気動車

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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]

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ている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。ガソリンエンジン搭載車は戦後の磐梯急行電鉄九十九里鉄道の廃線で廃れた。
日本の気動車の歴史は小規模な鉄道から運用が始まった。機関車客車貨車を連結するよりも合理的であったからである。エンジンの出力が小さい時代は気動車の車体も小さかったが、1956年国鉄キハ55系気動車から客車電車と変わらない大きさの車体となった。

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。
また、石油発動機焼玉機関による気動車も登場したものの、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。

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、大井川鐵道淡路交通のように直流電化を行い、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、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で、気動車は国鉄での運行が主体となった。

エンジンの出力はGMF13系から開発されたDMH17系などの130〜180ps程度のものが戦前から改良されて使用されていたが、高度経済成長期に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 1]

動力伝達方式の歴史[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、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電動機を用いた電気式が開発されたが、当時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あまり普及しなかった[注釈 2]
一方、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、総括制御が容易で重量が嵩まないことから普及し、以降の主流となったが、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後に問題となった。
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、ディーゼルカー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。
海外では機械式でありながら総括制御を可能にしたものや、電子制御式の機械変速方式と呼ばれる、自動変速でありながら動力伝達効率を上げたタイプのものが存在する。

脚注[編集]

注釈
  1. 他方、確立された技術であることから小湊鉄道のように、旧来の技術による気動車を継続使用する民鉄もある。
  2. 国鉄が戦後に開発した電気式気動車は重量負担軽減のために直角カルダン駆動方式を採用し、これが国鉄初のカルダン駆動方式の車両となった。