日本國鐵KiHa 181系柴聯車

日本國鐵KiHa 181系柴聯車是1968年起由日本國有鐵道（國鐵）使用的特急型柴聯車，1987年日本國鐵私有化後由西日本旅客鐵道（JR西日本）和四国旅客鐵道（JR四國）繼續使用。

本型車專為山區非電氣化路線的特急列車所開發，曾於本州作為翼號列車、信浓號列車、八云號列車和濱風號列車，於四國作為潮風號列車行駛。

1968年至1972年間，本型車共製造了158輛。 在1987年國鐵私有化後，由西日本旅客鐵道接收了94輛，四国旅客鐵道接收了44輛車。

綜合介紹
車體
基本設計類似KiHa80系柴聯車。不過因為引擎輸出功率增加，車頂加裝自然散熱式冷卻器、增強冷氣空調設備等等，導致車重增加與相對應的構造強化，結果與KiHa 80型中間車相比，KiHa 180型車重增加了 3 公噸。此外，轉向架的枕簧採用車體直結式空氣彈簧，結果影響了上下車門的空間而無法收納滑動門，因而改為雙折門。終點顯示器是與同期的特急電車等車型一樣的車側顯示器，廁所與洗面所配置於車廂通道之外。與 KiHa 82型等其他特急車型的塗裝配色不同，有駕駛室的車輛，其側面車窗周圍的紅帶在車輛前端附近呈現倒梯形。以連結面之間的距離計算，車體全長為 21.3 公尺，亦即新世代客車與柴聯車的標準長度。

端面與KiHa 82 形一樣為貫通式設計但車燈罩外型較為方正，端面的列車標誌也從倒梯形改為長方形，車頭紅色裝飾帶的設計也略有不同。

空調裝置則由配有香菇形外罩的 AU12 系，改為與14系客車所使用的分散式 AU13S 型。

車内
內裝大致與 KIHA 80系相同，但二等車（普通車）的座椅為 T17 形橫排旋轉椅；80 系的椅背使用美耐板，而本型則與特急形電車相同，採用與座椅材質相同的布面包覆。一等車（綠色車廂）的座椅為扶手內藏小型折疊桌的 R22 形，不過捨棄了 80 系的頭枕上下調整機構。

主要機器
行駛用引擎
最初除了無動力拖車KiSaShi 180型（キサシ180形）之外，每部車都裝有一部1部DML30HSC型引擎。這是水平對臥 12 汽缸、排氣量 30 公升、預燃室式、水冷式四行程渦輪增壓柴油引擎，連續額定輸出 500 馬力 / 1,600 轉，最大輸出 590 馬力 / 2,000 轉。本型引擎係由 KiHa 91型2至8號車所使用的 DML30HSB型引擎改良而來，後續的增補車輛則陸續使用小改型引擎 DML30HSD、DML30HSE、DML30HSF 等，但其基本設計並無太大變化。

發電機引擎
使用曾在 KiHa 90型上測試作為行駛用引擎的 DMF15H型，降低輸出以驅動發電機，稱為 DMF15HS-G型，於KiHa 181型上裝有一部。

於 KiHa 80系的KiHa 81、82型先頭車上的發電機組所使用的 DMH17H-G型引擎（就是行駛用的DMH17H型引擎），每個發電機組供電能力為三相交流 440 V / 125 kVA 。KiHa 181系量產車因為發電用引擎的功率較大，供電能力增強至三相交流 440 V / 180 kVA，單一機組可供應5節車廂的一般設備用輔助電源。

變速機
變速機採用KiHa91型使用的一段三要素充排油式DW4C、DW4E型液體變速機，為直聯一段液聯一段，採單轉向架雙軸驅動，以避免出力過大導致車輪空轉。逆轉機與引擎直結的變速箱整合（舊型車輛的逆轉機則是與轉向架框架上的最終減速機一體化），為減少引擎震動傳到車體，引擎與車體之間採用彈性支持。因應大扭力導致變速時的晃動傳導至車體，有一根與傳動軸平行的「反力軸」（扭力桿，用以吸收反向扭力），連結於與動力轉向架上靠近引擎側的最終減速器結合並予以支承，藉此以在車體與轉向架兩側抑制引擎的晃動。

舊型的 TC2 / DF115 系變速機在時速 45公里時手動切換液聯位與直聯位。DW4 系變速機考慮大馬力引擎的強大扭力可能導致車輪空轉，設計上在低速時的滑動較大，且著重於中高速域的效率（較低的液力變矩器失速扭矩比）。車輛以液聯位加速至時速 85公里左右，藉由偵測轉速而由微動開關控制離合器，自動切換至直聯位。不過這也就使營運時在上坡路段常見的速度範圍，經常使用傳動效率較低的液聯位；且在起動加速時，由於滑動損失功率較大，變速箱油升溫問題較為嚴重。

