国鉄キハ90系気動車のソースを表示

{{鉄道車両|unit=self
|社色=#000000
|形式=国鉄キハ90系気動車
|画像=
|画像説明=
|最高速度=120km/h
|最大寸法=21,300mm×2,950mm×3,955mm<br />（キハ90 1・キハ91 1 - 7）<br />21,300mm×2,950mm×4,055mm<br />（キハ91 8）<br />21,300mm×2,903mm×4,055mm<br />（キサロ90 1 - 3）
|車両質量=36.6t（キハ90 1）<br />39.1t（キハ91 1・9）<br />42.6t（キハ91 2 - 7）<br />45.9t（キハ91 8）<br />32.3t（キサロ90）
|車両定員=84 (席)（キハ90 1・キハ91 1 - 9）<br />52 (席)（キサロ90 1 - 3）
|機関出力=300PS/1600rpm ([[DMF15系エンジン|DMF15HZA]])<br >（キハ90 1）<br >500PS/1600rpm ([[DML30系エンジン|DML30HSA]])<br >（キハ91 1）<br >500PS/1600rpm ([[DML30系エンジン|DML30HSB]])<br >（キハ91 2 - 9）
|駆動方式=液体式<br >DW3B（キハ90 1）<br >DW4A（キハ91 1）<br >DW4B（キハ91 2 - 8）<br >DW4C（キハ91 9）
|変速段=変速1段・直結1段
|台車形式=仮想心皿式ダイレクトマウント空気ばね台車<br >DT35/TR205（キハ90 1）<br >DT36/TR205（キハ91 1）<br >DT36A/TR205A（キハ91 2 - 8）<br >TR205A（キサロ90 1 - 3）
|ブレーキ方式=電磁[[自動空気ブレーキ]] (16CLE)<br >・機関ブレーキ<br >（キハ90 1・キハ91 1 - 9）<br >電磁自動空気ブレーキ(CLE)<br >（キサロ90 1 - 3）
|保安装置=
|備考=
}}

'''キハ90系'''は、[[日本国有鉄道]]（国鉄）が新系列強力型[[気動車]]の[[プロトタイプ#鉄道車両|試作車]]として設計・製造した[[急行形車両|急行形気動車]]である。定期列車としての運行開始後は、動力車が全てキハ91形を称したことから'''キハ91系'''とも称された。

== 開発経緯 ==
[[1950年代]]から国鉄気動車の標準型[[ディーゼルエンジン|エンジン]]として採用されていた[[DMH17系エンジン]]は、元々[[戦前]]にメーカー3社の競争試作を経て設計された副燃焼室式機関であった。このDMH17系エンジンは第二次世界大戦後に国鉄で標準型ディーゼルエンジンとして採用された後、これと[[液体式変速機]]を組み合わせることで[[総括制御]]による長大編成化を実現した[[国鉄キハ10系気動車|キハ45000形（後のキハ17形）]]を基幹形式とする一連の液体式気動車シリーズが開発されていた段階で、液体式変速機の特性から勾配区間で低効率となり<ref name="rpa13-74">[[#山田rpa13-1|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.74]]</ref>、20パーミル以上の勾配線区で均衡速度が著しく低下することが判明していた<ref name="rp211-21">[[#石井rp211|『鉄道ピクトリアル』通巻211号 p.21]]</ref>。このため、[[御殿場線]]や[[関西本線]]といった連続急勾配区間を擁する路線で使用するには明らかに出力が不足であった。

後にキハ10系と総称されることになるこれらの気動車シリーズが開発されていた1950年代初頭の段階では、ようやくこのDMH17系エンジンの量産・実用化が軌道に乗ったばかりで、シリンダヘッドの設計変更などにより10PS程度の出力向上策を講じる<ref group="注釈">DMH17系機関は最初の量産機種であるDMH17A（キハ44000形用。定格回転数1,500rpm、定格出力150PS。渦流室式）からキハ10系用DMH17B（定格回転数1,500rpm、定格出力160PS。予燃焼室式）を経て気動車用の完成形となるDMH17C（定格回転数1,500rpm、定格出力180PS。予燃焼室式）まで改良の度に10PS程度ずつ定格出力の引き上げが行われてきた。</ref><ref name="rp637-10-13-22">[[#岡田rp637|『鉄道ピクトリアル』通巻637号 pp.10・13・22]]</ref><ref name="rp211-21"/>のが精一杯で、別種の気動車用新型大出力エンジンの開発を行える状況にはなかった。また液体式変速機そのものも、出力200PS程度までの機関に対応する振興造機TC-2および新潟コンバーターDF115の2機種がそれぞれスウェーデンとアメリカからの技術ライセンス導入によってようやく量産化に成功したばかりで、少なくともこの時点では床下に機関と変速機を収める必要のある20m級量産気動車用として、DMH17系エンジン+TC-2あるいはDF115液体式変速機、というコンポーネントの組み合わせ以外に有力な選択肢が存在しなかった<ref name="rpa13-47">[[#内村rpa13-1|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.47]]</ref><ref group="注釈">後にDMF31HSAとして完成する400PS級機関の試作が行われるのは1950年代後半に入ってからである。</ref><ref name="rpa13-74"/>。

