디젤 기관차

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디젤 기관차는 주동자가 디젤 기관차인 철도 기관차의 일종이다.여러 종류의 디젤 기관차가 개발되었으며, 주로 구동 휠에 기계적 동력이 전달되는 방식이 다릅니다.

초기 내연 기관차와 철도 차량은 등유와 휘발유를 연료로 사용했다.루돌프 디젤은 1898년에 최초의 압축 점화^[1] 엔진을 특허 취득하였고 디젤 엔진의 디자인을 꾸준히 개선하여 물리적 크기를 줄이고 기관차에 장착할 수 있을 정도로 동력 대 중량 비율을 개선하였다.내연 엔진은 제한된 동력 대역 내에서만 효율적으로 작동하며, 저출력 가솔린 엔진은 기계적 변속기와 결합될 수 있지만, 더 강력한 디젤 엔진은 새로운 형태의 ^{[2][3][4][5][6]}변속기를 개발해야 했습니다.이는 클러치가 이러한 동력 수준에서 매우 커야 하고 표준 2.5m(8피트 2인치) 폭의 기관차 프레임에 맞지 않거나 너무 빨리 마모되어 유용하지 못하기 때문입니다.

최초의 성공적인 디젤 엔진은 디젤-전기 변속기를 사용했으며 1925년까지 600hp(450kW)의 디젤 기관차가 미국에서 서비스되었다.1930년 영국의 암스트롱 휘트워스는 설저 설계 엔진을 사용한 1,200마력 (890kW) 기관차 두 대를 아르헨티나의 부에노스아이레스 그레이트 서던 철도에 인도했다.1933년 마이바흐가 개발한 디젤 전기 기술은 고속 시외 2량 세트인 DRG Class SVT 877을 추진하기 위해 사용되었고, 1935년부터 독일에서 다른 유선형 자동차 세트와 함께 시리즈 생산에 들어갔다.미국에서는 디젤 전기 추진이 주로 1920년대 후반으로 거슬러 올라가는 제너럴 모터스의 연구 개발 노력과 버드 회사의 경량 차체 설계의 진보를 통해 1934년 말에 고속 간선 여객 서비스에 도입되었습니다.

제2차 세계 대전으로부터의 경제 회복은 많은 나라에서 디젤 기관차의 보급을 초래했다.증기 기관차보다 뛰어난 유연성과 성능을 제공했을 뿐만 아니라 운영 및 유지관리 ^[7]비용도 상당히 낮았습니다.

역사

레일 사용을 위한 적응

철도 기관차에서 내연기관의 사용에 대한 가장 오래된 기록된 예는 윌리엄 덴트 프리스트먼에 의해 설계된 프로토타입으로, 1888년 켈빈 남작 윌리엄 톰슨에 의해 조사되었는데, 그는 그것을 적응을 보여주기 위해 임시 선로에 설치된 트럭에 장착된 "목사님 오일 엔진"이라고 설명했다.기관차 ^[8][9]목적의 석유 엔진입니다."1894년, Priestman Brothers가 만든 20마력(15kW)의 2축 기계가 Hull ^[10][11]Docks에서 사용되었습니다.1896년, 영국 울리치에 있는 로열 아스널을 위해 허버트 애크로이드 ^[12]스튜어트가 디자인한 엔진을 사용하여 석유로 만든 철도 기관차가 만들어졌다.그것은 디젤이 아니었다. 왜냐하면 그것은 열전구 엔진(반디젤이라고도 함)을 사용했기 때문이다. 하지만 그것은 디젤의 전신이었다.

루돌프 디젤은 1893년 저서 Theorie und Konstruction eines repicellen Wérmemotors zum ers 、 Ersatz der Dampfmaschine und der bekannten Verbrenungsmotoren에서 기관차에 동력을 공급하기 위해 그의 엔진을 사용하는 것을 고려했다.^[13]그러나 초기 디젤 엔진은 질량과 중량 대비 출력 비율이 낮기 때문에 육상 차량을 추진하기에 적합하지 않습니다.따라서, 철도 원동기로서의 엔진 가능성은 초기에는 ^[14]인정되지 않았습니다.개발 과정에서 엔진의 크기와 무게가 줄어들면서 이러한 변화가 있었습니다.

1906년, 루돌프 디젤, 아돌프 클로제, 증기 및 디젤 엔진 제조업체 게브뤼더 술저는 디젤-설저-클로제 GmbH를 설립하여 디젤 동력 기관차를 제조하였다.설저는 1898년부터 디젤 엔진을 생산해 왔다.프러시아 국영철도는 1909년 이 회사에 디젤 기관차를 주문했고, 윈터투어와 스위스 로만스호른 사이를 시험 운행한 후 1912년 9월 베를린에서 디젤 기계식 기관차가 인도되었다.세계 최초의 디젤 기관차는 1912년 여름 윈터투어에서 같은 노선으로 운행되었지만 상업적으로는 ^[15]성공하지 못했다.1913년 시험운행 중 몇 가지 문제가 발견되었다.1914년 제1차 세계대전의 발발은 더 이상의 모든 재판을 막았다.기관차의 중량은 95톤이었고 출력은 883kW였으며 최대 속도는 100km/h(62mph)^[16]였다.

1920년대 중반까지 소수의 디젤 기관차가 여러 국가에서 생산되었다.

미국의 초기 디젤 기관차와 철도 차량

초기 북미 개발

아돌프 부시는 1898년에 디젤 엔진에 대한 미국 제조권을 샀지만, 이 새로운 형태의 힘을 운송에 적용하지는 않았다.그는 1911년에 Busch-Sulzer 회사를 설립했다.20세기 초에는 ^[17]기계 구동 시스템의 어려움으로 인해 내연기관차로 인한 제한된 성공만이 달성되었습니다.

GE(General Electric)는 20세기 초에 철도 차량 시장에 진출했는데, 토마스 에디슨이 전기 기관차에 대한 특허를 가지고 있었기 때문에 그의 디자인은 사실상 전기 추진식 철도 ^[18]차량의 한 종류였다.GE는 1895년에 최초의 전기 기관차 시제품을 제작했다.그러나 높은 전기 비용으로 인해 GE는 전기 철도 차량에 전력을 공급하기 위해 내연 전력에 관심을 돌리게 되었습니다.원동기 및 전기 모터의 조정과 관련된 문제가 즉시 발생했는데,^{[citation needed]} 이는 주로 워드 레오나드 전류 제어 시스템의 한계 때문이었다.GE레일은 1907년에 설립되었고 112년 후인 2019년에 와브텍에 인수되어 합병되었다.

1914년 GE 전기 엔지니어인 헤르만 렘프가 엔진과 트랙션 모터를 하나의 레버로 제어하는 신뢰할 수 있는 제어 시스템을 개발하고 특허를 취득하면서 중요한 돌파구가 마련되었습니다. 이후 개선 사항도 렘프에 ^[19]의해 특허를 받았습니다.Lemp의 설계는 저속에서의 과도한 전력으로 트랙션 모터의 과부하 및 손상 문제를 해결했으며, 모든 내연-전기 구동 제어 시스템의 원형이었습니다.

