海外ではイギリスのインターシティ125についている両端の動力車がかなり甲高いターボ音を響かせています。 最近はようつべなどビデオ投稿サイトに聞き応えのあるのが多数収録されています。
http://youtube.com/watch?v=fWnPil_-i3Y&mode=related&search=
http://youtube.com/watch?v=HAfijWFQOTU&mode=related&search=
http://youtube.com/watch?v=zsky6_lhJSk&mode=related&search=
http://youtube.com/watch?v=DoZ4qJj7laQ&mode=related&search=
http://youtube.com/watch?v=6lBo7eBVOWw
フランスのディーゼル機関車CC
72000(16気筒3650馬力）
http://youtube.com/watch?v=vNLzWZ6e7QA
一方、485系は65km/hが定格速度で、短時間なら82km/h出せます。
怖いのが故障です。降雪地帯のため電気系統のトラブルがまれに発生することがあり、1ユニットカットすると960KWのパワーダウンとなり、181系以上に打撃は大きくなります。 下の図が正常状態と1ユニットカットしたときの加速力曲線です。33‰の途中で停車した場合、起動が非常に苦しく、乗客が少なければ何とかなるかもしれませんが、乗車率100％ではままなりません。
たとえ起動できたとしてもその後の加速は悲惨です。抵抗制御の電車の加速力曲線は平均値が示されているわけで、定加速領域といえども実際はのこぎり状に変化するため、状況によっては限流器が動作せず制御器のカムが進段しないままになる可能性もあります。下の図はうまく制御器が進段したとしての加速を示していますが、とてもこれでは営業にはなりません。
そのため実際の運転では故障時、急遽EF７１の応援を仰ぐという珍事が見られたのです。
もちろん、現在の特急電車であれば出力に余裕があり、しかも誘導電動機のため過負荷容量が大きく、485系時代のようなことはなくなっています。
参考までにノッチ別の加速力曲線をお示しします。 編成はキハ１８１系７M、連続定格3500馬力、換算重量３５０．０トンで計算したものです。 ６ノッチと５ノッチは国鉄の資料によるもので、それ以外は機関コンバーター回転数特性から推定したものです。
性能（加速性能、登坂性能、最高許容速度）などを正確に表現するには加速力曲線を見る必要がありますが、比較的勾配が緩い区間ではこの「速度種別」記号で実用的な性能の比較が出来るため常用されています。
なお、最近のいわゆる９００馬力級強力気動車、201、261、187などではやや事情が異なって来ています。 減速比さえ変更すれば200km/h程度出せるエンジンを搭載しながら営業速度の関係で減速比は130〜140km/h向けに設定されています。 そのため最高許容速度はエンジン回転の制約から営業速度＋α程度となり、それがそのまま速度種別になっている例が増えています。 例えばキハ187では速度種別が181系と3km/hの差ですが、実際の加速性能は中間変速機を使わない最終段だけで比べても２倍の開きがあるのです。
速度種別とともに列車性能の指標として起動加速度がしばしば用いられ、電車の諸元表ではおなじみの数値です。 さて、この起動加速度、やはり上述の速度種別と同様、ある一点の性能を示す数値で、やはり全体の性能を表すものではありません。 速度種別の説明でおわかりのように動力装置により引張力特性が異なり、これが異なるもの同士ではやはり対比は出来ないのです。このサイトを一通りお読みいただいたらすでにお気づきかと思いますが、車両の引張力特性というものは動力源によって大きく異なります。 最も異なる性格を持つものは液体式気動車と電車です(右図赤線183系NN、黒線383系）。 直結１段のガスタービン（独立出力タービン方式）が両者の中間的な性格です（緑線）。 もうひとつのタイプとして速度に無関係にほぼ一定の動輪周出力を発生する性格のものがあります。 その代表例は直結段をもたない多段液体式（DD51等）あるいは電気式ディーゼル機関車（水色線DF200）で、蒸気機関車もこれに近い性格を持っています。
通常、性能の指標として起動加速度を使うのは電車で、気動車でこれを使うことはありません。 電車は起動後営業運転速度の40％から60％程度までほぼ起動加速度程度の加速度を保ったまま加速します。 そのためこの数値が性能判断の有効な指標となるのです。 ところが液体変速機を持つ気動車の場合、起動トルクはエンジントルクの4〜5倍に達するものの、速度が営業速度の半分になるとトルクは1/3以下に落ちてしまうのです。 つまり、液体式気動車の場合、速度種別、起動加速度だけを見るといずれも電車より相対的に高い数値が出やすいのです。
