国鉄キハ60系気動車
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国鉄キハ60系気動車（こくてつきは60けいきどうしゃ）は、日本国有鉄道が1960年に製作した、大出力エンジン搭載の試作気動車である。
エンジン以外にも、変速機や台車、車体などに数多くの新機軸を盛り込んだが、目的を達せず、量産化には至らなかった。
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[編集] 開発の経緯
[編集] DMH17系エンジン
国鉄気動車の標準形機関のひとつ。排気量17リッター、水冷・直列（又は水平直列）8気筒・OHV・自然吸気・副燃焼室（予燃焼室又は渦流室）式ディーゼルエンジンである。
DMH17とは国鉄の呼称で、Diesel Motor 8気筒（アルファベットで8番目はH） 17リッターの意。改良を受けた順にA、B、Cが付加される。また、「横形」と言われる、シリンダーを水平配置としたものにはH（Horizontal 水平の の意）が付加される。
戦前、鉄道省時代の1935年に、新潟鐵工所・池貝製作所（現・株式会社池貝、株式会社 池貝ディーゼル）・三菱重工業の3社が競作した150PS級エンジンがDMH17形の原型である。その実績に基づき、鉄道省では戦時中の1942年までにDMH17の原設計を完成していた。戦中・戦後の中断をはさみ1951年から量産に移された。
燃焼室、噴射ポンプ、噴射ノズル、噴射特性により各タイプに分類される。さらに1960年からは横形が加わり、以降の主流となった。1951年から1969年までの長きにわたり、一般形はもとより特急形を含むすべての量産形式に搭載された他、特急形気動車のサービス電源（発電セット）用としても採用された。その後も私鉄においては採用が続き、2005年現在であるが21世紀に入ってからもなお活躍中。
国鉄にとって初の高速機関となったため、冒険を避け余裕を持たせた設計に腐心した結果、決して高性能ではなかったものの、その安定性故に全国的に普及した。フリークエンシー向上化・無煙化・高速化など、地方線区のサービス向上に多大なる貢献を果たし、今なお日本の気動車用エンジンのスタンダードとして広く知られる。
[編集] DMH17系の問題
DMH17系エンジンは実用上は十分な信頼性を備えてはいたが、その設計の古さ故、重量や排気量の大きさの割に出力が低いという欠点があった。この欠点は気動車を急勾配路線で運行する際に顕著で、1エンジン気動車は登坂性能で、蒸気機関車牽引列車に劣るケースも見られた。DMH17形に代わる強力なエンジンも無く、編成出力の増強策として一両にエンジンを2基搭載する方法が採られ、その後の標準となった。
1954年に2エンジン試作車としてキハ44600形（のちキハ50形）が落成。大柄な直列8気筒のDMH17B形と、その補器を2組分搭載するには床下スペースが不足し、苦肉の策として、台車中心間の距離を標準より2m長い15.7mとすることで搭載性を確保した。しかし、これにより多くの路線で分岐器や曲線通過に支障を来すこととなり、やむなくキハ44600形は線区限定運用とされ、気動車本来の弾力的な運用は諦めざるを得なかった。
このため、これを教訓とし、1955年から造られた改良型のキハ44700形（のちキハ51形）では、床下機器の寸法と配置を見直し、台車中心間距離を14.3mまで縮小することで、運用の問題を解消している。これで一応は出力が確保され、必要な性能は実現されたことになり、以後、特急形までこの方法を踏襲することとなった。
とは言え、2エンジン車は問題点も抱えていた。出力や駆動力は1エンジン車の倍になるが、エンジン、変速機、逆転機も2組ずつ必要となり、製造・保守のコストも倍になってしまう。排気マニホールドの過熱防止のための「5ノッチ・5分」の運転扱いや、耐久性の面で過給器を装備できないことなどから、これ以上の性能向上に対する余力に乏しいことは明らかであった。