1917-1918년에 GE는 미국에서 ^[20]최초로 제작된 것으로 알려진 렘프의 제어 설계를 사용하여 세 대의 실험 디젤 전기 기관차를 생산했다.이러한 발전에 따라 1923년 카우프만법은 심각한 오염 문제 때문에 뉴욕시의 증기 기관차를 금지시켰다.이 법에 대한 대응은 교통량이 많은 철도를 전기화하는 것이었다.그러나, 전기화는 교통량이 적은 지역에 적용하기에는 비경제적이었다.

디젤 전기 기관차의 첫 번째 정기적 사용은 전환(분사) 애플리케이션으로, 이는 현대 디젤 기술의 한계와 증기에 대한 디젤 공회전 경제성이 가장 유익한 주요 애플리케이션보다 더 관대했습니다.GE는 1924년 American Loconotive Company (ALCO) 및 Ingersoll-Rand ("AGEIR" 컨소시엄)와 협력하여 1925년 7월에 인도된 300hp (220kW) "박스캡" 기관차의 프로토타입을 생산했습니다.이 기관차는 디젤-전력 장치가 상당한 ^[21]전기 비용을 부담할 필요 없이 전기 기관차의 많은 이점을 제공할 수 있음을 입증하였습니다.이 부대는 10개의 철도 노선과 3개의 산업 ^[22]노선에서 교환 및 현지 화물 및 여객 서비스를 성공적으로 시연했습니다.Westinghouse Electric과 Baldwin은 1929년부터 스위칭 기관차를 만들기 위해 협력했습니다.그러나 대공황은 웨스팅하우스의 전기 설비에 대한 수요를 줄였고, 그들은 내부 기관차 건설을 중단하고 ^[23]대신 전기 부품을 공급하는 것을 선택했다.

1925년 6월, 볼드윈 로코모티브 웍스는 웨스팅하우스 전기 ^[24]회사의 전기 장비를 사용하여 특수 용도(증기 기관차에 물이 부족한 주행용 등)를 위한 디젤 전기 기관차 프로토타입을 능가했다.쌍발 엔진 설계는 성공하지 못했고 짧은 테스트와 시연 기간 후에 ^[25]폐기되었다.업계 소식통들은 "이 새로운 형태의 원동력의 뛰어난 장점"^[26]을 제안하기 시작했습니다.1929년 캐나다국유철도는 웨스팅하우스에서 ^[27]출발한 9000과 9001호기 두 대의 간선 운행에 디젤을 사용한 최초의 북미 철도가 되었다.그러나 이러한 초기 디젤은 비용이 많이 들고 신뢰할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 증기에 비해 높은 취득 비용은 서비스 중단이 빈번했기 때문에 운영 비용 절감에서 실현될 수 없었습니다.디젤 전기 추진이 간선 서비스에 성공적으로 사용되기까지는 5년이 더 걸릴 것이며, 증기를 완전히 교체하기까지는 거의 10년이 걸릴 것이다.

디젤 동력이 메인 라인 서비스에 침투하기 전에 1930년 경 디젤 엔진의 한계인 낮은 출력 대 중량비와 좁은 출력 범위를 극복해야 했습니다.제너럴 모터스는 1930년 선박용 및 정지용 디젤 엔진의 주요 제조업체인 윈튼 엔진 컴퍼니를 인수하면서 디젤 분야에 진출하면서 이러한 한계를 극복하기 위한 큰 노력을 시작했다.GM의 윈튼 엔진 코퍼레이션은 제너럴 모터스 리서치 부문의 지원을 받아 고속 이동에 적합한 디젤 엔진 개발을 추진했습니다.이러한 노력의 첫 번째 이정표는 1934년 초 윈튼 201A의 인도였는데, 윈튼 201A는 빠르고 가벼운 여객 열차에 필요한 성능을 제공할 수 있는 2행정, 기계식 급기, 단일 저발동, 단위 주입 디젤 엔진이었다.두 번째 이정표이자 미국 철도가 디젤로 이동하게 만든 것은 1938년에 기관차용으로 특별히 설계된 GM의 모델 567 엔진을 납품한 것으로, 일부 기계 부품의 수명이 5배 증가했고 화물 ^[28]서비스의 까다로운 조건을 충족시킬 수 있는 잠재력을 보여주었다.

1934년 ^[17][29]후반부터 벌링턴 철도와 유니언 퍼시픽이 주문 제작 디젤 "스트리머"를 사용하여 승객을 수송하면서 디젤 전기 철도 운행이 간선 운행에 들어갔습니다.벌링턴의 제피르 열차 세트는 1934년과 1935년 초에 600마력의 동력차를 가진 관절식 3량 편성에서 1936년 말에 도입된 덴버 제피르 반관절식 10량 편성으로 발전했다.Union Pacific은 1935년 6월 시카고와 포틀랜드 오리건 사이를 오가는 디젤 유선형 여객기 서비스를 시작했으며, 다음 해에는 로스앤젤레스, CA, 오클랜드, CA, 덴버 등을 시카고에서 출발하는 디젤 유선형 여객기의 목적지에 추가하기로 했다.벌링턴과 유니언 퍼시픽 유선선은 각각 버드 컴퍼니와 풀만 스탠다드 컴퍼니에 의해 제작되었으며, GM의 일렉트로모티브 코퍼레이션이 설계한 새로운 윈튼 엔진과 파워트레인 시스템을 사용했다.EMC의 1935년 실험적인 1800hp B-B 기관차는 캡/부스터 세트에 사용된 다중 장치 제어 시스템과 이후의 제피르 동력 장치에 사용된 트윈 엔진 형식을 시연했다.이 두 가지 기능 모두 EMC의 최신 생산 모델 기관차에 사용됩니다.1930년대 중반의 경량 디젤 유선형 여객기는 획기적인 스케줄 타임으로 여객용 디젤의 장점을 보여주었지만, 디젤 기관차는 주력 디젤 기관차의 정기 시리즈 생산이 시작되고 본격적인 여객 및 화물 서비스에 적합한 것으로 나타났다.

최초의 미국형 생산 기관차

1925년 시제품에 이어, AGEIR 컨소시엄은 1925년부터 1928년 사이에 뉴욕시 철도를 위해 300마력(220kW)의 "60톤" AGEIR 박스캡 전환 기관차를 25대 더 생산하여 최초의 직렬 디젤 기관차가 ^[30]되었다.이 컨소시엄은 또한 디젤 충전 회로를 갖춘 트윈 엔진 "100톤" 박스캡 7개와 하이브리드 트롤리/배터리 유닛 1개를 생산했다.ALCO는 1929년에 McIntosh & Seymour Engine Company를 인수하여 1931년에 300hp(220kW)와 600hp(450kW) 싱글캡 스위처 유닛의 시리즈 생산에 들어갔습니다.ALCO는 1930년대 중반까지 스위치 엔진의 탁월한 제작자였으며, 기본적인 스위치 설계를 적용하여 상대적으로 출력이 낮지만 다재다능하고 매우 성공적인 도로 기관차를 생산할 수 있었습니다.