本型車變速機最終減速比設定為 2.362（ KiHa 80 系為 2.613）。時速超過85公里時，因為通風量大而能有效冷卻，加上直聯檔效率高而能發揮引擎性能，本系列車型在平坦路線上倒是能順利以 85 至 120公里的時速行駛，不比電聯車差多少。

不過，雖然變速機故障佔整體故障比例的 62.2%，但其故障導致了「隔離故障動力系統-動拖比下降、整體輸出功率降低-殘餘動力系統超載-過熱-速度下降-無法行駛」的惡性循環，為 KiHa 181系帶來比紙面數據更加嚴重的問題。

冷卻系統
由於本車主要行駛於山區路線，考量到中間車（動力車）如果讓引擎直接驅動冷卻風扇，會損耗行駛所需的動力輸出，再加上為了降低噪音、振動與製造成本，因而採用自然通風式冷卻器。車頂上安裝了採用大型散熱元件的巨型自然通風散熱器，長度幾乎與車體相同。

不過這套系統早在 KiHa 90 系使用時，就已暴露出冷卻能力不足的問題。在尚未解決此瑕疵、且未完成夏季高溫環境測試的情況下，便倉促決定採用該設計，導致車輛後來在陡坡路段（尤其是夏季）經常發生故障。

自然通風冷卻器雖然構造簡單且成本低廉，但所需的冷卻水量過大，不僅增加了車身重量，也抬高了車體重心。在必須以低速、高負荷狀態連續爬坡的山區路線（尤其是中央本線），由於通風量不足、頻繁使用液聯位行駛、引擎釋放大量熱能，導致極其頻繁且嚴重的冷卻不足與引擎故障等問題。這是包括KiHa 90系與本型車之新系列柴聯車的重大缺陷。

因此，針對與 KiHa 90 系採用同款自然通風式冷卻器的中間車，提升冷卻效能成為當務之急。不過國鐵技術團隊並未做出根本性的重大修改，僅在底盤下方加裝由液壓馬達驅動的強制通風式散熱器以提升冷卻能力。雖然此舉帶來一定程度的改善，但驅動液壓馬達所需的油泵會消耗引擎輸出功率，且車輛自重也隨之增加。

根據 KiHa 91 的試驗結果，藉由增加車頂散熱器的散熱片，或提高輔助送風機的風量，可在不大幅改動設計的前提下提升散熱容量。在氣溫 24 度（7輛動力車3輛拖車編組）及 30 度（6輛動力車4輛拖車編組）下，於名古屋到長野區間按照特急列車時刻表進行試運轉，即使在 25‰ 坡度路段，底盤下方的強制散熱器也未啟動，因此認為冷卻容量仍有餘裕。

1978 年 2 月，苗穗工廠針對嚴寒暴雪環境的影響進行研究，評估可透過修改設計來因應。不過北海道的新型柴聯車最高時速設定為100公里，且未來基本上沒有計畫提升運轉速度。在此車速下，自然通風與風扇強制通風的冷卻效果差異不大，因此後來沒有採用重量較重的車頂散熱器。

另一方面，KiHa 181 形由於搭載了發電機組，受限於軸重限制，無法採用較重的自然通風式散熱器。因此該車型將行駛與發電兩部引擎的散熱器一併整合於駕駛室後方的車體兩側，使用車頂上的兩台靜油壓驅動的風扇進行強制通風。然而，這種強制通風散熱器反而比自然通風式更常出現冷卻不足，導致引擎過熱。

轉向架
本型車繼續採用了在 KiHa 90型、KiHa 91型開發的 DT36B、TR205B，為假想心皿式空氣彈簧轉向架，採用了延長連桿 + 側翼彈簧的複合軸箱支持方式。

轉向架為單轉向架雙軸驅動，傳動軸從橫樑中央穿過 。而由於逆轉機整合至變速機內，因此動力轉向架的各軸僅安裝最終減速機。

不過這種「延長連桿 + 側翼彈簧複合軸箱支持方式」，在實際營運中發現延長連桿的跨距過大，使得軸箱定位機構的橫向剛性不足 ，在時速 120 公里行駛時容易發生單軸蛇行運動 。後來修改為標準側翼彈簧結構 。
File:JNR_kiha181series_kiha181-40_DT40.jpg|使用碟式剎車的DT40形轉向架(KiHa 181-40）
File:JNR_kiha181series_kisashi180-10_TR217A.jpg|採用碟式煞車的轉向架 TR219A(KiSaShi 180-10）

