鹿部電鉄は線路も電車も大した進展がないので余談雑談を続けます。子供の頃から電車の運転手になりたかったことは繰り返し書いてきました。運転手になれないなら電車を作る仕事がしたいと思いながらそれも叶いませんでした。その結果鉄道と直接かかわることのない職業に就き、それでもエンジニアとしてしか能がないので定年を過ぎても機械設計技術者として働きましたが、最後まで仕事は好きになれませんでした。元左翼学生の私はずいぶんな年齢になるまで「労働は罪悪だ」「資本家の搾取に手を貸すな」という言葉の影響を受けていて、仕事を家に持ち帰ることは絶対にせず些細なことでも必ず会社で処理して対価を申請していました。逆に、勤務中に人知れず趣味の世界に入り込むことはよくありました。
海外で撮った写真、ほんの一部ですがご覧ください。
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| イギリスのミュージアム |
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| イギリス 鉄道ファンツアー ツアーガイドの女性は鉄道博物館長の娘さんとか |
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| ドイツ デュッセルドルフとフランクフルトのトラム |
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| 台湾 阿里山鉄道 側線にあったDIYモーターカーで遊ぶ |
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| スイス レマン湖畔私鉄乗り歩き |
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| レマン湖畔の古典車とSBB(国鉄)列車 |
ディーゼルエンジンで話が脱線したついでに、いや脱線したわけではなく側線に入っただけですが、ガスタービン列車の話をします。私が川崎重工に就職して配属された先はジェットエンジン事業部設計部でした。当時純国産の産業用ガスタービンの生産を始める一方で、アメリカのメーカーのライセンス下で製造していた航空用ガスタービンを鉄道に転用するプロジェクトがありました。
1967年(昭和42年)頃国鉄では非電化亜幹線の高速化を計画しており、軽量で大出力が得られるガスタービンに着目していました。欧米ではすでに試験されたり実用化されたりしていて、国鉄のキハ07を改造した試験車では実用化の足掛かりとなるデータが得られていました。
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| 16番のキハ07901 自身製作 |
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| ガスタービン列車が実現したらこんなスタイルに 側面の吸気口と屋根上の大きな消音器が特徴です |
あれから半世紀を経てガスタービンの弱点であった燃費は排熱の有効回収や最適負荷制御で改善され、製造・メンテナンスコストは簡略構造の量産効果で大幅に低減されています。VVVF方式に象徴される半導体技術が飛躍的に発達して超高速発電機も実用化されました。今はディーゼル発電機とバッテリーを搭載したハイブリッド電車が非電化区間を走行する時代、その先は水素をエネルギー源とする超小型のガスタービン発電機と高性能バッテリーのユニットが電車に搭載されればガスタービン動車復活の日も夢ではなくなるかもしれません。
話は脇道、いや待避線のさらに側線に逸れてしまいますが、片足は本線に残して置くように努めます。鉄道用ディーゼルエンジンにまつわる色々なお話です。
1．回転数(速度)制御
ガソリンエンジンとディーゼルエンジンには多くの共通点と相違点があります。すべてを語ると一冊の本が書けるくらい、いえとても一冊くらいじゃ書ききることはできないでしょう。どちらもシリンダーの中で燃料を燃焼させてピストンを動かし、クランクシャフトを介して回転力として出力するという基本原理を同じくする内燃機関と呼ばれる原動機です。両者の根本的な違いは、片や気化しやすいガソリンを使用するのと、他方軽油や重油といった低揮発性油を燃料にしていることです。それに起因してその燃料をシリンダーに送り込む付随機器の種類や構造が全く異なるとともに、シリンダー内部での着火原理、燃焼現象、出力特性などに明らかな差異が生じます。
今どきの自動車用エンジンはガソリンもディーゼルも電子制御方式が主流になっており、それに伴って燃料を送り込むための機器類も電気信号による駆動に適したものに進化しています。ひと昔前までは自動車や船舶、もちろん鉄道車両用を含めてほぼすべてがメカニカルな機構で制御されていました。例えば回転数を一定に保つためのガバナーは調速機と呼ばれ、エンジンに限らず時計、オルゴール、蓄音機、エレベーターなどに同じ原理の機構が組み込まれています(した)。回転数が目標値より高くなると錘の遠心力が大きくなることを利用して、その力で燃料を絞ったりブレーキをかけたりして元の速度に戻す働きをします。回転数が低下した時は逆の動作をします。