커스텀 유선선의 성공을 본 GM은 전기자동차 회사 산하의 표준화된 기관차를 생산함으로써 디젤 동력 시장을 확대하려고 했다.1936년 EMC의 새 공장은 스위치 엔진 생산을 시작했습니다.1937년, 공장은 신형 E시리즈의 유선형 객차를 생산하기 시작했고, 1938년에는 보다 신뢰성 높은 전용 엔진으로 개량되었다.EMC는 신형 567 모델 엔진의 성능과 신뢰성을 보고 화물 서비스에서 디젤의 생존 가능성을 입증하고자 했습니다.

1939년 EMC의 FT 시연 화물 기관차 세트의 성공적인 투어에 이어, 미국 철도의 디젤화를 위한 무대가 마련되었습니다.1941년, ALCO-GE는 자사의 시장 틈새를 점유한 RS-1 로드 스위처를 도입하였고, EMD의 F계 기관차는 간선 화물 서비스를 위해 모색되었다.미국의 제2차 세계 대전 참전으로 디젤로의 전환이 늦어졌다; 전쟁 생산 위원회는 새로운 승객 장비 건설을 중단하고 디젤 엔진 생산에 해군 사용을 우선시했다.1942-43년 석유 위기 동안 석탄 연소 증기는 심각하게 부족한 연료를 사용하지 않는다는 장점이 있었다.이후 EMD는 FT 기관차의 생산을 늘릴 수 있게 되었고, ALCO-GE는 제한된 수의 DL-109 도로 기관차를 생산할 수 있게 되었지만, 기관차 사업의 대부분은 스위치 엔진과 증기 기관차의 제조로 제한되었다.

전후 초기에 EMD는 E와 F형 기관차로 간선 기관차 시장을 지배했다.1940년대 후반 ALCO-GE는 단거리 시장에서 성공적인 스위처와 로드 스위처를 생산했다.그러나 1949년 EMD는 GP형 로드 스위처 기관차를 출시하여 자체 F형 기관차를 포함한 화물 시장의 다른 기관차를 대체하였다.그 후 GE는 ALCO와의 파트너십을 해체하고 1960년대 초에 EMD의 주요 경쟁자로 부상하여 결국 EMD로부터 기관차 시장의 1위를 차지하게 되었습니다.

미국의 초기 디젤 전기 기관차는 직류(DC) 견인 모터를 사용했지만, 교류(AC) 모터는 1993년 전기 자동차 SD70MAC를 시작으로 1994년 제너럴 일렉트릭의 AC4400CW와 ^[31]1995년 AC6000CW를 시작으로 1990년대에 널리 사용되었다.

유럽의 초기 디젤 기관차와 철도 차량

최초의 기능성 디젤 차량

1914년, 바그곤파브릭 라스타트에 의해 쾨니글리치-색시셰 슈타트세이젠바넨(로얄 색슨 주 철도)을 위한 세계 최초의 기능성 디젤 전동차가 브라운, 보베리 & 시에의 전기 장비와 스위스 술저 AG의 디젤 엔진을 사용하여 생산되었다.DET 1과 DET 2(de.wiki ^[de])로 분류되었습니다.제1차 세계대전 중 휘발유 제품의 부족 때문에, 그것들은 독일에서 정기 서비스를 위해 사용되지 않은 채로 남아 있었다.1922년 스위스 Compagnie du Chemin de Régional du Val-de-Travers (fr.wiki ^[fr])에 매각되어 1944년 노선이 전철화될 때까지 정기적으로 운행되었다.그 후, 회사는 1965년까지 그들을 부스터로 복무시켰다.

피아트는 1922년에 이탈리아 최초의 디젤 전기 기관차를 만들었다고 주장하지만 자세한 내용은 거의 알려지지 않았다.Fiat-TIBB Bo'B의 디젤-로코모티브는 950mm(약 950mm)에서 서비스를 위해 제작되었다.1924-25년 ^[32]시험 후 1926년 이탈리아 남부에서 페로비에 칼라브로 루카네와 소시에타(Societa per Strade Ferrate del Medeterrano).6기통 2행정 모터는 500rpm에서 440마력(330kW)을 발휘하여 각 액슬에 하나씩 4개의 DC 모터를 구동했습니다.최고 시속 45km(28mph)의 44톤(43long tons; 49lort tons) 기관차는 꽤 ^[33]성공적이었다.

1924년에 두 대의 디젤 전기 기관차가 소련 철도에 의해 거의 동시에 운행되었습니다.

• 엔진 222^эл(E2^el 원번호 00 00 001/Yu-e 001)가 10월 22일에 시동을 걸었다.그것은 유리 로모노소프가 이끄는 팀에 의해 설계되었고 독일의 마스치넨파브릭 에슬링겐에 의해 1923-1924년에 지어졌다.구동축이 5개(1'E1')였다.몇 번의 시승 후 1925년부터 ^[34]1954년까지 거의 30년 동안 열차를 끌었다.세계 최초의 기능성 디젤 기관차가 되었지만, 시리즈가 된 것은 아니지만, 소련의 디젤 기관차의 모델이 되었다.
• 11월 9일, 엔진 э1(Shch-el 1, 원번호 22/Yu-e 2)이 시동되었다.그것은 야코프 모데스토비치 가켈(ru.wiki ^[ru])에 의해 개발되었고 상트페테르부르크의 발트 조선소에 의해 건설되었다.그것은 3개의 대차에 10개의 구동 차축을 가지고 있었다.1925년부터 1927년까지 모스크바와 쿠르스크 사이와 코카서스 지역에서 열차를 운행했다.기술적인 문제로 인해, 그 후 서비스가 중단되었습니다.1934년부터, 그것은 고정된 전기 발전기로 사용되었다.

1935년, 크라우스-마페이, MAN, Voith는 독일에서 V 140이라고 불리는 최초의 디젤-유압 기관차를 만들었다.디젤-유압은 독일 철도 (DRG)가 디젤 기관차의 성능에 만족했기 때문에 독일 디젤 기관차의 주류가 되었습니다.독일에서 디젤 기관차의 연속 생산은 제2차 세계대전 이후 시작되었다.

스위처

많은 철도역과 산업 단지에서, 증기 차단기는 산란된 짧은 작업 사이의 많은 휴식 시간 동안 뜨거운 상태를 유지해야 했습니다.따라서, 디젤 트랙션은 열차 운송에 있어 경제적이기 전에 선로를 연결하는 데 있어 경제적이 되었습니다.디젤 셔터의 건설은 1920년 프랑스에서, 1925년 덴마크에서, 1926년 네덜란드에서, 1927년 독일에서 시작되었다.몇 년간의 테스트 후, 10년 이내에 수백 대가 생산되었습니다.