特急用で起動加速度が2.0km/h/sを超えていれば３８３系並の高性能車ですが、気動車なら82系編成で優に超えています。
加速力曲線の横軸は速度で日本の鉄道ではkm/hの単位でメモリが刻まれています。 一方縦軸は列車を前に進めるための動輪周引張力（摩擦や空気抵抗を差し引いたもの）を列車の重量で割った数値を示すもので、kg/tという単位が使われ、これがなじめないようです。
例えば起動引張力２１トン発生する性能の機関車が牽引する列車全体の総重量が５００トンあったとします。 起動抵抗（車輪とレールの摩擦、車軸の摩擦など抵抗が１トンあったとすると、有効な引張力は２１−１＝２０トン、列車全体のトン当たり引張力は20/500=0.04(t/t)、つまり40kg/tとなるのです。 そしてその40という数値は40‰の抵抗と同じで、40‰を起動（正確には均衡、この場合は静止）するのに必要な力があるという意味になります。
速度目盛り90の時曲線が25kg.tのところにある場合、この列車は25‰を95km/hまで加速する性能を持っていることになります。
このことから上述の速度種別を読み取るには縦軸の1０の目盛りと曲線が交差する位置の横軸目盛りを読めばよいのです。
kg/ｔを単位とすることで‰単位の勾配抵抗と数値が一致し鉄道では便利なためこのkg/tという単位が利用されます。 なお、物理学では力をニュートン（N）という単位で扱う関係で鉄道でも引張力をKN(1000N)という単位で扱う例が増えています。
しかし実際の運転ではkg/tという単位は直感的でなく、速度計の針の動きをより直感的に表現したkm/h/sという単位も加速度の表現によく使われます。 これは速度をkm/hで表すとき、毎秒いくら数値が増減するかを示しています。 上欄の起動加速度ではこの値がよく使われます。 kg/tとkm/h/sの関係は計算で求めることが出来ます。 kg/tという加速度を物理学で普通に使うm/s/sにするには m/s/s=kg/t*9.8/1000と計算します。 そしてm/s/sをkm/h/sにするには、km/h/s=m/h/s*3600/1000となり、最終的に,、
km/h/s=kg/t*9.8/1000*3600/1000
という計算式で換算することが出来ます。
つまり33‰の勾配を一定速度で登る性能というのは平坦線でその速度から加速した場合、約1.1km/h/sの加速度を発生するということになります。
なお、ここで注意が必要です。 加速力曲線から列車の純粋な加速度を計算する場合、回転体、つまり車輪や電動機など列車の加速とともに回転が増えるものの慣性抵抗は別に考慮しなければなりません。 回転体でも軽いものは無視してかまいませんが、電動機や車輪は無視できません。 客車や付随車で5%、電動車の多い電車では8%程度加速力が吸収されます。 そのため上の式は次のように修正して列車構成により計算しなおす必要があります。
km/h/s=kg/t*（1-0.05〜0.08）*9.8/1000*3600/1000
確かにこれだけ高速運転ができる181系の速度計が120までしか刻まれていないのは不思議です。営業運転速度が120km/hだからそれでいいと言われればそうですが。確かに当時の急行電車でも最高許容速度は140km/h、速
度種別はA17前後に達しますが計器の目盛りは120km/hまでです。営業速度が110km/hですから問題ないわけです。 それなら特急電車も120km/hでよいではないかとなるのですが・・・・163km/hの記録を持つ特急電車のメンツがあったのかもしれません。
なお、１８１系でも助手席側にタコグラフがついていたのですが、これは140km/hまでの速度計がセットされていました。 また、気動車で160km/hの速度計を始めて取り付けられたのはガスタービン試験車でした。
この時代の速度計は車軸につけた発電機（タコジェネレーター）の電圧を測定する方式で、当時のものは直線性が悪く写真のように目盛りが等間隔にならず、高速域ほど間隔が広くなっているのも特徴です。
日本ではすでに900馬力ものエンジンを床下に積んだ気動車が実現しています。 187系であれば車体が小さく多段式直結変速とともに重量あたりの動輪周出力はクラス180より5割近く強力になっています。 高速での走行安定性を確保し、走行抵抗を削減すれば十分に非電化新幹線用の気動車を実現できるはずです。
ただし、如何せん、加速性能は悲惨で、たとえば上記のクラス180では200km/hまで6分もフルノッチのまま力行となり、ちょっとでも登り坂があると加速は頭打ちという状況です。
