 3]。
動力伝達方式の歴史[編集]
機械式[編集]
黎明期はマニュアル式自動車と同様のクラッチを使用した機械式で、蒸気機関車同様に転車台が必要な単端式の気動車もあったが、複数両連結の場合、蒸気機関車の重連と同様に各車両に乗務員が乗り込んでの協調運転が必要であった。
日本では機械式は小輸送量の気動車の動力伝達手段のイメージが強く、旅客用気動車では廃れた印象があるが、後述の液体式は動力伝達でトルクコンバータでの損失が出ることが問題となり、欧米では前記のように機械式ディーゼルカーも進化している。
電気式[編集]
乗務員コストを軽減できる総括制御を実施するため、エンジン駆動の発電機と電動機を用いた電気式が開発されたが、1950年代〜1980年代前半の鉄道で主流の直流モーターは、電動機重量が嵩む割に出力が出ないことから、日本の気動車では、あまり普及しなかった[注釈 4]。
しかし、電車でパワーエレクトロニクス技術が発達し、軽量でも期待通りの出力が得られる交流モーターの使用が浸透したことで、気動車でも車体重量を軽減できるため電気式の時代が再到来し、制動時の運動エネルギーを回生して起動時の電力として活用可能なハイブリッド鉄道車両も併せて出現することになった。
液体式[編集]
軌道の軸重制限が厳しい日本では、ドイツで開発されたトルクコンバーター使用の液体式が、総括制御が容易で車体重量が嵩まないことから普及し、以降、日本国内で主流となった。
なお、自動車の動力伝達では、歯車を使用しない無段変速機が実用化されたが、気動車においては、耐久性および、気動車によく使用されるディーゼルエンジンとの相性の問題で今日に至るまで無段変速(CVT)方式が採用されたことはない。
形式について[編集]
1両ずつの形式称号には電車の「モハ」や「デハ」に対して、国鉄・JRや旧来の私鉄では原則「キハ」が付与される。かつては「ヂハ」や「ジハ」「(ホ)ジ」「ケハ」とする会社もあった。ただし、以下のように例外は非常に多い。
- JR東日本のハイブリッド気動車、電気式気動車はそれぞれ「HB-」「GV-」を付与。
- JR北海道の電気式気動車はH+数字のみとなる。
- JR西日本の電気式気動車は「DEC」を付与。
- JR東海のハイブリッド気動車は電車扱いで「クモハ」「モハ」を付与。
- JR四国発足以降に開発した四国島内運用の気動車には何もつけない。
- JR九州の電気式気動車は「YC」を付与。
- ひたちなか海浜鉄道では廃止された第3セクターから譲り受けた場合「ミキ」などそのまま使用する場合が多い。
- 樽見鉄道は「ハイスピードモーターカー」を意味するハイモを使用。
- 北条鉄道の自社発注車は「兵庫県立フラワーセンター」から取ってフラワを使用。
- その他第三セクターではトキ鉄のETや長良川鉄道のナガラなど、路線名に準じたものが多く、キハは譲受車のみ。
- 紀州鉄道では第3セクターから譲り受けたLEカーに対し「キテツ」「KR」を付与。
- 鹿島鉄道(廃止)向けのNDCはKRを付与。
脚注[編集]
- 注釈