지역 교통을 위한 디젤 철도 차량

일반적으로 디젤 엔진 또는 "오일 엔진" 철도 차량은 1930년대에 다양한 유럽 제조업체에 의해 개발되었습니다. 예를 들어, 윌리엄 비어드모어와 회사가 캐나다 국철을 위해 개발했습니다. (이후 베어드모어 토네이도 엔진은 R101 비행선에 사용되었습니다.)이러한 지역 교통을 위한 시리즈 중 일부는 가솔린 모터에서 시작되었고 이후 디젤 모터로 계속되었다. 예를 들어 헝가리 BC^mot (클래스 코드는 "2등석 및 3등석"을 포함한 128량의 차량 또는 독일의 비스마르 레일버스(57량 1932-1941).프랑스에서 최초의 디젤 철도 차량은 르노 VH로, 1933/34년에 115대가 생산되었습니다.1931년 이후 6대의 가솔린 차량 이후 피아트와 브레다는 1933년부터 1938년까지 110대 이상, 1940년부터 1953년까지 390대 이상의 디젤 레일모터, 772급 리토리나, 900급 ALn을 건설했다.

고속 철도 차량

1930년대에 여러 국가에서 합리화된 고속 디젤 차량이 개발되었습니다.

• 독일에서 플라잉 햄버거는 1932년에 만들어졌다.1932년 12월 시승 후, 이 두 개의 디젤 기관차(영어 용어로 DMU2)는 1933년 2월에 도이치 라이히스반(DRG)에서 서비스를 시작했습니다.1938년까지 33대의 고속 DMU를 탑재하여 DRG용으로 제작되었으며, 13대의 DMU 2("함부르크") 시리즈, 18대의 DMU 3("라이프치히" 및 "쾰른") 시리즈, 2대의 DMU 4("베를린") 시리즈로 구성되어 DRG 클래스 SVT 137의 시제품이 되었다.
• 프랑스 SNCF 클래스 XF 1000 및 XF 1100은 1934~1939년에 제작된 11개의 고속 DMU(일명 TAR)로 구성되었습니다.
• 헝가리에서 간즈웍스는 1934년부터 7개 품목으로 구성된 호화 철도버스인 아르파드 철도모터[hu;de]를 건설하고 1944년부터 하르기타[hu]를 건설하기 시작했다.

추가 개발

1945년, 30대의 볼드윈 디젤 전기 기관차 Baldwin 0-6-0 1000이 미국에서 소련 철도로 인도되었습니다.

1947년, 암스트롱 휘트워스와 같은 영국 제조업체는 1930년부터 디젤 기관차를 수출해 왔지만, 런던 미들랜드 & 스코틀랜드 철도는 영국에서 정기적으로 사용하기 위해 1,600마력(1,200kW)의 Co-Co 디젤 전기 기관차(이후 영국 철도 클래스 D16/1) 중 첫 번째 차량을 도입했습니다.영국 철도(British Railways)에 대한 수송은 1957년에 20등급과 31등급과 같은 다른 설계로 시작되었습니다.

이탈리아에서 디젤 기관차의 시리즈 생산은 1950년대 중반에 시작되었다.일반적으로 이탈리아에서의 디젤 트랙션은 다른 나라보다 덜 중요했는데, 이는 이탈리아가 간선 전철화 선진국에 속하고 이탈리아 지리적으로 해상 운송이 많은 국내 연결망에서도 철도 운송보다 저렴하기 때문이다.

아시아의 초기 디젤 기관차와 철도 차량

일본.

일본에서는 1920년대부터 일부 가솔린 전기차가 생산되었다.최초의 디젤-전기 트랙션과 일본 철도 최초의 에어스트림 차량은 Kiha 43000 등급의 두 대의 DMU3였다.^[35]일본 최초의 디젤 기관차는 1950년부터 개발되어 ^[36]1953년부터 운행되고 있는 쌍발 기관차 DD50(DD50)이다.

중국

중국 최초의 국산 디젤 차량 중 하나는 1958년 CSR Sifang이 생산한 DMU Dongfeng이었다.중국 최초의 디젤 기관차 등급인 DFH 1의 시리즈 생산은 1959년 시제품 제작에 이어 1964년에 시작되었다.

인도

호주의 초기 디젤 기관차와 철도 차량

1912년부터 1917년까지 Commonwealth Railways(CR)에 의해 건설된 트랜스 오스트레일리아 철도는 증기 기관차에 적합하지 않은 2,000km의 물이 없는(또는 소금물이 있는) 사막 지형을 통과합니다.원래 엔지니어였던 헨리 딘은 ^[37]이러한 문제를 극복하기 위해 디젤 운전을 구상했다.일부에서는 CR가 South Australian Railways와 협력하여 디젤 ^[38]트랙션을 시험할 것을 제안했습니다.하지만, 그 기술은 신뢰할 수 있을 만큼 충분히 개발되지 않았다.

유럽에서와 같이, 내연기관의 사용은 기관차보다 자주 추진되는 철도차에서 더 쉽게 발전했다.

• 일부 호주 철도 회사들은 맥킨 철도 차량을 구입했다.
• 1920년대와 1930년대에, 보다 신뢰할 수 있는 가솔린 레일 모터가 호주 산업에 의해 만들어졌습니다.
• 호주의 첫 디젤 철도 차량은 1937년 ^[39]NSWGR 100 클래스 (PH 후 DP) 실버 시티 코메트 차량이었다.
• 당시 3피트 6인치 (1,067 mm)의 고속 차량은 1940년 뉴질랜드의 벌컨 철도 차량 10대였다.

전송 타입

증기 기관과 달리, 내연 기관은 바퀴에 동력을 공급하기 위해 변속기를 필요로 한다.기관차가 정지해도 엔진은 계속 작동하도록 놔둬야 합니다.

디젤-기계

디젤-기계식 기관차는 대부분의 도로 차량에 사용되는 것과 유사한 방식으로 기계적 변속기를 사용합니다.이러한 유형의 변속기는 일반적으로 저출력 저속 선회(스위칭) 기관차, 경량 다중 장치 및 자주식 철도 차량으로 제한됩니다.

철도 추진에 사용되는 기계적 변속기는 일반적으로 표준 도로 버전보다 훨씬 복잡하고 강력합니다.일반적으로 엔진과 변속 장치 사이에는 오일 커플링이 있으며, 변속 장치는 부하가 걸린 상태에서 변속할 수 있도록 에피사이클(행성) 유형인 경우가 많습니다.기어 변속 중 변속기의 단절을 최소화하기 위해 다양한 시스템이 고안되었습니다. 예를 들어 Hudswell Clarke가 사용하는 SS(싱크로 셀프 변속) 변속 장치입니다.

