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DMH17系エンジン

国鉄キハ20形気動車のDMH17Cエンジン。中央に燃料噴射ポンプが設置されている。出力軸となる左側に新潟コンバータDF115A液体変速機を装備。碓氷峠鉄道文化むらにて撮影

DMH17系エンジン(DMH17けいエンジン)とは、日本国有鉄道(国鉄)の気動車ディーゼル機関車に搭載されていた直列8気筒、副室式ディーゼルエンジンである。

目次

概要編集

 
同エンジン装備のC-600空気圧縮機

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名称は、DMがディーゼルエンジンであること (Diesel Motor)、Hは8気筒であること(アルファベットの8番目)、17は総排気量が17リットルであることを表す。1951年(昭和26年)以降1960年代末まで、国鉄の気動車用標準ディーゼルエンジンの一つとしてこれを搭載した気動車が大量に製作され、日本全国で使用された。

基本設計は太平洋戦争前に行なわれていたもので、重量の割に出力は十分でなく、設計の古さから燃費や始動性も芳しくなかったが、このエンジンを基軸とした標準化が優先して推進されたことや、DMH17系に代わる軽量で高効率な大出力エンジンがなかなか実用化されなかったこともあり、このエンジンを搭載した気動車は、一般用から特急用に至るまで長期量産されることになり、同時期に新製された私鉄向け気動車にも搭載された。

国鉄のものについては、分割民営化JR旅客各社に継承されたが、本州3社に継承されたものの一部はカミンズ社や小松製作所新潟鐵工所製の軽量低燃費で出力の大きい新型の機関への交換が進められ、また老朽化による搭載車そのものの廃車も進んだ。

私鉄への譲渡車や私鉄の自社発注車でも廃車や新型エンジンへの交換が進み、DMH17系エンジン搭載車は大幅に減少しつつある。このエンジン、特に縦型機関の独特のサウンド(三連符を刻む空気圧縮機と「コロンコロン」「カランカラン」と表現される特徴的な軽みのあるアイドル音、加速時の噴射音やエンジンそのものの激しい唸りなど)を聞く機会も非常に少なくなってきている。

歴史編集

ルーツは鉄道省及び民間メーカーの協力により1932年(昭和7年)度に設計された定格100馬力の6気筒ガソリンエンジンGMF13形エンジンである。鉄道省キハ41000形に搭載されたこのエンジンをベースに8気筒化したものがキハ42000形用の150PSガソリンエンジン・GMH17形エンジン1935年(昭和10年))である。

この時代から、ディーゼルエンジンがガソリンエンジンに比して経済性に勝ることは認知されており、鉄道省でも1935年(昭和10年)頃から気動車用ディーゼル機関の開発が試みられた。1935年以降、GMF13形・GMH17形エンジンと同等スペックのディーゼルエンジン開発が計画され、当時高速ディーゼルエンジン開発に取り組んでいた新潟鐵工所池貝製作所三菱造船の各社競作により試作が行われた。各社のエンジンはほぼ同クラスの性能・サイズであったが、燃焼室構造などには差異があり、新潟LH8形、池貝8HSD13形はいずれも渦流室式、三菱8150形は直噴式で、部品の相互互換性は無かった。試作エンジンは当時の標準型機械式気動車に搭載され、試験が繰り返された。

この結果を基に、鉄道省と各車両メーカーによる共同の基本設計が進められ、1941年(昭和16年)には完了したものの、太平洋戦争開戦と燃料事情の悪化により、量産化・実用化開発は中断した。

終戦後、気動車用として早急に実用に供しうる高速ディーゼルエンジンが求められたことから、やや旧式ではあるが既に基本設計や部分試作が済んでおり、資料や試作部品も残存していたこの直列8気筒エンジンが、再度実用化開発の対象とされた。

1950年(昭和25年)から本格的に量産に向けた改良設計・製作を再開し、1951年(昭和26年)2月にDMH17形エンジンが完成した。初めてこのエンジンを搭載したのは、元ガソリンカーのエンジン換装車であるキハ42013である(当時の経緯についてはキハ07形の項に詳しい)。続いてこれを6気筒に縮小したDMF13型エンジン(初代)も作られた。 

当初は縦形シリンダーで定格出力は150馬力であったが、適宜改良され、出力は1958年(昭和33年)までに180馬力まで向上した。しかし、エンジンの天地寸法が大きいうえ、客室内にシリンダーヘッド点検(主にグロープラグの点検とバルブ回りの整備)用の蓋を設けねばならず、低床化と騒音・油臭対策が必要となるキハ80系の開発にあたり、横形(水平シリンダー形)に再設計された。それが1960年(昭和35年)開発のDMH17Hで、型式名末尾の「H」は水平 (Horizontal) を意味する[1]。以後1971年(昭和46年)までの約10年間、国鉄気動車の標準型エンジンとして大量に製作された。