そこで、気動車導入を強く求めるこれらの線区の要望に応えるべく、国鉄工作局は不足する出力を確保するため、DMH17系エンジン+液体式変速機を各車両に2セットずつ走行用として搭載する、というキハ10系の設計時に参考にされたアメリカ・[[バッド (車両メーカー)|バッド社]]製RDCの機器構成を踏襲した策が採られた<ref name="rpa13-60">[[#編集部rpa13|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.60]]</ref>。この案に沿った強力形ディーゼル動車として最初に完成したのは、キハ44600形（後にキハ50形へ改番。1954年製）2両であった。この試作要素を多分に含んだ2エンジン車は性能面で期待通りの成果が得られたものの、1エンジン車用のコンポーネントをそのまま利用したため車体長22m、台車心皿中心間隔15,700mmと長大な車体となり、分岐器の通過に制約が生じる結果となった<ref name="rpa13-15">[[#西尾rpa13|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.15]]</ref>。このため、2エンジン搭載車の量産形式となったキハ44700形（後のキハ51形）では駆動系と冷却系の設計見直しにより全長短縮が図られて台車心皿中心間隔が14,300mmに縮小され<ref name="rpa13-15"/><ref name="rp211-21"/>、ここにようやく全国で普遍的に運用可能な2エンジン車が完成した。

かくして量産が開始された2エンジン搭載車は出力に余裕が生じたこともあって車体の大形化を可能とし、[[国鉄キハ55系気動車|キハ44800形（後のキハ55形）]]を基幹形式とし後にキハ55系と総称されることになる、従来よりも200mm拡幅して2,800mm幅とした大型車体を備える準急用気動車シリーズが実用化された。これにより、従来、接客設備の貧弱さから普通列車に充当するのが精一杯であった気動車の可用性が大幅に拡大されることとなった<ref name="rpa14-47-48">[[#内村rpa14|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 14』 pp.47-48]]</ref>。

もっとも、こうして優等列車への進出を開始した国鉄気動車であったが、この2エンジン搭載車にも問題があった。エンジンと変速機を2セットずつ搭載するため保守コストや車両製作コストが大幅増加し<ref group="注釈">例えば、1961年度の国鉄と車両メーカーの契約価格で比較すると、1エンジン搭載のキハ28形が1両17,800,000円、2エンジン搭載でそれ以外はほぼキハ28形と同型のキハ58形が23,200,000円で、1エンジン追加で約30パーセントの価格上昇となる。</ref><ref name="rpa14-135">[[#質問rpa14|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 14』 p.135]]</ref>、しかも床下の艤装スペースがほぼ全てこれらの機関によって占有されるため、車体長を一般的な電車・客車よりも長くせねばならず、それを行ってさえ追加で新たなサービス機器を搭載するスペースが得られなくなったのである。これは、冷房などのサービス電源供給用に発電機の搭載を必要とする特急用気動車の開発に当たっては深刻な問題となった<ref group="注釈">そのため、DMH17H系機関を搭載する特急形のキハ80系では、発電セットを搭載するキハ81形・キハ82形を走行用エンジン・変速機1セット搭載として走行性能の低下を甘受せねばならなかった。</ref><ref name="rpa14-76">[[#副島rpa14-1|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 14』 p.76]]</ref>。

こうした、DMH17系エンジンを採用し続けることで発生する諸問題について、気動車開発を行っていた国鉄工作局は早い段階で把握していた。それゆえ、[[国鉄DD13形ディーゼル機関車|DD13形ディーゼル機関車]]用として370PS級の[[DMF31系エンジン|DMF31S形エンジン]]が開発・実用化された1950年代後半以降、このエンジンを気動車に転用する構想が持たれた。元来、このDMF31S系エンジンは戦前に開発されていた電気式気動車の[[国鉄キハ43000形気動車|キハ43000形]]用に開発されていた横型機関（DMF31H形（240PS/1,300rpm））にルーツを持つとされる<ref name="rpa14-11">[[#岩成rpa14|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 14』 p.11]]</ref>ため、その転用構想は一種の原点回帰とでも言えるものであった。[[1960年]]にDMF31Sを横型シリンダ（水平型シリンダ）に設計変更したDMF31HSA形エンジン(400PS/1,300[[rpm (単位)|rpm]])が完成し、これを搭載する[[国鉄キハ60系気動車|キハ60系気動車]]が試作された<ref name="rpa13-">[[#内村rpa13-2|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 pp.115-117]]</ref>。

エンジン以外にも2軸駆動、ディスクブレーキ、外吊り扉など様々な新機軸を盛り込んで開発されたこのキハ60系は、しかし成功を収めることが出来なかった。エンジンそのものがシリンダ横置きによる潤滑不良が原因でシリンダ焼け付きなどの不調を頻発させたのに加え、この開発においてエンジンと並ぶ最重要コンポーネントである新設計のDW1直結2段液体式変速機において、直結2段変速の切り替え時に発生する大きな衝動を解決出来なかったためである。直結2段液体式変速機は、その名が示すように従来の液体式変速機の直結段に2段切り替えの機械式変速機を組み合わせたものだが、ある程度のタイミングのずれを吸収可能な液体式変速段とは異なり、設計当時の技術では機械式変速機による直結段について各車の変速タイミングを同期させるのが難しく、切り替え時に各車の速度/牽引力の不一致から過大な衝動が発生した。このような事情から、合計3両が試作されたキハ60系とそのエンジン・変速機は継続開発が断念され、最終的に同系列は機関と変速機を標準品、つまりDMH17系エンジンとTC-2あるいはDF115液体式変速機へ交換し、[[国鉄キハ55系気動車|キハ55系]]相当に改造されてしまった<ref name="rdi280-103">[[#rdi280|『プロトタイプの世界』p.103]]</ref>。