디젤-기계식 추진은 무거운 열차의 이동에 필요한 힘과 토크를 감당할 수 있는 적당한 크기의 변속기를 만드는 것의 어려움으로 인해 제한됩니다.고출력 애플리케이션에서 디젤 기계식 추진력을 사용하려는 시도가 (예를 들어, 1,500 kW (2000h) 영국 철도 10100 기관차) 많이 이루어졌지만, 결국 성공한 사례는 없었습니다.

디젤 전기

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디젤 전기 기관차에서 디젤 엔진은 전기 DC 발전기(일반적으로 트랙션의 경우 3,000마력(2,200kW) 미만) 또는 전기 AC 교류 발전기-정류기(일반적으로 트랙션의 경우 3,000마력(2,200kW) 이상)를 구동하여 기관차를 구동하는 트랙션 모터에 동력을 공급합니다.e. 디젤 엔진과 휠 사이에는 기계적 연결이 없습니다.

디젤-전기 추진의 중요한 구성 요소는 디젤 엔진(원동기라고도 함), 주 제너레이터/교류발전기-정류기, 트랙션 모터(일반적으로 4개 또는 6개의 차축 포함), 엔진 거버너와 스위치 기어, 정류기 및 기타 구성 요소를 포함한 전기 또는 전자 구성 요소로 구성된 제어 시스템입니다.트랙션 모터에 대한 전기 공급을 제어하거나 수정합니다.가장 기본적인 경우, 제너레이터는 매우 간단한 스위치 기어만으로 모터에 직접 연결될 수 있습니다.

원래 트랙션 모터와 발전기는 직류 기계였습니다.1960년대 대용량 실리콘 정류기의 개발에 따라 DC 발전기는 다이오드 브릿지를 사용하여 출력을 DC로 변환하는 교류 발전기로 대체되었습니다.이는 발전기의 정류자와 브러시를 제거함으로써 기관차의 신뢰성을 크게 향상시키고 발전기 유지관리 비용을 감소시켰다.브러시와 정류자를 제거함으로써 플래시 오버(아크 결함이라고도 함)라고 불리는 특히 파괴적인 유형의 이벤트가 발생할 가능성이 제거되었으며, 이로 인해 즉시 발전기 고장이 발생할 수 있으며 경우에 따라서는 엔진룸 화재가 발생할 수 있습니다.

현재 북미의 관행은 고속 승객 또는 "시간" 화물의 경우 4개의 차축 또는 저속 또는 "최소" 화물의 경우 6개의 차축입니다."시간" 화물 서비스의 가장 현대적인 유닛은 프레임 아래에 6개의 차축이 있는 경향이 있습니다."매니페스트" 서비스와는 달리, "시간" 화물 단위에는 트랙션 모터에 연결된 차축 중 4개만 있고, 나머지 2개는 중량 분배를 위해 아이들러 차축으로 사용됩니다.

1980년대 후반, 고출력 가변 전압/가변 주파수(VVF) 드라이브 또는 "트랙션 인버터"의 개발로 다상 AC 트랙션 모터를 사용할 수 있게 되어 모터 정류자와 브러시도 없어졌습니다.그 결과, 유지보수가 상대적으로 거의 필요하지 않은 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 드라이브가 되었고, 종종 오래된 유형의 모터를 파괴하는 과부하 상태에 더 잘 대처할 수 있게 되었습니다.

디젤-전기 제어

디젤 전기 기관차의 출력은 장치의 발전기 전류와 전압 한계를 초과하지 않는 한 주행 속도와 독립적입니다.따라서, 견인력을 개발하는 유닛의 능력은 (열차를 실제로 추진하는 견인봉 당김 또는 견인력이라고도 함) 이러한 한계 내에서 속도에 따라 반비례하는 경향이 있습니다.(아래 검정력 곡선을 참조).허용 가능한 운영 매개변수를 유지하는 것은 초기 디젤 전기 기관차 개발에서 해결해야 했던 주요 설계 고려사항 중 하나였으며, 궁극적으로 현대 장치에 복잡한 제어 시스템을 도입하게 되었습니다.

스로틀 작동

원동기의 출력은 주로 회전 속도(RPM)와 연료율에 의해 결정되며, 이는 가바나 또는 유사한 메커니즘에 의해 제어됩니다.거버너는 엔진 운전자에 의해 결정되는 스로틀 설정과 원동기 작동 속도 모두에 반응하도록 설계되었습니다(제어 이론 참조).

기관차 출력, 즉 속도는 일반적으로 엔진 운전자에 의해 제어되며 스로틀 위치에 해당하는 이진법 같은 전기 신호를 생성하는 계단식 또는 "노치식" 스로틀을 사용합니다.이 기본 설계는 의 모든 장치가 스로틀 위치에 동일한 방식으로 응답하도록 하는 이산 조건을 생성함으로써 다중 장치(MU) 작동에 적합합니다.또, 바이너리 부호화를 사용하면, 유닛간의 신호 전달에 필요한 열차선(전기 접속)의 수를 최소한으로 억제할 수 있습니다.예를 들어, 최대 14단계의 스로틀이 있는 경우 가능한 모든 스로틀 위치를 인코딩하기 위해 필요한 트레인은 4개뿐입니다.

EMD 또는 General Electric에 의해 제작된 것과 같은 북미 기관차는 8개의 스로틀 위치 또는 "노치"와 함께 양방향으로 작동할 수 있는 "리버스"가 있습니다.영국에서 제작된 많은 기관차들은 10자세 스로틀을 가지고 있다.동력 위치는 "주행 3" 또는 "노치 3"과 같이 스로틀 설정에 따라 기관차 승무원에 의해 종종 언급됩니다.

구형 기관차에서는 스로틀 메커니즘이 래칫되어 한 번에 두 개 이상의 동력 위치를 전진할 수 없었습니다.예를 들어 엔진 운전자는 노치 3에서 멈추지 않고는 스로틀을 노치 2에서 노치 4로 당길 수 없었습니다.이 기능은 급격한 스로틀 동작으로 인한 갑작스러운 동력 증가("스로틀 박리", 많은 철도에서 운행 규칙 위반)로 인한 열차의 난폭한 취급을 방지하기 위한 것입니다.최신 기관차는 기관사가 어떻게 제어하는지와 상관없이 동력을 부드럽게 조절하고 열차 적재량의 급격한 변화를 피할 수 있기 때문에 더 이상 이러한 제한을 받지 않습니다.

스로틀이 공회전 위치에 있으면 원동기에는 최소한의 연료가 공급되어 낮은 RPM에서 공회전하게 됩니다.또한 트랙션 모터는 메인 제너레이터에 연결되지 않으며 제너레이터의 전계 권선이 들뜨지(통전) 않습니다. 즉, 제너레이터가 들뜨지 않고 전기를 생산하지 않습니다.따라서 기관차는 "중립" 위치에 있게 됩니다.이는 개념적으로 엔진이 작동 중일 때 자동차의 변속기를 중립으로 두는 것과 같습니다.

