JR四国の電気式気動車とは

　皆様、旧年中は大変お世話になり、誠にありがとうございました。

　今頃何を言うのかと思われるかもしれませんが、2年前の年末以降、勤務が非常にきつくなりまして、泊まり勤務から帰宅するとそのまま就寝という生活が連続し、日記を書くことも難しくなっていました。もう年齢的な衰えも有りまして、果たして定年まで体が持つだろうかと今から心配しています。

　さて、これから書きます内容は昨年の夏に日記として書く予定でした。しかし上記のような疲労困憊の状態では日記どころでは有りませんでしたが、今回ようやく時間的な余裕が持てましたので、ここに書いてみようと思います。


　これまで電気式気動車（ハイブリッドも含む）は、ＪＲ各社で開発されて一部は営業運転で実際に使われています。しかしＪＲ四国だけは現時点でその様な車両が1両も存在していません。しかし試作車両がいると言う方もおられますが、ＪＲ四国から公式な発表は一切なされていません。
　しかし多度津工場の構内を電気式の気動車が走行試験をしたことは事実であり、その事について書いていきます。

　皆さんは株式会社中村自工という会社をご存じでしょうか。私はかつて国鉄時代の四カマで気動車の検修作業をしていたときに、ラジエーターや各種機器に中村自工の銘板が取り付けられていたことでこの会社名を覚えておりました。今はナジコと言う名称も使われているようです。実は多度津工場構内で試運転を行った電気式気動車はこの中村自工と大いに関係があるのです。

　昨年の夏のことです。


　私が定期購読をしておりますROLLING STOCK&MACHINERY誌の2021年7月号に「ナジコの意外な事業内容と新しい取組みのご紹介」という株式会社中村自工第二事業部営業部さんが投稿した記事が掲載されていました。


　中村自工は事業の主力であるディーゼル機関車や気動車の推進軸や補機駆動軸に使われているユニバーサルジョイント事業や、ラジエーターに使われている熱交換器事業などを紹介した後で、新たな取り組みのご紹介として、ディーゼルパワーユニット（DPU）の開発とあります。



　この紹介されている記事をここに書きだしてみます。
　近年、国鉄時代に製造されたディーゼル車両は老朽化による車両更新時期を迎え、液体式から電気式気動車やハイブリッド車両へとシステムの変更が進みつつあるなか、当社では市場に新しい価値を提供すべく長年培ったディーゼル車両における経験を活かし、床下に分散していた各装置をユニット枠へ統合させ１つの装置として構成する「ディーゼルパワーユニット（DPU）」の開発に取り組んでいます。DPUのコンセプト・期待効果として、以下を掲げています。
１，オールインワン化「あれもこれも、これ１台」
　標準化・共通化、設計工数の削減、ユニットでの性能把握

２，コンパクト化・省スペース化
　機器配置の最適化、ぎ装スペースの確保、軽量化、機器更新の省力化




３，メンテナンス重視
　電気式・部品点数の削減、耐目詰まりラジエーター、装置のモニタリング




　２０１８年には九州旅客鉄道（株）にご協力を頂き、キハ３１系車両にDPU-2Gを搭載し定置での評価試験を実施しました。
　また２０２０年７月には四国旅客鉄道（株）にご協力を頂き、キハ４０系車両にDPU-3G並びに電動台車、主変換装置（CI）をぎ装する改造を行い、多度津工場で構内走行試験を実施しました。
　構内走行のため速度は15km/hまででしたが、「DECモード（主回路蓄電池なし）」、「ハイブリッドモード（主回路蓄電池あり）」、「アイドリングストップモード（主回路蓄電池の充電状態に応じて機関を停止）」の３種類の動作モードで走行を行い、各種データ採取を行う事が出来ました。
　また、DPUのコンパクト性による、ぎ装工事の容易さも確認する事が出来ました。
　車両搭載試験によりDPUそのものの評価が行えたことも一つの成果ですが、既存の車両を電気式気動車に改造するという車両の活用方法の可能性を示せたことも大きな成果でした。
　DPUの開発にあたりましては、各鉄道事業者や関係者から様々なアドバイスを頂き改良を重ねました。今後も本格採用に向けた取り組みを行います。