ガソリンエンジンの回転数は元々安定した特性を持っていて、吸気口のスロットルバルブを開けば流入空気とともにより多くの燃料が吸い込まれて回転数が増加した状態で安定します。これは自動車のアクセルペダルを踏み込むと加速できることで実感できると思います。ディーゼルエンジンの場合は吸入空気が圧縮されて高圧高温になったシリンダー内にさらに高圧の燃料を噴霧するために、エンジンで駆動されるプランジャーポンプ(強力な水鉄砲の先が噴霧器になっていると想像してください)が装備されています。このポンプの有効ストロークを長くすると噴射される燃料量が増えるので回転数が高くなりますが、それに伴って燃料量が増えることになるのでさらに加速してしまいます。つまり想定以上に増速してしまうのですぐにストロークを短くしないと思い通りの回転数に落ち着きません。この操作を自動で行ってくれるのがガバナーで、ディーゼルエンジンには必須の機構ということになります。バネを介して錘の遠心力と釣り合う外力を与えることで自在に所定の回転数を得ることができます。機械式気動車の運転台にあるスロットルレバーはディーゼル化された後もガソリンカー時代の名称を引き継いでいますが、その先はガバナーに繋がっています。スロットルレバーを挟んで、アイドル回転数を保つ低速ガバナーレバーと最高回転数を抑える高速ガバナーレバーが3連で並んでいる車両もあります。なお電動式燃料ポンプを電子制御する方式でも、回路の誤動作や電源喪失に備えてバックアップのためのメカニカルオーバースピードガバナーや緊急停止機構が装備されています。
2．ディーゼルエンジンの熱力学的特徴
ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いの話に戻ります。石油ストーブを扱ったことがある人は御存知かと思いますが、灯油はなかなか火が点き難いもので、軽油や重油はなおさらです。一旦点火して炎が上がると勢いよく燃えてくれます。つまりガソリンは常温でも火元があると引火するのに対して、灯油、軽油、重油などの低質油は周囲温度がある程度高くないと燃えません。しかし発火点と言われるさらに高い温度に晒すと自ら発火します。ディーゼルエンジンではシリンダーに吸い込んだ空気の体積を20分の１近くまで瞬時に圧縮することによって数百℃程度(理論的には約700℃)に温度を上昇させ、そこに燃料を噴霧することで燃焼が起こります。
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| ガソリンとディーゼルエンジンの比較 |
3．圧縮発火原理
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| 20馬力のディーゼルエンジン |
4．出力の表示について
気動車と一口で言っても黎明期の単端式2軸車から最新型で「モハ」を名乗るハイブリッドタイプまで新旧大小さまざまな車両が存在します(した)。両極端は除外して、キハ40000には100PS(馬力)のGMF13型ガソリンエンジンが搭載されていました。JR北海道の特急用キハ261系はDMF13系ディーゼルエンジン450PSを2台搭載しています。エンジン形式の最初の2文字GMはガソリン、DMはディーゼル、次のFは6気筒、13は排気量13L(13000CC)を表しています。同じ排気量でありながら昭和の初期から平成にかけて5倍近くまで出力増強がなされたことを物語っています。(初期のGMF13とキハ261系に搭載されているDMF13HZHは全く別物です)
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| JR北海道キハ261系特急気動車 |
ところで日本を代表するスポーツカーニッサンフェアレディZは今どき珍しいハイブリッド機構を有しない純ガソリンエンジン車ですが、そのカタログのエンジン主要諸元を見ると排気量2997CC(3L)、最高出力405PSと書いてあります。排気量がキハの1/4なのに馬力はほぼ同じレベル？
数字に偽りはないものの出力の意味が異なっているのです。鉄道車両用機関の場合は「連続定格出力」で表示されるのに対して通常自動車のカタログには(瞬時)最高出力が記載されます。それはエンジンの使われ方が異なるためで、鉄道では最高速度到達まで加速に時間を要したり長い勾配を登り続けたりするために連続して発揮できる出力を標記します。冷却系や動力伝達系への影響、機関や車両の寿命が考慮された数値になります。一方自動車では急転回や追い越しといった短時間に急加速するために必要な瞬発力が重要な性能として記載されるわけです。決して鉄道用機関の性能が劣っていることを意味しているわけではありません。