기관차를 작동 상태로 설정하기 위해, 리버서 제어 핸들을 올바른 위치(앞 또는 뒤)에 놓고 브레이크를 해제하고 스로틀을 런 1 위치(첫 번째 동력 노치)로 이동합니다.숙련된 엔진 운전자는 이러한 단계를 거의 감지할 수 없는 출발을 초래하는 조정된 방식으로 수행할 수 있습니다.후진기의 위치와 스로틀의 움직임을 함께 하는 것은 개념적으로 엔진이 공회전하는 동안 자동차의 자동 변속기를 기어로 전환하는 것과 같습니다.

스로틀을 첫 번째 전원 위치로 설정하면 트랙션 모터가 메인 제너레이터에 연결되고 메인 제너레이터의 필드 코일이 들뜨게 됩니다.여진이 가해지면 메인 제너레이터가 트랙션 모터에 전기를 공급하여 움직임을 일으킵니다.만약 기관차가 "빛"으로 달리고 있고 (즉, 열차의 다른 부분과 연결되지 않은) 오르막 경사로에 있지 않다면, 기관차는 쉽게 가속할 것입니다.한편, 긴 열차가 출발하고 있는 경우, 열차에 의해 가해지는 항력이 발전하고 있는 견인력을 초과하기 때문에, 느슨한 부분을 채우는 즉시 기관차가 정지할 수 있습니다.숙련된 엔진 운전자는 초기 스톨을 인지할 수 있으며 가속 속도를 유지하기 위해 필요에 따라 스로틀을 점진적으로 전진시킵니다.

스로틀이 더 높은 출력 노치로 이동하면 원동기 측 연료 비율이 증가하여 RPM 및 마력 출력이 그에 따라 증가합니다.이와 함께 주발전기 전계여자도 비례적으로 증가시켜 고출력을 흡수한다.이는 트랙션 모터에 대한 전기 출력이 증가하고 그에 따라 견인력이 증가합니다.결국, 열차의 일정 요건에 따라 기관사는 스로틀을 최대 출력 위치로 이동시키고 열차가 원하는 속도로 가속할 때까지 스로틀을 유지합니다.

이 추진 시스템은 시동 시 최대 트랙션 모터 토크를 생성하도록 설계되었으며, 이는 현대식 기관차가 15,000톤이 넘는 열차의 시동을 걸 수 있는 이유를 설명해 준다.현재 기술을 통해 기관차는 견인력에서 기관사 중량의 30%를 개발할 수 있으며, 이는 대형 6축 화물(화물) 장치의 견인력 120,000파운드(530kN)에 달합니다.실제로, 이러한 유닛으로 구성되면 시동 시 차량 손상 또는 탈선(커브에 있는 경우) 또는 연결기(북미 철도 속어로 "폐를 찌르는" 연결기)에 충분한 견인력을 발생시킬 수 있습니다.따라서 엔진 운전자는 시동 시 가해지는 동력의 양을 주의 깊게 모니터링하여 손상을 방지해야 합니다.특히, "폐를 찌르는 일"은 오늘날 열차 노선의 공기압이 떨어지면 자동으로 왜건 브레이크를 작동시켜 폭주하는 열차를 예방하는 안전성을 제외하면, 만약 오르막길에서 일어난다면 재앙일 수 있다.

추진 시스템 작동

기관차의 제어 시스템은 주 발전기의 전력 출력이 주어진 엔진 속도에 일치하도록 설계되었습니다.견인 모터의 고유한 특성뿐만 아니라 모터가 주 발전기에 연결되는 방식을 고려할 때, 발전기는 낮은 기관 속도에서 고전류 및 저전압을 생성하고, 기관차가 가속함에 따라 점차 저전류 및 고전압으로 변화합니다.따라서, 기관차에 의해 생성된 순 동력은 주어진 스로틀 설정에서 일정하게 유지됩니다 (노치 8에 대한 동력 곡선 그래프 참조).

이전 설계에서는 원동기 가바나 및 보조 장치인 부하 조절기가 제어 시스템의 중심 역할을 합니다.가바나에는 엔진 운전자의 스로틀 설정에 따라 결정되는 요청된 엔진 속도와 실제 엔진 속도(피드백)의 두 가지 외부 입력이 있습니다.가바나에는 엔진 연료율을 결정하는 연료 인젝터 설정과 주 제너레이터 들뜸에 영향을 미치는 전류 레귤레이터 위치라는 두 가지 외부 컨트롤 출력이 있습니다.또한 거버너는 별도의 과속 보호 메커니즘을 내장하여, 원동기(prime mover)가 정의된 RPM을 초과할 경우 즉시 인젝터에 대한 연료 공급을 차단하고 캡에 경보를 울립니다.이러한 입력 및 출력이 모두 반드시 전기적인 것은 아닙니다.

엔진의 부하가 변화하면 회전 속도도 변화합니다.이는 엔진 속도 피드백 신호의 변화를 통해 가바나에서 감지됩니다.순효과는 실제 주행 속도에 관계없이 엔진 RPM 및 토크(따라서 출력)가 주어진 스로틀 설정에서 일정하게 유지되도록 연료율과 부하 레귤레이터 위치를 모두 조정하는 것입니다.

"트랙션 컴퓨터"에 의해 제어되는 새로운 설계에서는 각 엔진 속도 스텝에 소프트웨어에서 적절한 출력 또는 "kW 기준"이 할당됩니다.컴퓨터는 이 값을 트랙션 모터 전류 및 주 제너레이터 전압 피드백 값에서 계산된 실제 주 제너레이터 출력 또는 "kW 피드백"과 비교합니다.컴퓨터는 위에서 설명한 바와 같이 메인 제너레이터의 들뜸을 제어하여 피드백 값을 기준 값과 일치하도록 조정합니다.거버너는 여전히 엔진 속도를 제어할 수 있지만 로드 레귤레이터는 더 이상 이러한 유형의 제어 시스템에서 중심적인 역할을 하지 않습니다.그러나 부하 조절기는 엔진 과부하 시 "백업"으로 유지됩니다.전자식 연료 분사(EFI)가 장착된 최신 기관차에는 기계적 거버너가 없을 수 있지만, "가상" 부하 조절기 및 거버너는 컴퓨터 모듈과 함께 유지됩니다.

트랙션 모터 성능은 DC 모터의 경우 주 제너레이터의 DC 전압 출력을 변경하거나 AC 모터의 경우 VVF의 주파수 및 전압 출력을 변경하여 제어됩니다.DC 모터에서는 드라이브를 다양한 작동 조건에 적응시키기 위해 다양한 연결 조합을 사용합니다.

정지 상태에서 주 제너레이터 출력은 처음에는 저전압/고전류이며, 최대 출력에서 모터당 1000암페어를 초과하는 경우가 많습니다.기관차가 정지 상태이거나 거의 정지 상태일 때, 전류 흐름은 모터 권선과 상호 연결 회로의 DC 저항뿐만 아니라 주 발전기 자체의 용량에 의해서도 제한됩니다.직렬-감기 모터의 토크는 전류의 제곱에 거의 비례합니다.따라서, 견인 모터는 가장 높은 토크를 발생시켜 기관차가 최대 견인력을 갖게 하여 열차의 관성을 극복할 수 있게 합니다.이 효과는 시동 시 자동차 자동 변속기가 1단 기어로 작동하여 최대 토크 증대를 생성하는 것과 유사합니다.