この点を最も痛感していたのは国鉄自身であり、そのため、DMH17系の開発を諦め、早くからDMF31系の気動車転用試験が行われることになった。
[編集] DMF31系エンジン
鉄道省は、1937年にキハ43000形電気式気動車を試作した。この際、島秀雄を中心とする鉄道省の技術者によって専用に開発されたのが、出力240PSのDMF31H形ディーゼルエンジンである。
排気量31リッターの直列6気筒機関であるが、1気筒あたりの排気量はDMH17形の優に2倍以上という巨大なエンジンで、シリンダーを垂直に立てると気動車の床下に収まらない。やむなく水平に寝かせるレイアウトとなり、水平シリンダーを意味する「H」の1字が機関形式の末尾に付いた。結果は惨憺たるもので、クランクシャフト折損などの致命的な故障が多発した。設計や工作技術が未熟であった故と見られる。
当時すでに、日中戦争で相当に国力を疲弊させていた上、1941年に太平洋戦争が勃発し、根本的な改良を行う余地はなくなってしまう。さらに、キハ43000形そのものが空襲で失われてしまう。
戦後になって、このDMF31系機関の設計をディーゼル機関車のエンジンに再利用する動きが持ち上がった。シリンダーを垂直化されるなど大幅な刷新を受け、過給器の搭載で370PSを発生するに至ったDMF31S形エンジンは、1957年に開発された入替用のDD13形に搭載され、良好な成績を収めた。
DMF31S形はのちに強化形のDMF31SB形で500PSにまで出力向上した。またこの設計を元に2倍のV形12気筒としたDML61S系エンジンは、のちインタークーラーの付加で1100PS～1350PSの出力を発生するに至り、DD51形や、DE10形といった液体式ディーゼル機関車のエンジンとして、一定の成功を収めている。
かように好調なDMF31S形エンジンを、気動車用に活用することが考えられた。ただし垂直シリンダー形では気動車の床下搭載は不可能で、当然ながら再度水平シリンダーに設計変更された。過給器装備はそのまま、チューニングを変更して出力400PSとした。これがDMF31HSA形エンジンである。
キハ60系気動車は、このDMF31HSA形エンジン(400PS/1,300rpm)を1基搭載する車両として、1959年末から試作され、1960年初頭に完成した。
[編集] キハ60系の特徴
当時における次世代の大出力気動車であり、最高速度は110km/hを計画していた。これは在来形気動車の最高速度95km/hを大きく上回るもので、当時国鉄最速であった151系電車と同等である。
車体外観はキハ55系（キハ55形・キロ25形）に酷似しているが、キハ・キロとも外吊り式の客室扉を採用しているのが大きな特徴である。水平機関を用いるため、床面の点検蓋は廃止され、特急電車並みの浮床構造を採用して防振・防音を図っている。
エンジンは前述のDMF31HSAを1基搭載、これに新たに開発した充排油式の液体変速機を組み合わせた。この変速機は直結段を従来の1段から2段に増やして、駆動効率の改善を図っている。
駆動台車は大出力に対応するため2軸駆動となった。また高速運転に備え、ブレーキは油圧作動のディスクブレーキとした。このブレーキに関する限り、当時の特急電車並である。
[編集] キハ60形
1960年に1、2の2両が試作された三等車（すぐに2等級制移行で二等車となる）。片運転台で、外観は同時期のキハ55形に酷似しているが、外吊りドアで見分けられる。便所・洗面所がなく、ドアは連結面側に寄っている。車内は通常の固定クロスシート。
台車は標準型のDT22形に類似したコイルバネ式の2軸駆動台車DT25形（付随台車はTR61形）である。
気動車においてギアドライブ式の本格的な2軸駆動台車を採用した先例は、留萠鉄道キハ1000形（1955年製、のち茨城交通に転じて廃車）があるが、国鉄では最初の試みであった（戦前には軽便鉄道等でチェーンやロッドによる2軸駆動が試みられているものの、耐久性や駆動力の円滑さに難があって普及しなかった）。