この間、開発が急がれていた特急形ディーゼルカー[[国鉄キハ80系気動車|キハ80系]]は従来どおりDMH17系エンジンを横型に設計変更した上で2基搭載（発電機搭載の先頭車は走行用機関を1基搭載）されることとなり、キハ60系の開発成果で活かされたのは二重床構造をはじめとする騒音・振動対策や[[ディスクブレーキ]]付き空気ばね台車、それに横型シリンダ機関のオイル潤滑ノウハウなどに留まった<ref name="rpa13-91">[[#内村rpa13-1|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.91]]</ref>。

もっとも、国鉄工作局は大出力エンジンおよびこれに対応する変速機の研究を諦めた訳ではなかった。[[1965年]]にはDMF31HSAの反省と教訓から新規設計された大出力エンジンの実現の目途が立ち、翌[[1966年]]には2種類の新型エンジンを搭載する新系列気動車の競争試作が決定された。こうして開発されたのが本系列である。

== 製造 ==
まず1966年に、[[DMF15系エンジン|DMF15HZA]]形300 PSエンジン1基を搭載する'''キハ90形'''と、[[DML30系エンジン|DML30HSA]]形500 PSエンジン1基を搭載する'''キハ91形'''を1両ずつ製造し、出力の異なる2種類の機関の[[性能]]比較が行われた。

[[千葉鉄道管理局]]管内を中心に実施された評価試験の結果、300 PSエンジンは[[山岳路線|山岳線区]]で1両につきエンジン2基を搭載する必要があったため、エンジン1基あたりの出力が大きい500 PSエンジン1基搭載として同程度の編成出力でも[[編成_(鉄道)|編成]]全体のエンジン数を少なくしたほうが[[費用|コスト]]的に有利で、しかも500 PSエンジン1基搭載車の場合、将来の[[冷房]]化の際には[[発電機|発電セット]]を床下搭載することが可能な点でもメリットがある、と判断された。この結果、500 PS級のDML30HSAが国鉄気動車の次代を担う新系列気動車用機関として正式採用された。

その後、この新しい大出力エンジンを搭載した気動車を営業列車に投入して長期的な性能試験が行われることになった。このため、[[急行列車]]1編成として[[営業]][[運転]]が可能な両数の量産試作車を用意する必要が生じ、[[1967年]]7月28日から同年7月31日にかけてキハ91形量産試作車7両と、特急形気動車製造の際に[[食堂車]]等の優等車を[[付随車]]とするための[[データ]]取得と急行列車での[[一等車]]需要を考慮して、一等付随車である'''キサロ90形'''3両がそれぞれ製造された。

== 車種構成 ==
以下の3形式合計12両が製造され、その内1形式1両が改造で形式変更された。それぞれの概要は以下のとおり。
=== キハ90形 ===
DMF15HZA形エンジンとDW3B形変速機を備える。台車はDT35・TR205。
[[1966年]]4月7日に[[新潟鐵工所]]でキハ90 1が1両のみ製造された。
各種試験の後は出力差から予備車扱いが続いたが、[[1971年]]に中央西線での運用で問題となった出力不足に起因する勾配均衡速度の低下を解決すべく、キハ91形と同一スペックのエンジン・変速機に交換され<ref group="注釈">これは新造間もないキハ181系で夏期に故障が頻発し、機能に互換性のあるキハ91形（特に冷房を搭載していたキハ91 8）でその不足を補った結果、急行「きそ」などで車両数が不足する事態となり、予備車となっていた本車を定期運用に充当する必要に迫られたことに伴う改造であった。</ref>、キハ91 9となった。

=== キハ91形 ===
==== キハ91 1 ====
DML30HSA形エンジンとDW4A形変速機を備える。台車はDT36・TR205。
1966年3月28日に1が[[富士重工業]]で製造されてキハ90形と比較検討され、その結果本形式が優位と判定されて量産試作されることとなった。
==== キハ91 2 - キハ91 8 ====
キハ91 1をプロトタイプとする量産試作車として、[[1967年]]7月に7両（キハ91 2 - キハ91 8）が新潟鐵工所（キハ91 2・キハ91 3）・富士重工業（キハ91 4 - キハ91 6）・[[日本車輌製造]]（キハ91 7・キハ91 8）の各社で製造された。
DML30HSB形エンジンとDW4B形変速機を備える。台車はDT36A・TR205A。いずれもキハ91 1のものの改良形である。
キハ91 2 - 7は冷房準備車として製造され、AU13形冷房装置を簡単に取り付けられる構造となっていた。ただし、新造時点ではこの冷房機取り付けスペースに補助送風機が追加搭載されており、特に低速での強トルク運転が連続する際に冷却力が不足する自然通風式放熱器の問題点は、この時点で既にある程度把握されていたと推測される。一方、キハ91 8は来るべき特急形のためのデータ取得を目的として、屋根上の放熱器間にAU13A形[[分散式冷房装置]]を7基、床下に自車1両分の冷房電源用として[[三菱重工業|三菱日本重工]]製4DQ-11P形ディーゼルエンジン駆動によるDM72形発電機を搭載した。
==== キハ91 9 ====
1971年、出力不足で運用上ネックとなっていたキハ90 1が前述のとおりエンジンと変速機を換装して本形式に編入され、キハ91 9と改番された。
DML30HSB形エンジンとDW4C形変速機を備える。台車はDT35・TR205をそのまま使用しているため、1軸駆動のままである。

=== キサロ90形 ===
営業運行での試験に備え、[[1967年]]7月にキハ91 2 - キハ91 8とともに3両（1 - 3）が日本車輌製造（1・2）と新潟鐵工所（3）で製造された一等車である。車体構造は3枚折戸を備える以外は同時期のキロ28形に準じるが、編成全体のエンジン出力に余裕があり、また特急形のためのデータ取得の必要から[[付随車]]となった。このため、台車は前後ともTR205Aで、屋根上には放熱器が搭載されておらず編成中では目立つ存在であった。3両共にAU13A形分散式冷房装置6基と床下に4DQ形冷房電源を搭載している。