기관차가 가속함에 따라, 이제 회전하는 모터 전기자는 역기전력(모터가 발전기 역할도 수행 중임을 의미함)을 생성하기 시작합니다. 이 역기전력은 주 발전기의 출력에 반대하여 트랙션 모터 전류를 감소시킵니다.이에 따라 모터 출력을 유지하기 위해 주 제너레이터 전압이 증가하지만, 결국 고원에 도달합니다.이 시점에서 기관차는 다운그레이드를 하지 않는 한 기본적으로 가속을 멈춥니다.일반적으로 이 고원은 원하는 최대 속도보다 훨씬 낮은 속도로 도달하므로, 계속 가속할 수 있도록 드라이브 특성을 변경할 수 있는 조치를 취해야 합니다.이러한 변화를 "트랜지션"이라고 합니다.이 과정은 자동차의 기어 변속과 유사합니다.

이행 방법에는 다음이 포함됩니다.

• 직렬/병렬 또는 "운동 전환"입니다.
  • 처음에는 모터 쌍이 주 발전기에 걸쳐 직렬로 연결됩니다.고속에서는 모터가 주 제너레이터를 가로질러 병렬로 다시 연결됩니다.
• "필드 전환", "필드 전환" 또는 "약수비"
  • 저항은 모터장과 병렬로 연결됩니다.이는 전기자 전류를 증가시켜 모터 토크 및 속도를 증가시키는 효과가 있습니다.

두 가지 방법을 조합하여 작동 속도 범위를 높일 수도 있습니다.

• 제너레이터/정류기 전환
  • 두 정류기의 두 개의 개별 내부 주 제너레이터 스테이터 권선을 병렬에서 직렬로 다시 연결하여 출력 전압을 증가시킵니다.

구형 기관차에서는 기관사가 별도의 제어를 사용하여 수동으로 전환을 수행해야 했습니다.적시에 전환을 수행하기 위한 보조 수단으로 부하 미터(엔진 운전자가 트랙션 모터에 의해 얼마나 많은 전류가 유입되는지 나타내는 표시기)가 보정되어 어느 지점에서 전진 또는 후진 전환이 이루어져야 하는지를 나타냅니다.이후 자동 전환이 개발되어 작동 효율이 향상되고 주 발전기와 트랙션 모터가 부적절한 전환으로부터 과부하로부터 보호되었습니다.

현대의 기관차에는 1,200V를 공급할 수 있는 트랙션 인버터(AC-DC)가 통합되어 있습니다(이전 트랙션 제너레이터인 DC-DC는 600V만 공급할 수 있었습니다).이러한 개선은 주로 실리콘 다이오드 기술의 개선을 통해 이루어졌다.트랙션 모터에 1,200V를 공급할 수 있어 "전환"의 필요성이 없어졌습니다.

다이내믹 브레이크

디젤 전기 기관차의 일반적인 옵션은 동적(정적) 제동입니다.

동적 제동은 기관차가 움직일 때 트랙션 모터 전기자가 항상 회전하고 계자 권선을 따로 들뜨게 함으로써 모터를 발전기 역할을 할 수 있다는 점을 이용한다.다이내믹 브레이크를 사용하는 경우 트랙션 컨트롤 회로는 다음과 같이 구성됩니다.

• 각 트랙션 모터의 필드 권선은 메인 제너레이터를 통해 연결됩니다.
• 각 트랙션 모터의 전기자는 기관차 후드의 지붕에 있는 강제 공랭 저항 그리드(다이내믹 브레이크 그리드)를 통해 연결됩니다.
• 원동기 RPM이 증가하고 주 제너레이터 필드가 들뜨게 되어 트랙션 모터장이 이에 상응하는 들뜸 현상이 발생합니다.

위의 종합적 효과는 각 트랙션 모터가 동력을 발생시켜 동적 제동 그리드에서 열로 방산되도록 하는 것입니다.그리드를 통해 연결된 팬은 강제 공기 냉각을 제공합니다.따라서 팬은 트랙션 모터의 출력으로 구동되며 그리드에 더 많은 에너지가 공급될수록 더 빨리 작동하고 더 많은 공기 흐름을 생성하는 경향이 있습니다.

궁극적으로, 동적 제동 그리드에서 발산되는 에너지의 원천은 견인 모터 전기자에 주어진 기관차의 움직임이다.따라서 견인 모터는 드래그를 가하고 기관차는 브레이크 역할을 합니다.속도가 감소하면 트랙션 모터와 액슬 사이의 기어비에 따라 제동 효과가 감소하여 일반적으로 약 16km/h(10mph) 이하에서는 효과가 떨어집니다.

다이내믹 브레이크는 하강 중 마찰 브레이크 과열로 인한 폭주 위험이 항상 있는 산악 지역에서 작동할 때 특히 유용합니다.이러한 경우, 동적 브레이크는 일반적으로 공기 브레이크와 함께 작동하며, 결합된 효과를 혼합 제동이라고 합니다.혼합 제동을 사용하면 경사가 상승할 때 긴 열차의 느슨함을 유지하는 데 도움을 줄 수 있으며, 탈선을 유발할 수 있는 열차 느슨함의 갑작스런 묶음인 "런인(run-in)"을 방지하는 데 도움이 됩니다.혼합 제동은 또한 일반적으로 통근 열차와 함께 사용되며, 기계식 브레이크의 마모를 줄이기 위해 사용됩니다. 이는 그러한 열차가 주행 중에 일반적으로 발생하는 수많은 정지로 인한 자연스러운 결과입니다.

전기 디젤

이러한 특수 기관차는 전기 기관차 또는 디젤 기관차로 운행될 수 있다.롱 아일랜드 철도 도로, 메트로 노스 철도 및 뉴저지 트랜싯 레일 운영은 맨해튼 터널에서 디젤 동력식 기관차를 금지하는 현지 법률로 인해 비전기 영역과 뉴욕 시 사이에 듀얼 모드 디젤/제3궤도(NJTransit의 경우 32년) 기관차를 운영하고 있습니다.같은 이유로 암트랙은 뉴욕 지역에서 듀얼 모드 기관차를 운영하고 있습니다.British Rail은 디젤 동력으로 주행할 때 저출력으로 주로 전기 기관차로 주행하도록 설계된 이중 디젤-전기/전기 기관차를 운영했습니다.세 번째 레일 전력 시스템이 야드 지역에서 매우 위험하기 때문에, 이것은 철도 야드가 전기화되지 않은 상태로 유지될 수 있게 했습니다.