5．DMH17エンジンの逸話
インドは鉄道王国です。今でも続いているのか知りませんが、扉や連結面に人がぶら下がり、屋根の上にも大勢乗っている映像を見たことがあります。学生時代のことですが、インド国鉄の技術者が研究室に訪ねて来るという話を聞いて楽しみにしていました。結局教授と面会しただけで、私たち学生にはお土産として分厚い論文集が置いて帰られました。後で聞いたところによると、その技術者は結構身分の高い人らしく1年間の期限で日本の鉄道技術を勉強するために家族連れで東京に居宅を用意され自由気ままな生活を堪能していたが、帰国時期が近付いてきたにもかかわらず報告に値するような成果が得られなかったので教授のところに泣きついてきたとのことでした。詳しいいきさつは知る由もなく、聞こえて来た事情はおもしろく脚色されていた可能性もあるので事実と相違していたかもしれません。
その置き土産は、国鉄の技術研究所などから寄稿された何本かの学術論文をまとめた「DMH17型ディーゼル機関発達史」というようなタイトルで、開発の経緯から分類、採用された車両の種類や性能、問題点と改良の詳細などから構成されていました。もちろん日本語の論文なので件の技術者が目を通して内容が理解できるようにするには英語への翻訳が必要でした。そこで研究室の学生が手分けして英語に翻訳することになったのですが、単純に頭割りしても一人数十ページ、研究分野が関連した学生の応援を頼んでも相当な負担になりました。今のような便利な翻訳手法があるわけはなく、振り返って当時の私の英語力は酷いものでしたが、どんな論文が割り当てられるのか楽しみでした。後日受け取った論文のタイトルもその内容もすっかり忘れたものの、1週間くらい嬉々として翻訳に取り組んだことを覚えています。英文の作成には苦労したけど論文の内容を理解するのは全然難しい話ではありませんでした。それだけに乏しい英語表現力で内容を充分に書き留めることができないもどかしさを感じました。そんなことより鉄道のことを全く知らない人がどんな翻訳をしたのか気になり、他の学生に聞くと「どうせ他人の褌で相撲を取ろうと言うような人やから格好さえついてれば中身はどうでもエエンやない？」とクールでした。
その後彼がどんな報告書を作り、どんな評価を受けたのか、果たしてインド国鉄の技術向上に貢献することができたのか、何の連絡もありませんでした。
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| 窓辺に電車が見える日常 |
季節が進むと色んな事が起こります。若い頃から秋はなんとなくもの悲しくてあまり好きではありませんでした。夏休みの終わりが近づいてくるとセミの鳴き声が変わって、たまった宿題をどうやって片付けるのか、何十年経ってもあの憂鬱に胸が押しつぶされた辛い記憶は消えません。だんだん日差しが低くなって日暮れが早まってくるとやっぱり何かに急かされているような息苦しさを感じます。会社勤めをしていた頃は毎年秋になると何かしら体調不良に悩まされ、寝込んだリ入院したりもしていました。ところが大好きな電車と暮らす今は、老化に伴う足腰の不自由以外には大したストレスもなく充実した日々を送っています。
9月に入ると庭の片隅にある栗の木のイガが大きく膨らみ、下旬にかけて実が弾けて落ちて来ます。毎日のように手カゴ一杯の収穫があり、栗きんとんや栗ご飯にして秋を満喫します。自然の恵みは狩猟本能にも似て田舎暮らしで育まれた野生の心をくすぐるようです。
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| 自然の恵み |
栗と並んでキノコも季節の恵みです。ところが北海道の気候が内地と違うためか松茸はほとんど見かけません(全くないわけではないようです)。山に入れば何種類かの食用キノコが採れますが、それ以外のほとんどは毒性があると言われています。庭のアチコチでニョキニョキと生えてくる姿を観察するだけならいくら楽しんでも中毒にはなりません。16番の庭園鉄道ではこれだけのサイズがはびこると運転に支障を来たしますが、15インチゲージならへっちゃらです。
ところかまわず生えてきます
見て楽しむと言えば秋は紅葉です。庭には何本かの色づく木々があり、「晩秋の鹿部電鉄」というタイトルでYouTube投稿しました。太陽の角度が低くなると鮮やかな彩りで撮影するのが難しく苦労しました。今年線路延長したおかげで紅葉と電車を同じフレームで撮ることができるようになりました。
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| 鹿部はすっかり秋色に染まっています |
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| 廃枕木を利用した土留め |