== 車体 ==
新開発の大出力機関や変速機などの性能を評価するための試作車であるが、キハ55系に準じた車体を備えて新造されたキハ60系<ref name="arc13-116">[[#内村rpa13-2|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』p.116]]</ref>と同様に、キハ58系の基本構成を踏襲する20m級鋼製車体を備える。

もっとも、側窓はキハ58系とは異なり電車急行で広く使用されていた2段上昇式のユニットサッシが採用され、さらに最初の試作車2両ではキハ60系以降に設計された特急形気動車、つまりキハ80系の設計も一部取り入れられ、丸みを帯びた固有の車体断面が与えられている<ref name="arc14-73">[[#石井rpa14|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 14』p.73]]</ref>。しかし、この車体断面はキハ91形量産試作車ではコストダウンの観点からキハ58形などと同様、側窓部分を水平面に対して垂直にした単純な構造に改められている。この量産試作車と同時に製作されたキサロ90形については、同時期のキロ28形やサロ165形などと同様に側窓として2枚ずつ一組にした1段下降式窓を採用している。

窓配置はキハ90形・キハ91形が全て片方の車端にのみ運転台を備える片運転台構成で1dD1 10D1および1D10 1Dd（d:乗務員扉、D:客用扉、数字:窓数）<ref name="arc14-73"/>、キサロ90形がD1 2 2 2 2 2 2 1D1および1D1 2 2 2 2 2 2 1Dとなっている<ref name="WR77-79">[[#WR77|『世界の鉄道'77』p.79]]</ref>。

なお、キハ2形式については乗務員室は運転台側の車端に1枚小窓を置いて運転士のための十分なスペースを確保し、車掌台側は乗務員扉と客用扉の間に排気管を通している。また、客用扉は後述するように1台車2軸駆動の空気ばね台車とした関係で、キハ58系と同様の引戸を採用するとその戸袋が台枠の空気ばね座と干渉するため、これを回避する目的で全車とも各側面2箇所ずつ700mm幅3枚折戸が設置されている<ref name="rdi280-106">[[#rdi280|『プロトタイプの世界』p.106]]</ref><ref group="注釈">特にキハ91 1のものはアルミ製無塗装仕様で異彩を放っていた。</ref>。

座席は[[普通車 (鉄道車両)|普通車]]であるキハ2形式は急行形普通車標準の固定クロスシートを、キサロ90形は急行形1等車標準の回転式リクライニングシートをそれぞれ備える。なお、キサロのシートピッチはキロ28形・キロ58形と同じ1,160mmで、一端に車掌室を備える<ref name="形式図1971-12-3">[[#形式図1971|『気動車形式図 1971』p.12-3]]</ref>。

前面はキハ58系などと同様、中央に貫通扉を備える丸妻3枚窓構成で、試作車2両が一体構造の大型曲面ガラスを採用<ref name="arc14-73"/>し、量産試作車ではコストダウンに伴う車体断面変更の関係から、キハ58形400番台以降などと同様の平面ガラスと隅部の曲面ガラスによる組み合わせに変更されている<ref name="rdi280-107">[[#rdi280|『プロトタイプの世界』p.107]]</ref>。

試作車2両は[[前照灯]]としてシールドビーム2灯を2,000mmの間隔をあけて前面左右の幕板に振り分けて埋め込み設置とし、[[尾灯]]も同様に2,000mm間隔で左右腰板下部に取り付けている。これら2両は暖地型のシャッターのない[[汽笛|タイフォン]]を装備し、特にキハ91 1は新製当初は横に長いエアフィルターのような独特の形状の大形タイフォンであったが、後にキハ90 1と同様の通常タイプのタイフォンに交換され、廃車まで通常形タイフォンのままとなっていた。

これに対し、キハ91形量産試作車では前照灯が同位置のままキハ58系と同様の車体から一段飛び出した形状の灯具に変更された。また、尾灯が形式図（図面番号DC0456）では試作車と同寸法で記載されていたが、完成した実車では大型の寒冷地型タイフォンとの干渉を避けてより外側に設置されている。

キハは全車とも運転台側妻面下部にスカートを備える。

[[操縦席|運転台]]は[[人間工学]]に基づいて、[[マスター・コントローラー|マスコンハンドル]]とブレーキハンドルは新設計の前後操作式（前進：力行・後退：制動）と操作しやすいものとなった<ref group="注釈">この機構は本系列の量産モデルに相当する[[国鉄キハ181系気動車|キハ181系]]にも継承された。</ref>。制御指令信号は連結器下部に取り付けられた専用の空気管内蔵電気連結器によって伝達される<ref group="注釈">こちらもキハ181系に全く変更なく継承され、その結果キハ181系はキハ90系と併結運転が可能となった。実際に故障車の代車として181系編成にキハ91形を組み込んで営業運転を行っていたことがある。</ref>。ただし、制御指令信号線は在来型気動車と互換性がないため、非常時等にそれらとの併結運用が実施される可能性を考慮して、試作車2両では追加改造で、量産試作車では新造時から、制御指令信号を中継・相互変換する装置が搭載された<ref group="注釈">この装置は前面運転台側の窓下に専用の箱を取り付けて格納されている。当初搭載されたものは機器が小型化されておらず、前面運転台窓の幅ほぼ一杯を使い切る非常に大型な機器箱を必要としたが、後に搭載機器の改良で機器箱が段階的に小型化されている。</ref>。