　と上記の内容ですが、ここで動画を見ていただくと上記の内容を更にご理解できるのでは無いでしょうか。

https://www.najico.co.jp/news/2194

　さて、動画の中で多度津工場内の試運転線上で高知運転所所属の１０００系気動車１０４０号（ドア横の票差しに知の札が入っていた）と、キハ４０ ２１４６号が連結されて試運転を行っています。この１０４０号は車体や機器類が非常に綺麗な状態ですので、多度津工場に全般検査か要部検査で入場していた車両と思われ、今回の試運転にも駆り出されたのでしょう。この１０４０号の役割は、この試運転列車のブレーキを担っていたと思われます。と言いますのが、DPUを搭載しましたキハ４０ ２１４６号の床下には、DPU、主変換装置、燃料タンクしか有りません。キハ４０に本来付いているはずのブレーキ制御装置は他の主要機器と共に外されており、試験に使う最低限の機器しか搭載されていません。そのためキハ４０の窓は夏場の暑さのために開いています。
　ブレーキ制御装置が無いのでキハ４０単独での走行は出来ず、１０４０号に連結してもらい加速はキハ４０で行いますが、ブレーキは無線で指示して１０４０号の運転台で操作してもらっていたと考えられます。
　それからもう一点気になったのが台車です。このキハ４０ ２１４６号の台車ですが、これまでの動台車は軸箱の蓋を全て開けた状態であり、これは速度計の発電機を外したためでしょう。また同時に無用になった推進軸なども外されているでしょうから従台車として使用しています。それからこれまで従台車だったところには電車用のDT61台車を履いています。つまりここが交流モーターの有る動台車となり、これまでのキハ４０とは逆の配置になっています。
　キハ４０はエンジン、変速機（ここに逆転機もある）からの動力を推進軸で台車内の減速機に伝えて車輪を回転させます。つまりエンジンから動台車まで非常に重量の有る機器がが連なっており、車両の動台車側が結果的に重くなっていました。ところがこのDPU取付車両のキハ４０はエンジンで発電機を回し発生した電気は主変換装置に送られます。ここで三相交流に変換されて主電動機に送られますが要は電車と同じです。つまり電気は全て電線を通るため、液体式気動車よりも動力伝達の自由度は上で、DPUの側を動力台車にせず反対側を動力台車にすることで車両の重量配分を均等にしています。またDT61台車は、ＪＲ東日本の２０９系電車の廃車発生品では無いかと思われます。恐らく中村自工がＪＲ東日本から購入したのではないでしょうか。

　さて、このDPUですが、ＪＲ九州でキハ３１に取り付けて定置試験をしたのがDPU-2Gで、この動画にありますように昨年多度津工場で構内試運転をしたのがDPU-3Gでして、このDPU-3Gの方が機関出力や発電容量が大きいのでは無いかと思われます。どうもこれ以外にもラジエーターを屋根上搭載したタイプも計画されているようで、他のタイプも数種類計画されているようです。
　今後は１両で走行できるように、DPUと主変換装置と燃料タンク以外に、空気圧縮機、ブレーキ制御装置、元ダメや供給空気だめなどの各種エアータンク、冷房用のSIV、ATS等の保安装置、更にはトイレの汚物処理装置や水タンクも必要になるでしょう。１両にこれだけの機器を取り付けるとなると２０ｍ級の車両の床下に収まるかと言う疑問もありますが、最近はエアータンクを屋根上搭載したＪＲ四国の特急用気動車もいますし、トイレの汚物処理装置と水タンクを床上搭載できる製品が発表されていますので、問題は無いでしょう。

