気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式

気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式

気動車やディーゼル機関車、さらには他の内燃機関車の動力伝達方式について解説します。内燃機関は、トルクが山なりの特性を持ち、出力は回転数に比例することが知られています。このため、内燃機関を使用する車両では、静止から直接的に発進することができず、必ず無負荷で始動させる必要があります。また、回転数の利用範囲が限られているため、実用的な走行速度を得るためには変速機構が必須です。

現在の技術状況

世界中でエネルギー効率を改善する取り組みが進められていますが、内燃機関の熱効率の向上には限界が近づいているのが現状です。とはいえ、駆動系の伝達効率にはさらなる向上が見込まれており、この点においての技術開発が進行中です。

主な動力伝達方式

鉄道車両用の動力伝達方式としては、主に以下の3つが存在します。

1. 機械式

機械式はクラッチとギアボックスを組み合わせた方式であり、自動車におけるマニュアルトランスミッションと似ています。1900年代から1920年代にかけて、手動の変速機とクラッチが使用され、日本でも同様の技術が採用されていました。1930年代には、欧州で電磁制御の機械式変速機が普及し、さらに自動変速式の気動車も実用化されるようになりました。

機械式の長所・短所

• - 長所：構造が簡素で軽量、低コストで効率が非常に高い（95%以上）。
• - 短所：運転には熟練が必要で、連結運転時には複数の運転士が必要になる。

2. 電気式

電気式は内燃機関で発電機を駆動し、発生した電力で電動機を動かす方式です。これにより、燃料噴射ポンプの遠隔操作が容易になり、効率的な運転が可能です。電動機は発進時から高いトルクを発生でき、多動軸の機関車に適しています。

電気式の長所・短所

• - 長所：運転は簡易で、部品の共用によるコスト削減が可能。
• - 短所：重量が増し、複雑な構造になるため、コスト面で不利。

3. 液体式（流体式）

液体式はトルクコンバータを用いる方式で、トルク増幅作用が特徴です。これにより、効率的な動力伝達が可能になりますが、構造が複雑で高価になります。

液体式の長所・短所

• - 長所：小型機関車には適しており、操作も簡単なため広く使われています。
• - 短所：変速機油の管理や構造が難しく、大出力機関への適応には限界があります。

日本における事例

日本では、戦前から数少ない電気式気動車が製造されましたが、第二次世界大戦後に液体式が主流となりました。近年では、ハイブリッド方式の導入や新たな 電動機の普及などが進み始めています。例えば、JR東日本が展開する蓄電池併用の気動車などがあります。

脚注

鉄道における動力伝達方式は技術や時代とともに変化しています。このような技術革新が今後どのように発展していくのか、注目されるところです。長い歴史の中で培われてきたノウハウは、将来的なエネルギー効率の向上や新たな運行方式の開発に活かされることでしょう。

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