塗装はいずれも[[クリーム4号]]をベースに窓周りと腰板下部、それに幕板上部に赤11号の帯を巻いた新造当時の国鉄急行形気動車標準色であるが、試作車は前面窓周りと側面の客用窓周りのみに赤帯を巻き、客用扉や乗務員扉周辺には赤帯を巻いていない。

== 主要機器 ==
=== エンジン ===
キハ90形のDMF15HZAは排気量15[[リットル]]、直列6気筒横置き、[[過給器]]、[[インタークーラー]]装備で連続定格300PS/1,600rpm、最大出力355PS/2,000rpm、キハ91形のDML30HSAは排気量30リットル、水平対向12気筒、過給器装備で連続定格500PS/1,600rpm、最大出力590PS/2,000rpmとなっており、いずれもシリンダーボア140mm、ストローク160mmである。この仕様が示すとおり、これらはそのシリンダブロックの設計が共通であり、既存のDMH17はもとより、DMF31系とも異なる、完全な新規開発品であった。

DML30HSAに比べて気筒数半減のDMF15HZAが、出力半減とならず60%の定格出力を確保できたのは、インタークーラーによるものであるが、基本設計が戦前設計のDMH17をスケールアップしてターボ過給器対応としただけの副燃焼室式機関であることから、高負荷動作時には特に発熱過大となる傾向が強く、過熱により排気管が発火する恐れがあったため、DML30系へのインタークーラー装備による600PS化は見送られている<ref group="注釈">後年製造されたJR北海道の[[国鉄キハ183系気動車|キハ183系550番台]]においては、一部についてこのDML30系を直噴化・インタークーラーを付加したDML30HZ（660PS/2,000rpm）が搭載されており、これは現在も日本における気動車用ディーゼル機関の最高出力記録を保持している。</ref>。

=== 変速機 ===
変速機はキハ90形がDW3B（3段6要素形）、キハ91 1がDW4A（1段3要素形・充排油式）、キハ91 2 - 8がDW4B（1段3要素形・充排油式）で、いずれも変速1段、直結1段となっている。これはキハ60系で採用された直結2段構成が、直結間切り替え時の過大な衝撃負荷によるクラッチ破損等の問題を引き起こした反省から、直結段を1段のみとしたものである。また、キハ91形はエンジントルクが大きいため、変速段の液体式変速機の構成を1段3要素に見直し、[[ストールトルク]]を抑え、また駆動軸もキハ90形が第2軸を駆動軸とする1軸駆動であったのに対し、第1・2軸を駆動する2軸駆動とされ、さらに変速機と車体内側寄りの第2動軸に装着されたGB115A減速機の間には、大出力エンジンの強トルクによって生じる反力を吸収するための反力軸と呼ばれるリンク機構も付加されている<ref group="注釈">これに対し、第1動軸に装着されたGB116A減速機はゴムブッシュで枕梁に固定される減速機支持装置と呼ばれる1組のリンク機構のみで台車枠と結合されている。なお、この減速機支持装置はGB115Aの反力軸支持部と反対側にも取り付けられており、GB115Aは前後からリンク機構で支えられる形となる。</ref>。DW3A・DW4A・DW4Bともに変速段数の少なさを補い、なおかつ中速域での出力を確保するため、高速域<ref group="注釈">85[[キロメートル毎時|km/h]]前後。</ref>まで過回転状態のままで変速段で引っ張る設定にされている。この変速段使用時の変換効率は最良の条件（ピークは約62km/h）でも80パーセント前後で、液体式変速機としては一般的な性能であった。

もっとも、これは効率の悪い変速段を十分高速に達するまで常用するため、常時過回転状態に置くなどエンジンに過大な負担をかける設計でもあり、この変速機は特に本系列や後続のキハ181系による、中速域が常用される山岳線区での優等列車運用において、エンジンの異常過熱を原因とするトラブルが多発する原因の一つとなった。

=== 逆転機 ===
逆転機は従来の減速機と一体構造での台車トランサム（横梁）への装架がキハ91形の2軸駆動化により困難となり、また変速機との一体化による機構の簡素化なども目的として、液体変速機に内蔵とされた。このため各動力台車には、逆転機ではなく推進軸の方向転換と最終減速段を受け持つ減速機が各動軸に装架され、キハ91形では2基の減速機間は自在継手で連結された。

営業運転で多用される中速域で機関出力をフルに生かせないという本系列の走行特性は、ストールトルク比の小さい（ゆるい）[[トルクコンバーター]]と、直結段が1段しかないことから来ており、爪クラッチ式多段直結変速機が実用段階に入る[[1980年代]]末まで、長く日本の新系列液体式気動車のウィークポイントであり続けた。