0系電車でも4分30秒ほど、７００系の高加速設定にいたっては2分で200km/hまで加速しますからその差は歴然としたものがあります。100km/hから200km/hとなるともっと差が大きくなり、0系が2分50秒、７００系が1分20秒で加速するのに対し、クラス180ではなんと5分もかかってしまいます。
今の新幹線並みの加速力と最高速度を実現しようとすると1両2000馬力程度に出力を向上しないとだめで、これは現在のディーゼル技術をもってしても客室を埋めるほどの機械室を必要とし機関車級の軸重となってしまいす。 もしこれをインターシティー125で実現しようとすると両端の動力車は１両７０００馬力近く必要となり、ガスタービン以外に選択肢はなくなります。
勾配がほとんどなく直線ばかりで加減速があまり要らない高規格路線を作れば200km/h運転も十分可能ですが、これでは建設費が膨大となり非電化新幹線の本来の目的から外れてしまいます。
変速機の入力側と出力側の回転数に差があると変速時に大きな衝撃がかかり、変速機やクラッチを破損してしまうのです。特に直結状態では液体変速機の持つショック吸収作用を利用できないためますます厳しくなります。
当時の自動車ではすでに多段式ATが使われていましたが、液体変速機を介した状態でギアチェンジを行うものでした。当時でもドイツのメキドロ社が優れた精密機械技術に物を言わせて鉄道用に同様の仕組みの大容量変速機を開発しており、それがDD54に使われたことは有名です。 しかし駆動系の衝撃が大きく、故障が多発、推進軸が折れる事故まで発生しました。
もしこの変速機（４速切り替え）を181に使用していたら10‰勾配で108km/h程度しか出ません。液体変速機の伝達効率の悪さが裏目に出てしまい直結方式のほうが高性能となってまうのです。
直結から変速への切り替えも自動ですが、これは若干操作が必要です。直結状態で走行中に速度が落ちると、45km./hあたりで自動的に変速段にシフトします。これはノッチには関係なく、フルノッチ（6ノッチ）でも１ノッチでも同じです。これはエンスト防止のためです。 また、45km./h以上で直結状態になっていれば１ノッチから６ノッチまでノッチ位置に関係なく直結が保たれます。 これは燃費を考慮したためで、加速力をあまり必要としないときには効率の悪い液体変速機をできるだけ使用しないようにするためです。たとえば14‰を60km/h程度でゆっくり上りたいとき、変速４ノッチを使うよりは直結で５ノッチから６ノッチを使ったほうが30％近く燃費がよくなります。
では直結でゆっくり走っているときにダッシュしたくなったときはどうするか？ そのためにキックダウンノッチを設けていました。 つまり181には本来のフルノッチのもうひとつ上のノッチがあり、7ノッチがキックダウン専用に使用されました。キックダウンというのは自動車でATをシフトダウンしたいとき、アクセルを奥まで踏み込むことから来た言葉です。 181はマスコンのそばにノッチ数が白地を背景に表示されますが、７ノッチだけは赤表示でキックダウンを表していました。 7ノッチに入れたら何キロでも変速段にシフトするというわけではなく、加速時には変速運転する80km/hで７ノッチに入れてもキックダウンされません。 機関保護と効率を考えた設定で、キックダウンできる最高速度は71km/h前後となっていま
した。一方、直結フルノッチでは力不足、変速フルノッチでは過剰というとき、いちいち７ノッチまで持っていってキックダウンし、5ノッチ、4ノッチあたりまで戻すのは面倒です。実際の運転では18‰〜25‰上りを曲線制限を受けて60〜70km/hで走る場合です。 この目的のために米子区で開発されたのがキックダウン専用のボタンで、KDPB（キックダウンプッシュボタン）と呼ばれました。 前後動式のマスコンレバーを左手で握った時ちょうど親指で押せる位置に設置され、必要ノッチまでノッチアップしてこれを押すとそのノッチで変速運転に移行できる装置でした。
しかし、少し動き出すとキハ58などでは急激に加速力が落ちますが、181では比較的落ちが緩やかで、15km/hあたりからはキハ58編成を大きく引き離すことになります。
実際には自然冷却システムは低速力行時の冷却能力不足に悩まされることになり、１８１系が最後となってしまいました。 しかも１８１系では床下に補助の強制冷却ラジエータを備え、９１系では屋根上に強制送風機を並べるという荒業をやることとなり、結局これでも冷却性能の問題は解決しなかったようです。 しかもこれら補助冷却装置の保守が必要となり、本来の目的は達成できませんでした。
類似の条件で85系を使ってシミュレーションをやってみるとリッター当たり約1.8キロとなり、直噴化、直結２段変速による低燃費化の効果がかなり現れます。