出来上がった路盤に防草シートを敷き、砂利を入れ、枕木を並べ、レールを置いていきます。レールの曲げは同じ作業の繰り返しなので面倒だけれどひたすら続ければとにかく済ませられます。ところが花壇を越えて曲がったレールを一人で設置場所まで運ぶのは実に厄介で、バランスを崩せば転倒負傷しかねません。実際足のつま先近くに落下させてしまい危うくケガをするところでした。無理をせず、あらためて安全第一を心掛けることにしました。植栽を傷めることなく引きずりながら、あるいは片端を持ち上げるだけで移動できるルートを拓いてから少しずつ運搬するようにやり方を変えました。
例によって内外のレール長の調整と継ぎ目板固定用の穴あけを行い、マルタイならぬ人力シングルタイタンパーで最終的にレール上面の高さ修正を行ってから枕木間に砂利を詰めると新規線路敷設はほぼ完了です。ホースで余計な砂利と泥を洗い流すと雨上がりみたいな何とも言えぬ風情の光景が現れます。わたしはなぜか濡れた線路が大好きです。手押し無蓋車で数往復、常に4輪がレールに接していることを確認してから、いよいよ動力車を乗り入れます。試運転は最徐行で行うものですが、1ノッチや2ノッチで急カーブに入ると止まってしまうので大胆にも3ノッチで力行します。
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| シリコンスプレーとグリススプレー |
いやとうとうエンドレスの約1/3周分が完成しました。2階の窓から眺めると、よくここまで辿り着いたなぁというのが実感です。このペースだと来年中に全部が繋がるのは難しそうです。例の妄想が頭をもたげている限り線路敷設にばかり注力できそうもありません。
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| 2階の窓からの俯瞰 |
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| 機械式気動車 紀州鉄道キハ40801(元芸備鉄道) 鉄研OB富田さん提供 |
その多くは戦前製で新造時はガソリン機関を搭載していたものが、1940年の重大火災事故(転覆で漏れたガソリンに引火して多数の死傷者発生)を契機に戦後ディーゼル機関に換装されています。両者は機関回転数の制御方法や出力特性が大きく異なるためおそらくスロットルとクラッチの扱いが違ったのではないかと想像しています。その頃のディーゼル機関は出力軸から減速駆動された高圧燃料噴射ポンプを内蔵していて、プランジャ―ストローク(噴射量)を的確に制御してやらないと回転数がハンチング(不安定変動)したりオーバースピード(暴走)してしまったりするのでメカニカルガバナー(調速機)を装備していました。運転台にあるスロットルレバーはこのガバナーの設定速度を変化させることで機関回転数を制御します。
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| 車体下に吊り下げられたディーゼルエンジンとクラッチ、変速機など 一部の部品は逸失していますが、各機器は運転台の操作レバーやペダ ルから連結棒で制御される様子がわかります 旧佐久鉄道保存車キホハニ56 |
私は機械式気動車を含めて実物の鉄道車両を運転したことがないので、今から50年以上前に各地の地方私鉄で乗車中に運転手の操作を観察した結果と機関や駆動系に関する知見から、想像で機械式ディーゼル動車の運転操作方法について説明します。もし間違いや補足すべきことにお気付きの節は、右側の「お問い合わせメール」または下の「コメント」でご教示いただければ幸甚です。
運転台の操作機器配置は車両によってまちまちで、電車のように左がコントローラー(マスコン)右がブレーキ弁というような決まりはありません。ただ装備されている機器と機能はほぼ共通と考えていいでしょう。
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| 運転台操作機器配置例 旧佐久鉄道保存車キホハニ56 |
２．クラッチペダル：多くは右足で踏み込むとクラッチが解放されるタイプです。国鉄では左足の位置にペダルがあります。
３．ブレーキ弁：単行を前提としているので路面電車と同様右手操作の直通ブレーキが多いようです。国鉄型は左側に自動ブレーキ風の弁を装備しています。機関車のブレーキ弁は入替時に窓から身体を乗り出して操作するために左側にあると言われていますが、なぜ国鉄の気動車がそうなったのかわかりません。
４．変速機レバー：加速時にスロットル操作する手と反対側にないと扱い難いので、多くは運転席の右側にあります。スロットルレバーが右手操作の場合は運転席の左側になります。レバーは抜き差しできるようになっていて方向転換した時は反対側の運転席に持って行きます。レバーが抜けないタイプの場合は、無人の後位側で運転席に連動してレバーが動きます。