=== 放熱器 ===
大出力エンジンを使用するため、キハ90形・キハ91形には大容量放熱器（[[ラジエーター]]）が設けられた。ただし、通常の機関直結ファンによる強制冷却式ではなく、コストダウンと機関出力の有効活用、それに冷却ファン排除による騒音・振動の軽減を目的として、相対風速を利用した自然通風による大型放熱器<ref group="注釈">この方式の採用については、キハ60系の開発が頓挫し、これに代わる手法が模索されていた1960年時点で、早くも俎上に上っており、同年、[[国鉄キハ41000形気動車|キハ04形]]に屋上放熱器を搭載しての試験がすでに行われていた（[[鉄道ピクトリアル]]誌1962年6月号で、当時の国鉄車両設計事務所の主任技師であった内村守男が、大出力気動車用の冷却手段として研究中であることを記述している）。国鉄におけるこの種の自然通風式放熱器は、戦前の[[国鉄キハニ5000形気動車|キハニ5000形]]や[[国鉄キハ40000形気動車|キハ40000形]]などに前例があるが、前者は出力が著しく低く実用性に難があった車両への装着であって参考にならず、また後者は本系列同様に、勾配線区で限られた機関出力を少しでも多く走行に回すべく採用されたものであったが、やはり勾配線での低速高負荷運転時の冷却力不足に起因するエンジントラブルが続出しており、こちらも前例として参考にすべき性質のものではなかった。</ref><ref name="rpa13-53">[[#内村rpa13-1|『鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション 13』 p.53]]</ref>が屋根上に搭載され、外観上の一大特徴となった。しかし、山岳線区での低速運転時、特に登り勾配で断面が小さく、かつ長大な単線トンネルを走行する際などには、通風力が不足してオーバーヒートが頻発した。このため量産試作車では対策として電動式の補助送風ファンが屋根上の放熱器間に搭載されたが、この補助送風ファンの駆動にはエンジン直結の発電機からの電力供給が必要であり、その発電負荷の分だけ走行性能が低下し、ファンによる騒音と振動が発生し、更にはその保守コストも上乗せされることになった<ref group="注釈">これは当初の設計コンセプトと大きく矛盾する対策であり、この段階で本系列の冷却系の基本設計は既に破綻が明らかになっていたと見るほかない。</ref>。この問題は比較的平坦な線形でしかもトンネルの少ない千葉地区での試用の段階ではほとんど露呈せず、小断面長大トンネルの多い中央西線での営業運転開始後、はじめて表面化した<ref group="注釈">キハ91形量産試作車は完成時期が1967年7月末であったが、習熟期間等の関係で本線上での試験が開始されたのは同年秋になってからで、夏期の高温下の試験実施は1968年夏にまでずれこんだ。それゆえ、この問題の確認が遅れた。</ref>ため、量産型に相当するキハ181系の設計には十分反映できず、同系列、特に自然通風による大型放熱器を本系列から継承した中間車では、連続急勾配区間での放熱能力不足に起因するエンジントラブルが頻発した。このため、同系列はエンジンの故障抑止を目的としてスペック上は単独登坂が可能なはずの[[板谷峠]]での電気機関車による牽引登坂や、故障防止策としての燃料噴射系の調整による定格出力の引き下げ、補助冷却器の床下への追加<ref group="注釈">放熱器間に冷房装置が搭載されているため、本形式のように補助送風ファンを屋根上に搭載することが出来ず、床下に静油圧ファンとラジエターパネルを追設した。</ref>、あるいは運転曲線の見直しなどの対策を実施せざるを得なくなっている。

=== 台車 ===
動力台車は1軸駆動のキハ90形がDT35、2軸駆動のキハ91形がDT36（キハ91 1）・DT36A（キハ91 2 - キハ91 8）、付随台車はTR205（試作車）・TR205A（量産試作車）で、基本的な構造は全て共通である。

これらの台車は、延長リンクとウィングばねを組み合わせた、アルストーム・リンク式軸箱支持機構の変形と言うべき独特の構造となっており、2軸駆動を実現する上で必要な推進軸が枕梁や心皿と干渉するのを回避するため、揺れ枕を廃した車体直結式空気ばねによる枕ばね部と、[[国鉄ED74形電気機関車|ED74形電気機関車]]で採用されたのと同様の、リンク連結による仮想心皿方式が採用されていた<ref group="注釈">つまり、ボルスタレス台車の一種である。このため本系列の台車には心皿および揺れ枕が存在せず、本来心皿が負担する荷重は側枠上の空気ばね（枕ばね）が直接負担する構造となっている。</ref>。

これらは本系列の運用期間中には特に致命的な問題は発生しなかった。しかし、その改良品に当たるDT36B・TR205B・TR205Cを採用した[[国鉄キハ181系気動車|キハ181系]]は120km/h運転で常用されたこともあって、延長リンクが長く設計が適切でなかったことが原因で高速運転時に1軸蛇行動が発生しやすいことが指摘された。さらに側枠の亀裂などの深刻な問題が製造後約10年前後で頻発したため、その時点で在籍していた同系列の全車が側枠の新製交換で通常のウィングばね式台車（DT36C・TR205D・TR205E）に改造されており、基本設計が共通する本系列の台車についても同様に長期使用されたとすれば同種の問題が発生していた可能性が高い。

== 運用 ==
性能試験は、当初[[内房線|房総西線]]で行われた。その後、名古屋に配属換えとなり、[[中央西線]]および[[篠ノ井線]]で、急行「[[しなの (列車)|しなの]]」として使用された。この試験結果を元に、[[国鉄キハ65形気動車|キハ65形気動車]]や、キハ181系気動車が登場した。本系列は、キハ181系の特急「しなの」運転開始後も、中央西線で急行「[[しなの (列車)|きそ]]」として運行された。しかし、1973年7月の中央西線・篠ノ井線電化完成により、急行「きそ」は[[国鉄165系電車|165系電車]]に置き換えられたため、中央西線系統での本系列による運用は終了となった。

本系列最後の運用の場となったのは[[高山本線]]で、急行「[[ひだ (列車)|のりくら]]」のうち、[[名古屋駅|名古屋]] - [[高山駅|高山]]の1往復に充てられた。しかし、機関の冷却性能不足と複雑な制御系に起因するトラブルは絶えなかった。そして、特殊な補修部品が枯渇したこともあり、[[1976年]]10月の[[国鉄ダイヤ改正|ダイヤ改正]]を待たず、同年9月3日に[[さよなら運転]]を行い運用を終了した。