ドイツでは2000年に試作したフライホイールに電力を貯める方式のハイブリッド気動車がまもなく営業に入ると報じられましたがうまくいっていないようです。 これは高速志向ではありませんが、1軸連接、低床構造となっています。 そして屋根上にラジエータを載せた181系くらいで驚いてはいけません、なんとにエンジンや発電機も屋根上に載せてしまったのです。 １８１も畏れ入るような気動車です。 とりあえずJR東日本のものは無難に普通のバッテリーを使ったシリーズハイブリッド気動車として登場、将来を見越してリチウムイオン２次電池を採用、必要最低限の容量を確保することで極力重量増を避け、電気式トランスミッションでも25‰均衡速度60km/hを達成、何とか現行の近郊用気動車並みの性能を確保しています。 北海道の計画はディーゼルエンジン駆動を主とし、高速性を追求した仕様となるようで、特急車としての完成が楽しみです。
しかし今の技術がいかに進んだとはいえディーゼルと組んだ場合電気式トランスミッションは液体式あるいは機械式トランスミッションよりずっと重く、それにバッテリーまで加えるとなるとかなり厳しくなります。 発電機は高速回転にすると劇的に軽量化されるので、ガスタービンと組み合わせると有利になるかもしれません。 しかし数百KWの小型ガスタービンは当分ディーゼル並の燃費は無理で、半集中式か電源車方式にして中型のガスタービンを使わないと効率面で難しいでしょう。
ローカル線向けの気動車ならディーゼルで実用的なものが作れるでしょうが、車両価格が大きな障害となります。 キハ40が細々と走っているような線区に非常に高価なハイブリッド気動車を投入することはまったくの夢物語と言えます。 自動車業界の趨勢によっては比較的早い時期に燃料電池車が登場する可能性がありますが、価格的にはハイブリッドディーゼル車よりもはるかに難しい問題を抱えているのが現状です。 これらのハイブリッド車両が採算面で妥当なのは電化された大都市近郊線という矛盾が生じます。 現在の液体式気動車が如何に価格的にこなれた技術であるかが痛感させられます。
BVEというフリーソフトがあり、硬派の運転ゲームマニアには面白いソフトで、１８１のデータを誰かが作れば運転を楽しめるようになります。 しかし、残念ながら列車性能は電動機の特性データを元に近似する方式のため、液体変速機と直結段を持つ気動車の加速力曲線は近似できません。 国内や世界でも液体式気動車のデータを公開しているサイトがかなりありますが加速特性はでたらめになっています。
ノッチマンに付属する手動運転機能を使えば性能面では一番実物に近くなりますが、フルノッチのデータを元に車両特性に応じて低ノッチを近似するため低ノッチでは誤差があります。 しかも仕事に使うソフトですからものすごく高価、運転曲線だけを見ながらの運転ではあまりに殺風景です。
個人的にはノッチマン並みの精度のデータを扱えるマイクロソフトのトレインシミュレータが登場すれば買うでしょうし、BVEも同様にノッチマン並の性能データが扱えれば181系や９１系のデータを作って楽しみたいなと妄想しています。「181はオートマ？」の項で書いた内容まで再現するとなるとソフトそのものを自作するしかないでしょうけど・・・・・
１８１系の故障多発の最大の原因は連続変速フルノッチ低速走行ですから、他のページで度々記しているように直結運転が主体の函館・室蘭線ではちょうど「つばさ」の上野ー福島間、「おき」の大阪ー倉敷間のような走行条件となり、当時これらの列車がこの区間で特別な問題がなかったように「北斗」でも快調に走った可能性があります。 やや無謀ですが別項で１８３系（ＮＮ）との１３０キロ対比で運転時分の例を示したように１３０キロ運転を行っていても故障多発という憂き目に遭うことはなかったかもしれません。
実際、183系500番代はまさに適正化された安定性能時代の181系とほぼ同等の性能を持たせた気動車で、その安定した活躍は今さら問題になるものではありません。
ただし、冬季に北海道の内陸での使用を考えると181系の冷却システム、車体など根本設計から見直す必要があり、当時はエンジントラブルの解消で精一杯という状況で北海道向けの新車を作る余裕は国鉄にはなかったのでしょう。 おりしも極寒の環境が大好きなガスタービンによる高速振子気動車の構想が出ていた時期で、今更内地向け設計の寒さに弱いディーゼル動車を敢えて改造して持っていくなんて無意味だと考えたのかもしれません。
現実問題としては183系500番代クラスの気動車はもっと早い時期に実現してしかるべき気動車でしたが、オイルショック以降で財政難と労使問題に疲弊した当時の国鉄には高性能気動車に対してそれだけの意欲はなく、初代183系に甘んじることとなったのです。