控制系統
主控制器為橫軸式旋轉MC50 型，設計沿襲自 KiHa 90 系。由於採用與電聯車相同的自動進段功能，控制訊號與其他各型柴聯車並不相容，因而無法與舊型柴聯車總控重聯運轉。在運用上，本型並不考慮與包括 KiHa 80 系在內等舊型柴聯車併聯運轉；另一方面，急行型的KiHa90系則需要考慮與舊型柴聯車聯掛。

不過，本系列的控制訊號和電氣連結器與 KiHa 90 系相容，設計上是可能混合編組使用的。後來在營運初期行駛「信濃」號經常發生故障，幸好有這個功能，可以利用 KiHa 91 型作為補充車輛。不過雖然急行型 KiHa 65 型車同樣使用 DML30 系列引擎，但由於其軔機系統、控制訊號以及跳線連接方式不同，因此無法與其併聯行駛。

編組內跳線連接使用與 KiHa 90 系共通、安裝於密着自動連結器下方的專用電気連結器，車輛的加掛與解編作業更加容易。

常用軔機系統並未採用當時日本國鐵柴聯車普遍使用的 DA 系自動氣軔。為了減輕重量，採用了結構較為簡單、使用三壓力式控制閥的 CLE 系電磁自動氣軔，每節車廂皆配備驅動該系統的 C16B 軔機控制裝置。駕駛座採用 SE16A 軔機閥，其把手的旋轉軸亦為橫軸式。

另外還配有引擎煞車作為常用輔助制動裝置。量產先行車的基礎制動裝置採用踏面煞車，但由於高速行駛時的車輪擦傷，以及使用煞車導致車輪踏面損傷，因此自量產車（Kilo 180-3-、KiHa 181-5- 、KiHa 180-7- 、Kisashi 180-3- ）開始，改採用液壓碟式煞車。

新造車
量産先行車
KiHa 181 型 (1 - 4)
座位52人的先頭車，定員 52 人。因機器室內有發電機組與行駛用引擎的大型散熱器，長度比 KiHa 82 型更長。考慮到座位數量與輕量化，本型車未設置洗手間與洗面台，所以載客時原則上須以 3 輛以上的編組以上的方式營運。無終點顯示器。

KiHa 180 型 (1 - 6)
: 中間車，座位 76 人（比 KiHa 80 型多 4 人）。於出入口車台附近設有和式洗手間與洗面台。終點顯示器以及洗手間、洗面台小窗的位置與量產車不同。

KiRo 180型（1 - 2）
: 中間車，為一等車廂（綠色車廂）。載客量 48 人。取消了 Kilo 80 型的行李室而改為乘務員室。列車長室內配備有廣播接收器。0 番台在上下車門側設有西式廁所，另一端的車廂連接處設有和式廁所，各 1 間。洗手台則分別設於兩間廁所的對側，共計 2 處。車廂兩端有終點顯示器，共計 4 具。終點顯示器以及廁所、洗手台小窗的位置與量產車型不同。。

KisSaShi 180 型（1 - 2）
: 餐車，為全車系中唯一的無動力拖車，餐廳座位數 40 人。內部格局參考了 SaShi 581 型，自前側起依序設有車內販賣準備室、休息室、餐廳及廚房。未設置終點顯示器。包括烹飪用電在內，車上所有電源設計皆由 KiHa 181 型車廂供電。

量産車
轉向架改採用碟式煞車，除了 Kiro 180 型 100 番台之外，其餘車輛的製造番號皆接續在量產先行車之後。

KiHa181形 (5 - 49)
: 先頭車，座位 52 人。發電機引擎更換為配備增壓器的 DMF15HS-G 型。

KiHa180形 (7 - 79)
: 中間車，座位 76 人。變更了廁所與洗面所的大小，小窗及終點顯示器的位置也有改變。

KiRo180形（3 - 13、101 - 104）
: 中間車，為頭等車（綠色車廂），定員 48 人。由於國鐵 1969 年 5 月改變車廂分級方式，車身貼有綠色車廂標誌。變更了廁所與洗面所的大小，小窗及終點顯示器的位置也有改變。
: 100 番台為 1972 年登場的四國特急專用車輛，座位與 0 番台同為 48 人。但因為四國地區的特急列車無餐車，因此將 0 番台的西式廁所與洗面所空間改為車上販賣準備室。

KiSaShi180形 (3 - 13)
: 餐車的公式側設有可開閉窗戶，非公式側則為通道；前側指餐廳側。

: 量產先行車在公式側前側的休息室窗戶，其大小與二等車（普通車廂）相同。但在量產車，縮小了休息室，窗戶改為與非公式側前側的車內販賣準備室窗戶一樣大小。

File:Kisashi180.jpg|KiSaShi 180-10（非公式側）
File:JNR_kisashi180-10_okayama.jpg|KiSaShi 180-10（公式側）
File:Kisashi180_syanai.jpg|KiSaShi 180-10（車内）

備註
参考文献