なお、その後は車齢が10年未満で廃車手続きが困難であったこと<ref group="注釈">当時は不具合が頻発していた[[国鉄DD54形ディーゼル機関車|DD54形]]の新製後10年未満での廃車が会計検査院から問題として指摘され、また労働組合や国会から予算の無駄遣いとして追求されるなど、特に車齢の若い車両の廃車についての指弾が非常に厳しい時期であり、本系列や[[国鉄591系電車|591系電車]]など、本来は廃車手続きをとるべきデータ収集の完了した試作車を廃車とせず、保留車として長期休車扱いとすることで時間を稼ぎ、問題の先送りを図る例が少なからず見られた。なお、キハ91形については一定の需要が存在し、しかもシステム的に共通点が多い[[国鉄キハ65形気動車|キハ65形]]へ冷房装置取り付けや屋根上放熱器の撤去、制御系の換装などを実施の上で編入改造することも検討されていたという。</ref>からしばらく保留車として留置されていたが、キサロ3両とキハ1両を除いて非冷房ということもあり、最終的に1978年8月31日付で全車廃車となり、長く保守を担当してきた名古屋工場で全車解体処分された。

== 新系列気動車の展開とその技術応用 ==
キハ91形で試用されたDML30形機関は制式化され、その後の[[国鉄キハ181系気動車|キハ181系]]などの[[特急形車両|特急形]]・[[急行形車両|急行形]]・普通形気動車に採用された。

中でも[[国鉄キハ65形気動車|キハ65形]]は本系列直系の量産車というべき存在であり、在来型急行形気動車との混用を可能とするため、最高速度は低くなり<ref group="注釈">ただし最高速度の低下は機関の負荷低減を意味するものではなく、むしろ勾配線における低出力のDMH17系機関搭載車との混用が主目的とされたことと変速機の仕様上速度域のほとんどがロスの多い変速段で占められることから、機関の負担はかえって増大する結果となった。</ref>、運転台周りの仕様が継承されず、また全車に強力な大型発電セットが搭載された関係で、自重増大を嫌って安価だが重い自然通風式放熱器も採用されなかった<ref group="注釈">さらに全車が[[列車便所|便所]]・洗面所装備のキハ58系と混用されることを前提として、便所・洗面所および水タンクの搭載も省略された。</ref>が、これら以外の基本設計の大半はキハ91形量産試作車のそれに依拠している。この系統はその後、汎用気動車としての[[国鉄キハ66系気動車|キハ66系]]へ発展し、更に大幅な性能引き下げの上で一般型気動車の[[国鉄キハ40系気動車 (2代)|キハ40系]]を派生してゆくこととなる。

これに対し、特急形のキハ181系は固定編成による限定運用で、在来型システムとの混用を考慮せずに済んだがゆえにキハ90系の制御システムを素直に継承し、重い発電機関を先頭車に集約搭載することで中間車に安価な自然通風式放熱器を採用した。急行形として汎用性が求められたキハ65形の構成とは対照的であり、結果的にキハ90系の要素技術は特急形と急行形で異なる2つの流れを形成したことになる。

もっとも、量産で先行したキハ181系は夏場の特定条件下で冷却系のトラブルを頻発し、またその流れに連なる[[国鉄キハ183系気動車|キハ183系0番台]]では寒冷な気候の北海道で使用されることから、着雪によるトラブル発生の危険性があって自然通風式放熱器を継承せず、こちらは冷却系に起因するエンジントラブルを出さなかったこと、それに強制冷却機構を標準搭載したキハ65がその量産開始から現在に至るまで、冷却系に起因するエンジントラブルをほとんど引き起こしていないことから、結果的にこの自然通風式放熱器はシステムとして完全な失敗作であったとみなされている。これには旧弊な副燃焼室式を無批判に採用したDML30系機関の燃焼効率が当初想定された以上に悪く高発熱となり、またキハ60形での直結多段液体式変速機の技術開発の失敗から効率の悪い変速段を多用する設計となったため、それらのしわ寄せが放熱器にいってしまったという一面もあり、大出力ディーゼル機関を搭載する鉄道車両の開発の難しさを物語っている。

なお、本系列では不採用となったキハ90形のDMF15形については、[[国鉄12系客車|12系客車]]以降の床下発電セット用機関<ref group="注釈">DMF15HG系。</ref>として制式採用され、その後キハ40系などにデチューンの上で転用されている。

本系列自体は製造後わずか10年で運行終了となったが、そこで試用された様々な要素技術はさまざまな欠陥や問題を内包しつつ以後の国鉄気動車・客車に大きな影響を及ぼしており、国鉄気動車史上、重要な系列ということができる。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}