DMH17系エンジンは1952年(昭和27年)以降、私鉄が導入した気動車にも広く採用されたほか、気動車や客車のサービス電源用発電エンジンとして、またDD11形のような小型の機関車や、動力の必要な事業用貨車等にも搭載された実績がある。完全な新製車両でこの系列のエンジンを搭載して製造された最後の事例は、1977年(昭和52年)製の小湊鉄道キハ200形気動車最終増備車2両で、DMH17Cを搭載していた。

2016年(平成28年)1月現在でも、ごく少数が現役の気動車用エンジンとして実働している。

主な改良点編集

DMH17
当初の量産型。クランクケース分割型。渦流室式燃焼室、150馬力。機械式変速機との組み合わせを前提に設計。
DMH17A
予燃焼室式に変更、160馬力。電気式気動車であるキハ44000形用のため、発電機との組み合わせを前提として端部の設計を変更。
DMH17B
インジェクターの噴口数を4個から3個に変更、170馬力。キハ44500形用として設計され、TC2液体変速機との組み合わせに備えて端部の設計が再々変更された。また後に設計されたDF115液体変速機に対応する際には、TC2用と別種のフライホイールが用意され、交換可能とされた。
DMH17B1
予燃焼室、圧縮比の変更、プランジャー直径を8mmから9mmに変更、180馬力。振興造機のみの製造。
DMH17BX
プランジャー直径を8mmから9mmに変更、180馬力。新潟鐵工所のみの製造。
DMH17C
プランジャー直径を8mmから9mmに変更、180馬力。
DMH17C-G
発電セット用機関としたもの。皇室用460マヤ20の一次車に搭載される。負荷の急変動時にも一定の回転数を保つため、調速機を備える。
DMH17S
小型機関車用過給器付。
DMH17S-G
DMH17Sを発電セット用機関としたもの。マヤ20の二次車に搭載される。
DMH17SB
小型機関車用。過給器および吸気冷却器付、300馬力。
DMH17H
横型に変更。クランクケースを一体型に変更。プランジャー変更。
DMH17H-G
発電セット用機関としたもの。キハ80系に搭載される。

その他編集

  • 量産型エンジンの製造は、振興造機(現・神鋼造機)、新潟鐵工所(現・新潟原動機)、池貝製作所、新三菱重工(現・三菱重工業)、ダイハツ工業による。
  • 気動車用として組み合わされる変速機は、振興造機TC2系または新潟コンバータDF115液体変速機が標準であった。いずれも200PS級のエンジン容量に対応可能で、DMH17系に適合した性能であった。他には機械式変速機と組み合わせられた事例もあり、私鉄気動車や機関車などでは別形式の液体変速機を用いた少数例もある。
  • エンジンオイル容量は車種によって異なるが、50リットル前後。
  • 冷却水容量は車種によって異なるが、約300 - 400リットル。
  • 2個のスターターモーターや予熱栓(グロープラグ)も備えるが、燃焼室の表面積が大きいため始動性が悪く、特に冬季などは冷却水の凍結防止の見地から、運転時・滞泊中を問わず24時間エンジンを回し続けていることが多かった。寒冷時再始動が極めて困難であるだけでなく、1958年以降製造の一部形式で冷却水を車内暖房熱源としていたことにもよる。
  • DMH機関の低出力が早くから問題になっていたため、国鉄では1954年から1955年にかけて出力増大策としてルーツ式スーパーチャージャーによる過給を検討、エンジンメーカー協力で試験された。ベースエンジンをDMH17Bとし、定格出力は無過給の160HPから200HPに向上を図った。振興造機、ダイハツの2社がイギリス・ゴッドフレー製、新潟鐵工は日立製のルーツ過給機を装備してキハ45000に搭載、25‰登り勾配での均衡速度を5ノッチ時に23km/hから36km/hに向上させる成績を挙げた[2]。だが1956年まで勾配路線の日光線で気動車エンジンとして運用した成績は芳しくなく、本命たる気動車用DMHエンジンには制式採用されなかった。DMHエンジンの過給機は、後年、少数の私鉄機関車や発電用モデルで限定的に採用されるに留まった。
  • 国鉄でのDMH17系は排気管過熱事故を多発させ、これを防ぐ見地から1960年代以降、全出力状態での運転は5分間に制限された。液体式気動車でエンジンが全出力となるのは主幹制御器の「5ノッチ」段階であり、この運用制限は俗に「5ノッチ・5分」と言われた。乗務員は連続勾配などでの運転では、頃合いを見て回転を落とさねばならなかった。
  • JR東日本からDMH17系エンジンが一掃されたのは、1988年(昭和63年)3月、キハ58系気動車改造のジョイフルトレイン「アルカディア」上越線で臨時列車として運転中、エンジン発火事故を起こしたのがきっかけである(死者はなかったが、気動車1両が全焼により廃車)。これに伴い、JR東日本はDMH17系エンジン搭載車について、1992年(平成4年)までに新型エンジンへの置き換えを終えた。
    • 当時の東日本旅客鉄道会長・山下勇(1911年(明治44年) - 1994年(平成6年))は、元・三井造船会長で鉄道業界人ではなかったものの、戦前に船舶エンジンの開発に携わったことのある技術者であった。アルカディア事故の報告を受けた山下は、すぐさま事故原因の一つとおぼしいDMH17Hエンジンの設計図を取り寄せさせ、図面を見るなり「これは戦前のエンジンではないか。まだこんなエンジンを使っていたのか!?」と驚愕したという(DMH17H自体は1960年の開発ではあるが、原設計の多くはそれ以前のDMHエンジンからの改設計であり、山下がまさに現役のエンジニアであった当時のエンジンの特徴を備えていた)。同様な火災事故の発生を危惧した山下ら首脳陣は、すぐにエンジン更新の指示を発し、短期間でDMHエンジンの置き換えが完了した[3]