５．上記以外の操作機器として、アイドル(低速)ガバナー、オーバースピード(高速)ガバナー、前後進切替レバー、手動ブレーキハンドル、スタータースイッチ、ブザーなどがありますが、すべてが装備されているとは限りませんし、運転席から離れた場所に設置されていることもあります。計器類としては空気圧計、油圧計などがあり、意外にも速度計がついていない場合が多いのに驚きます。
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| 運転中の様子 岡山臨港鉄道 鉄研OB富田さん提供 |
そこまで加速できたらスロットルレバーを戻すと同時にクラッチペダルを踏み込みます。ここで変速レバーを第2速に入れようとしても異音がするだけで歯車は嚙み合いません。一旦中立(ニュートラル)位置で保持し、一時的にクラッチペダルを戻してから再度踏み込んで第2速の位置にレバーを動かします。レバーから軽く「ゴンゴンゴン」と歯車がぶつかる感覚が伝わるのに続いて第2速の位置にスムーズに入ります。いわゆるダブルクラッチというテクニックです。これは変速の前後で大きく異なる歯車の周速を同期させるために行われるもので、昭和の大型トラックやバスでは普通に行われていた操作です。その原理やメカニズムはネット検索すると動画の解説でも見ることができます。同じ要領で第3速、第4速と加速し、平坦路で安定速度に達したらクラッチペダルを踏んで変速レバーを中立位置にし、惰行運転に移ります。
第1速での起動しやすさや第4速での均衡速度は、車両重量と機関出力によって変わってきます。当然運転線区の勾配によっても影響を受け、客車や貨車を牽引すれば自ずと限界があります。いずれにしても当時のひ弱なエンジンとシンプルなメカニズムで巨大な車両を安定して動かすのは並大抵のことではなかったであろうと想像できます。
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| 水島臨海鉄道キハ311(元国鉄) 鉄研OB小林さん提供 |
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| ドアクローザー |
近年の大型バスやトラックでは乗心地の向上や運転手の負担軽減を図るためにスイッチ操作によってギヤチェンジが行えるようになっており、当然ながら発車時の大音響なんか聞こえるはずもありません。もしこんな技術が機械式気動車に導入されていたなら静粛で快適なレールバスでローカル旅ができたと思うのですが、鉄道車両としての気動車は液体変速機という総括制御に適したメカニズムを取り入れて発達していきました。最新の気動車は発電機や蓄電池を効率よく組み合わせ、電車と同一の駆動系を装備していて、電化区間では架線から集電するなど多様な機能を持つようになっています。それはもはや気動車という範疇が鉄道からなくなってしまうかもしれないことを意味しています。
過日投稿した「今後の方針とタイムスケジュール」に自身の性分として「移り気に加えて無計画」と書きました。方針を立てて予定を組んだのですから移り気でも無計画でもありませんが、完了期限の9月中旬になっても在庫レールを使ったエンドレス線路延長(約13m)は道半ばです。これが済んだら走行抵抗改良台車の試作をする計画でしたが、このまま線路延長工事を続けます。多分まだひと月くらいはかかりそうなので、台車試作の図面作成作業を冬季の課題に先延ばしして、雪が降る前にカヌー格納庫の床、外壁、扉整備を急ぐことにします。ここはレールや長尺の木材などの保管場所にもなるので、来春の資材購入と線路延長に備えてその基地を整えておきたいと考えたからです。鹿部はめっきり肌寒くなり、秋風が吹き始めると途端に冬や雪のことが気になってしまいます。
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| ゼブラ |
4mの直線に続くR=5m曲線部は隣家との境界に迫って行きます。隣家の敷地とは2m近い段差があり、斜面に土留めを兼ねて根を張る低木が植えてあって、夏には枝葉が茂って軌道敷に張り出してきます。いつぞや廃線跡みたいになっていると言ったのはこの区間のことです。路盤造成工事の前に刈り込んで作業スペースと線路用地を確保します。「これでもか！」というくらい丈を詰めても翌年の夏には元通りに茂りますのでチェーンソーと電動ノコギリを使ってバッサリ伐採しました。
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| 枝払いbefore after |
この区間はすでにある程度の土砂で路盤らしき土手が形成されていますが、測量しなおしてみるとさらに盛り土をする必要があったので、家の裏手の高地を切り崩して土砂を一輪車で運びました。
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| 線路延長部の俯瞰 |