=== 注釈 ===
{{Reflist|group="注釈"}}

=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{Cite journal|和書|author= 石井幸孝・久保敏|year= 1968|month= 7|title= キハ17系ディーゼル動車の歩み|journal= [[鉄道ピクトリアル]]|issue= 211|pages= 19-25|publisher= [[電気車研究会]]|ref = 石井rp211}}
* {{Cite journal|和書|author= 酒本英雄|year= 1968|month= 7|title= キハ17形動車の構造と性能|journal= 鉄道ピクトリアル|issue= 211|pages= 32-35|publisher= 電気車研究会 |ref = 酒本rp211}}
* {{Cite book|和書|author = 日本国有鉄道車両設計事務所|authorlink = |coauthors = |year = 1966|title = 気動車形式図 1966 |publisher = [[日本国有鉄道]]|ref = 形式図1966|id = |isbn =}}
* {{Cite book|和書|author = 日本国有鉄道車両設計事務所|authorlink = |coauthors = |year = 1971|title = 気動車形式図 1971 |publisher = 日本国有鉄道|ref = 形式図1971|id = |isbn =}}
* {{Cite journal|和書|author= |year=1976 |month=10 |title=特集●国鉄の気動車|journal=世界の鉄道 |issue='77 |pages= 39-94・162-187頁|publisher=朝日新聞社 |ref = WR77}}
* {{Cite journal|和書|author= 岡田誠一|year= 1997|month= 5|title= キハ10系 車両のあゆみ|journal= [[鉄道ピクトリアル]]|issue= 637|pages= 10-22|publisher= [[電気車研究会]]|ref = 岡田rp637}}
* {{Cite journal|和書|author=楠井利彦・梅原淳 |year=2005 |month=12 |title=量産先行車 （プロトタイプの世界 [[鉄道ダイヤ情報]]別冊） |journal=鉄道ダイヤ情報 |issue=280 |pages= 102-107 |publisher=交通新聞社 |ref = rdi280}}
* {{Cite journal|和書|author=鉄道ダイヤ情報編集部 |year=2007 |month=1 |title=キハ181系特急型気動車車両ガイド |journal=鉄道ダイヤ情報 |issue=273 |pages= 28-33 |publisher=交通新聞社 |ref = rdi273}}
* {{Cite journal|和書|author=三沢学・鉄道ダイヤ情報編集部 |year=2007 |month=1 |title=後藤総合車両所で見たキハ181系エンジン整備の最前線 |journal=鉄道ダイヤ情報 |issue=273 |pages= 34-37 |publisher=交通新聞社 |ref = 三沢rdi273}}
* {{Cite journal|和書|author=鉄道ピクトリアル編集部 |year=2007 |month=11 |title=新鋭ディーゼル動車の運転開始について |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 57-60 |publisher=電気車研究会 |ref = 編集部rpa13}}
* {{Cite journal|和書|author=西尾源太郎・岡田誠一・服部朗宏 |year=2007 |month=11 |title=西尾源太郎氏が語る 楽しかった鉄道人生 ~蒸気機関車から気動車を経て新幹線まで~ |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 6-16 |publisher=電気車研究会 |ref = 西尾rpa13}}
* {{Cite journal|和書|author=山田秀三 |year=2007 |month=11 |title=気動車談義 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 69-75 |publisher=電気車研究会 |ref = 山田rpa13-1}}
* {{Cite journal|和書|author=山田秀三 |year=2007 |month=11 |title=国鉄動車概観 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 81-87 |publisher=電気車研究会 |ref = 山田rpa13-2}}
* {{Cite journal|和書|author=内村守男 |year=2007 |month=11 |title=ディーゼル特急「はつかり」の構想 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 91-92 |publisher=電気車研究会 |ref = 内村rpa13-1}}
* {{Cite journal|和書|author=内村守男 |year=2007 |month=11 |title=キハ60系気動車略解 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=13 |pages= 115-118 |publisher=電気車研究会 |ref = 内村rpa13-2}}
* {{Cite journal|和書|author=岩成政和 |year=2008 |month=3 |title=戦後国鉄気動車史の立役者 DMH17系ディーゼルエンジン |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 6-16 |publisher=電気車研究会 |ref = 岩成rpa14}}
* {{Cite journal|和書|author=内村守男 |year=2008 |month=3 |title=国鉄気動車の過去・現在・未来 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 44-56 |publisher=電気車研究会 |ref = 内村rpa14}}
* {{Cite journal|和書|author=[[石井幸孝]] |year=2008 |month=3 |title=生まれかわるディーゼル動車 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 72-75 |publisher=電気車研究会 |ref = 石井rpa14}}
* {{Cite journal|和書|author=副島廣海 |year=2008 |month=3 |title=キハ181系特急ディーゼル動車 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 76-80 |publisher=電気車研究会 |ref = 副島rpa14-1}}
* {{Cite journal|和書|author=副島廣海 |year=2008 |month=3 |title=キハ65形急行用ディーゼル動車 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 81-84 |publisher=電気車研究会 |ref = 副島rpa14-2}}
* {{Cite journal|和書|author=向田幸一郎 |year=2008 |month=3 |title=急行形ディーゼル動車用天井分散形ユニットクーラー(AU13) |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 85-86 |publisher=電気車研究会 |ref = 向田rpa14}}
* {{Cite journal|和書|author= |year=2008 |month=3 |title=「質問に答える」に見る 国鉄気動車の興味 1960 |journal=鉄道ピクトリアル アーカイブスセレクション |issue=14 |pages= 134-135 |publisher=電気車研究会 |ref = 質問rpa14}}
* {{Cite journal|和書|author= 岡田誠一・服部朗宏|year= 2008|month= 8|title= 石田 啓介氏に聞く 新系列気動車キハ181系のトラブルから学んだ車両開発の要|journal= [[鉄道ピクトリアル]]|issue= 806|pages= 10-23|publisher= [[電気車研究会]]|ref = 岡田rp806}}

== 関連項目 ==
{{国鉄の気動車リスト}}

{{デフォルトソート:こくてつきは90}}
[[Category:日本国有鉄道の気動車|90]]
[[Category:1966年製の鉄道車両|こくてつ気90]]
[[Category:新潟トランシス製の気動車]]
[[Category:富士重工業製の気動車]]
[[Category:日本車輌製造製の気動車]]
[[Category:試作車 (鉄道)]]
{{Rail-stub}}