諸元編集

DMH17 DMH17A DMH17B DMH17B1 DMH17BX DMH17S DMH17S-G DMH17SB DMH17C DMH17C-G DMH17H DMH17H-G
方式 渦流室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式 予燃焼室式
シリンダ数 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
シリンダ径×行程 (mm) 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160 130×160
排気量 (l) 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98 16.98
圧縮比 16 16 17 16 16 16
定格出力 (PS-rpm) 150-1500 160-1500 170-1500 180-1500 180-1500 250-1500 210 300 180-1500 160-1200 180-1500 160-1200
定格時トルク (kgm) 72 86
定格時ピストン平均速度 (m/s) 8 8 8 8 8 8 8 8 6.4
定格時平均有効圧力 (kg/cm2) 5.3 5.5 5.65 6.35 6.36 8.95 6.36 7.06
定格時燃料消費率 (g/PS/h) 195 195 190 195以下 195以下 200以下
最大出力 (PS-rpm) 200-2000 220-1800 235-1800 280-1800 320-1800 200-1800 200-1800 ━━
最大時ピストン平均速度 (m/s) 10.7 10.7 10.7 10.7 10.7 9.6 9.6
最大時平均有効圧力 (kg/cm2) 5.83 6.47 5.89 5.89
燃料ポンプ ボッシュPE8B80 ボッシュPE8B90
噴射弁 ボッシュ形 ボッシュ形 ボッシュ形 ボッシュ形 ボッシュ形 ボッシュ形
潤滑方式 歯車ポンプ圧送 渦巻ポンプ圧送 渦巻ポンプ圧送 歯車ポンプ圧送 歯車ポンプ圧送 歯車ポンプ圧送
冷却方式 遠心式渦巻ポンプ循環 遠心式渦巻ポンプ循環 遠心式渦巻ポンプ循環 遠心式渦巻ポンプ循環 遠心式渦巻ポンプ循環
起動電動機 DC24V-6PS×2 DC24V-6PS×2 DC24V-7PS×2 DC24V-7PS×2 DC24V-7PS×2 DC24V-7PS×2
充電発電機 24V500W電圧形 24V1kW電圧形 24V1kW電圧形 DM80D形
蓄電池 500W 500W
弁開時期(吸気・開、deg) TDC 0 TDC 0 TDC 0 TDC 0 TDC 0
弁開時期(吸気・閉、deg) BDC 後48 BDC 後48 BDC 後48 BDC 後48 BDC 後48
弁開時期(排気・開、deg) BDC 前40 BDC 前40 BDC 前40 BDC 前40 BDC 前40
弁開時期(排気・閉、deg) TDC 後8 TDC 後8 TDC 後8 TDC 後8 TDC 後8
燃料噴射時期 (deg) TDC 前28 TDC 前28 TDC 前26 TDC 前34 TDC 前34
爆発順序 1-5-7-3-8-4-2-6 1-5-7-3-8-4-2-6 1-5-7-3-8-4-2-6 1-5-7-3-8-4-2-6 1-5-7-3-8-4-2-6
全長 (mm) 2005 2005 2005 2011.5 2392 2362
全幅 (mm) 1117 1117 1117 1137.3 1362.9 1362.9
全高 (mm) 987 987 987 987 752.6 752.6
重量(乾燥状態、t) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.55 1.55

主な搭載車種編集

旧国鉄→JRグループ編集

私鉄各社編集

注 : 譲渡車、機関換装車を除く

ギャラリー編集

脚注編集

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  1. ^ もっとも水平シリンダー型のDMH17系機関 (DMH17H) は、これに先立ち、既に1954年(昭和29年)時点で振興造機により、日本車輌製造本店が12両を製造したインド国鉄1000mm軌間向け液体式気動車用として180ps形が製造されていた記録がある(西尾源太郎『気動車行進曲』鉄道ピクトリアル50号、1955年9月)。これは該当車両が、723mmという小径車輪を用いていたことによる低床構造への対処であったと見られる。
  2. ^ 吉田正一(鉄道技術研究所)「過給機付ディーゼル動車試験の概要」(『交通技術』1955年8月号 p13-16)に基づく。
  3. ^ 山之内秀一郎 『JRはなぜ変われたか』 毎日新聞社、2008年、ISBN 978-4-620-31832-5

関連項目編集