試験終了後は予備車となり、房総地区で海水浴シーズンに付随車代用で使用された後、1965年にDMH17H(180PS/1,500rpm)1基搭載・1軸駆動に改造された。
[編集] キロ60形
1960年、キハ60形と同時に1両のみ製造された二等車（すぐに2等級制移行で一等車となる）。片運転台で、外観は狭窓が並び、同時期のキロ25形に酷似しているが、外吊りドアで見分けられる。便所・洗面所を備える。車内もキロ25形同等の回転クロスシート。
台車はやはり2軸駆動であるが、国鉄の気動車用としては初めての空気バネ台車となったDT25A（付随台車はTR61A）。DT25の枕バネのみをベローズ式空気バネとしたタイプである。
当時、気動車における空気バネ台車の採用は端緒に就いたばかりであった。前年の1959年に常総筑波鉄道（現・関東鉄道）が18m級気動車キハ500形の一部を空気バネ台車仕様で新製しており、また1960年には、島原鉄道が国鉄キハ55形・キハ26形と同仕様で製作した両運転台車のキハ55形(5501～5503,5505)・キハ26形(2601,2602)に、やはり空気バネ台車が装備されている。どれも揺れ枕吊り式のコイルバネ台車をベースに、枕バネのみベローズ式空気バネとしたタイプで、空気バネ台車としては古い形態である。
試験終了後の1962年にDMH17H形1基搭載・1軸駆動に改造された。更に1968年には二等車に格下げされてキハ60形101となった。
[編集] キハ60系の挫折
完成したキハ60系は早速テストに供されたが、試験運転してみると、水平シリンダーの大排気量エンジンは必ずしも好調ではなかった。水平シリンダーは、垂直シリンダーに比して潤滑が難しかったのである。
また肝心の大出力対応型変速機は、適切に作動させることができなかった。ことに直結の低速段・高速段間の切り替えは、トルクコンバーターの滑りを利用できないため回転差のショックが激しく、ついにこれを克服し得なかった。
当時は電子制御技術以前の時代で、コントロールはエンジン・変速機とも機械式ガバナーに頼るほかなかったが、いずれも細やかな制御は不可能だった。当時の日本の技術水準では、大排気量エンジンと直結2段変速機をスムーズかつ緻密に同調させることができなかったのである。
キハ60系における大出力エンジンと直結2段変速機の試みは、結局失敗に終わった。同系列の機器はDMH機関と通常型の変速機に載せ替えられ、外吊りドアを除いてはキハ55系と大差ない体裁となった（後年、通常の引戸に変更）。これらは準急列車や久留里線での普通列車運用を経て1978年までに廃車されている。
しかし、ディスクブレーキ装備の空気バネ台車だけは、のちにキハ82系特急形気動車に採用され、高速時からの優れた制動能力を発揮して所期の成果を挙げた。
[編集] 関連項目
| 日本国有鉄道（鉄道省）の気動車 |
|---|
| 蒸気動車 |
| キハ6400形 |
| 鉄道省制式気動車 |
| キハニ5000形・キハニ36450形・キハ40000形・キハ41000形・キハ42000形・キハ43000形 |
| 機械式一般形気動車 |
| キハ04形・キハ07形 |
| 電気式一般形気動車 |
| キハ44000系 |
| 液体式一般形気動車 |
| キハ44500形・キハ10系・キハ20系・キハ31形・キハ32形・キハ54形 |
| 機械式レールバス |
| キハ01系 |
| 客車改造液体式一般形気動車 |
| キハ08系 |
| 液体式近郊形気動車 |
| キハ45系・キハ66系・キハ40系II |
| 液体式通勤形気動車 |
| キハ35系・キハ37形・キハ38形 |
| 液体式準急形気動車 |
| キハ55系・キハ60系 |
| 液体式急行形気動車 |
| キハ56系・キハ57系・キハ58系・キハ65形・キハ90系 |
| 液体式特急形気動車 |
| キハ80系・キハ181系・キハ183系・キハ185系 |
| 試作車／事業用車／試験車 |
| キワ90形・キヤ92形・キヤ191系・キハ391系 |
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