　今後このDPUはどうなるかということですが、おそらくＪＲ九州は採用しないでしょう。既にＹＣ−１型がいますのでシステムの違う形式を採用するとメンテナンスの面で不利です。本命は未だ電気式気動車を有していないＪＲ四国でしょう。ＪＲ東海は特急車両はいますが、ローカル用は今後どうするのか見ものです。
　さて、ＪＲ四国の場合は国鉄時代に投入されたキハ４０、４７系、キハ３２、キハ５４そして特急用のキハ１８５系の置き換えを何とかしなければなりません。これまでのような電化して電車で置き換えも今後は無理でしょうから、どうしても気動車での置き換えで、それも単行で運転できる両運転台の車両になってしまいます。特急用のキハ１８５系を除いてもある程度まとまった数ですので量産効果は発揮できるでしょう。
　そこでＪＲ四国の１５００系気動車と同格の車両で考えてみました。この気動車は性能的にはＪＲ各社の一般型気動車を凌駕する走行性能を有していますし、加減速性能も電車には負けていません。大出力の直噴ターボディーゼルエンジンと多段式のトルクコンバーターを有していますので、これに近い性能をDPU搭載車両はたたき出し必要があります。
　１５００系のような液体式気動車は大出力機関の太いトルクを重視していますが、電気式気動車はトルクをそれほど重要視していませんので、大きな問題は無いと思います。また１５００系気動車は２軸駆動で、機関から変速機を介して第一、第二推進軸が連なっています。これは１軸が空転した場合、機械的に繋がっているもう１軸も空転してしまいますが、電気式の場合は動台車のそれぞれの車軸に主電動機が減速機を介して付いており、機械的に第一軸と第二軸は繋がっていません。片方が空転してももう一方が釣られて同時に空転はしませんし、空転検知装置が空転を検知すると主変換装置が空転した主電動機の電流を絞って空転を止めますので、再粘着性能に関しては電気式の方が有利でしょう。

　もし可能であれば、この車両を改造してみてはどうかと思うのです。


　これは近畿車輛製の１５００系気動車で、１５６６号と１５６７号が存在しますが、どうもこれまでの１５００系の制御システムとは異なっており現場では扱いにくいようです。そこでこの２両をDPU取付の大改造を行い、徳島運転所の１０００系気動車の運用に入れて長期試験をしてはどうかと思うのです。徳島運転所には１０００系気動車の運用と１２００系と１５００系共通の運用がありますが、１２００系と１５００系は朝のラッシュ時に５両編成の運用があり、液体式気動車とDPU改造車との併結はシステムが大きく異なるため流石に無理でしょう。
　しかし１０００系の運用は最長でも２両ではないでしょうか。それならこちらの運用に投入して長期試験をやってみて、結果が良ければ国鉄形置き換えの新製車両にフィードバックし、更には１０００，１２００､１５００系をDPU搭載の電気式気動車に改造してしまえばＪＲ四国のローカル用の気動車はすべて電気式気動車になります。ただキハ１８５系は今後どうするのか、ちょっと中途半端な立場ですね。

　元々は中村自工が自社で開発していた物をＪＲが車両と試運転線を貸して試験を行ったということで、ＪＲ四国の新型電気式気動車としてではありませんが、ひょっとするとＪＲ四国も採用を検討しているかも知れません。ただ高徳線では短い駅間であること、予讃線や土讃線では急勾配区間と長い駅間であるという難題があり、それを１両で営業運転する必要がある。サービス面ではクーラーは絶対に必要なので車両開発は大変だと思いますね。

　かつて四カマで気動車の検修作業をしていた頃、キハ６５の床下でラジエーターと冷却水の太い配管に挟まれて身動きが出来なかったことを思い出しました。本当にキハ６５の床下は各種機器でぎっしりの状態で、どこにもスキマなど有りませんでした。唯一大きなスキマは従台車の内側でして、特殊な構造の台車で台車の中心軸が無かった為に、ここだけは広々とした空間でした。皆さんもこの内側に入ることが出来ればきっと驚きますよ。後にキハ４７が高知から転属してきたのですが、この車両は少し床下に余裕がありまして作業しやすくなりまして、とても喜んだものです。それからキハ２８やキハ２８ ５２００番代（国鉄四国総局ではキロ２８を指定席車にしたときこの形式に変更した）は床下がスカスカの状態でして、のびのびと作業が出来ました。
　しかしキハ１８１は床下も酷かったけど床上の機器室内や屋根上でも作業することがあり、それはそれは大変でした。
　そう思うとディーゼル機関車のDE10は案外スキマが多くて作業性はとても良かったですね。

　四国にも早く電気式気動車が登場してくれることを願いますが、それは同時に私が検修作業をしていた車両達とお別れするという事でもあり、その点だけは複雑な心境です。