디젤-유압

디젤-유압 기관차는 고정 기어와 함께 하나 이상의 토크 컨버터를 사용합니다.구동축과 기어가 최종 구동력을 형성하여 토크 컨버터에서 휠로 동력을 전달하고 역회전 효과를 발휘합니다.유압 시스템과 기계 시스템의 차이는 속도와 토크가 조정되는 부분입니다.기어박스 등 복수의 기어비가 있는 기계변속장치에서 유압구간이 있는 경우에는 전동차가 너무 느리거나 정지했을 때만 엔진이 작동하도록 하기 위한 것이다.유압 시스템에서 유압 시스템은 엔진 속도와 토크를 열차 상황에 맞게 조정하기 위한 주요 시스템이며, 후진 기어와 같이 제한된 용도로만 기어를 선택할 수 있습니다.

유체 정압 변속기

유압식 유압 구동 시스템을 사용하는 유압 구동 시스템이 레일 사용에 적용되었습니다.현대의 예로는 코커릴(벨기에)^[40]의 350~750hp(260~560kW), 아틀라스 콥코 자회사 GIA의 ^[41]4~12톤 35~58kW(47~78h) 협궤 산업용 기관차가 있었다.유압 드라이브는 철도 유지보수 기계 (탬퍼, 레일 그라인더)^[42]에도 사용됩니다.

유체 정압 변속기의 적용은 일반적으로 소형 션팅 기관차와 레일 유지보수 장비로 제한되며, 트랙션 모터 ^{[citation needed]}팬용 구동장치와 같은 디젤 엔진의 비트래킹 용도로 사용됩니다.

하이드로키네틱 트랜스미션

하이드로키네틱 변속기(일명 하이드로키네틱 변속기)는 토크 컨버터를 사용합니다.토크 컨버터는 3개의 주요 부품으로 구성되어 있으며, 그 중 2개는 회전하고 1개는 잠금 장치가 있어 역회전을 방지하고 낮은 출력 RPM에서 오일 흐름을 리디렉션하여 출력 토크를 추가합니다.세 가지 주요 부품은 모두 오일이 채워진 하우징에 밀봉되어 있습니다.기관차의 전체 속도 범위에 걸쳐 엔진 속도를 부하 속도와 일치시키려면 충분한 범위를 제공하기 위한 몇 가지 추가 방법이 필요합니다.한 가지 방법은 자동차의 자동 변속기와 유사하게 비율을 자동으로 전환하는 기계식 변속 장치가 장착된 토크 컨버터를 따르는 것입니다.또 다른 방법은 여러 개의 토크 컨버터 각각에 필요한 총량의 일부를 커버하는 가변 범위를 제공하는 것입니다. 모든 토크 컨버터는 항상 기계적으로 연결되어 있으며, 필요한 속도 범위에 적합한 것이 오일로 채워지고 나머지 토크를 배출하여 선택됩니다.주입 및 배출은 변속기에 부하가 가해진 상태에서 수행되며, 변속기 출력의 중단 없이 매우 부드러운 레인지 전환이 이루어집니다.

기관차

디젤 유압식 기관차는 디젤 전기차에 비해 효율이 떨어진다.1세대 BR 디젤 유압 장치는 디젤 전기 장치(c. 80%)^{[citation needed]}보다 효율성이 현저히 떨어졌으며(c. 65%), 또한 많은 국가에서 초기 버전이 기계적으로 더 복잡하고 ^{[citation needed]}고장 가능성이 더 높은 것으로 나타났다.기관차용 유압 변속기는 독일에서 ^{[citation needed]}개발되었습니다.유압 시스템과 전기 전송 시스템의 상대적 장점에 대해서는 여전히 논란이 있습니다. 유압 시스템의 장점은 경량화, 높은 신뢰성 및 자본 ^{[citation needed]}비용 절감입니다.

21세기까지 전세계 디젤 기관차 견인에는 대부분의 국가가 디젤 전기 설계를 사용했으며, 독일과 일본 및 일부 인접 주에서는 디젤 유압 설계가 사용되지 않았으며, 이 설계는 화물 작업을 위한 설계에 사용됩니다.

독일과 핀란드에서는 디젤-유압 시스템이 ^{[citation needed]}높은 운영 신뢰성을 달성했습니다.영국에서 디젤-유압 원리는 마이바흐 메키드로 유압 ^{[citation needed]}변속기의 낮은 내구성 및 신뢰성으로 인해 좋지 않은 평가를 받았습니다.유압 시스템의 상대적 신뢰성에 대한 논쟁은 계속되고 있으며, 데이터가 독일 이외의 ^{[citation needed]}공급업체보다 현지 공급업체에 유리하도록 조작되었는지에 대한 의문도 있다.

복수 유닛

디젤-유압 구동은 여러 장치에서 공통적으로 사용되며, 기계 기어와 함께 Voith 토크 컨버터, 유체 커플링 등 다양한 변속기 설계가 사용됩니다.

British Rail의 2세대 승객 DMU 재고의 대부분은 유압 변속기를 사용했습니다.21세기에는 봄바디어의 터보스타, Talent, RegioSwinger 패밀리, 디젤 엔진 Siemens Desiro 플랫폼 및 Stadler Regio-Shuttle이 유압 변속기를 사용하는 설계로 사용되었습니다.

예

디젤-유압 기관차는 디젤-전기 변속기에 비해 시장 점유율이 낮습니다. 간선 유압 변속기의 주요 전세계 사용자는 1950년대 DB 클래스 V 200과 1960년대 및 1970년대 DB 클래스 V 160 제품군을 포함한 독일 연방 공화국이었습니다.영국 철도(British Rail)는 1955년 현대화 계획 동안 다수의 디젤 유압 설계를 도입하였습니다. 초기 라이센스 제작 버전의 독일 설계입니다. (분류:영국의 디젤-유압 기관차).스페인에서 Renfe는 1960년대부터 1990년대까지 고속 열차를 견인하기 위해 고출력 대 중량비 독일 설계를 사용했습니다. (Renfe Class 340, 350, 352, 353, 354 참조)

전후 다른 주요 기관차로는 1950년대 GMD GMDH-1 실험 기관차, 헨셜 & 손(Henschel & Son)이 남아프리카 공화국 클래스 61-000을 제작했으며, 1960년대에 남태평양은 크라우스-마페이 KM ML-4000 디젤 유압 기관차 18대를 구입했다.덴버 & 리오 그란데 웨스턴 철도도 3대를 구입했는데, 모두 나중에 ^[43]SP에 매각되었다.

핀란드에서는 1960년대 초부터 200대 이상의 핀란드 제조 VR 클래스 Dv12와 Dr14 디젤 유압 Voith 변속기가 지속적으로 사용되었습니다.Dr14 클래스의 모든 유닛과 Dv12 클래스의 대부분의 유닛은 아직 가동 중입니다.VR은 2700 시리즈 Dv12 ^[44]중 일부 약한 조건의 유닛을 포기했습니다.

21세기 시리즈 생산 표준 게이지 디젤-유압 설계에는 독일 도이치 반사가 주문한 Voith Gravita와 Vossloh G2000 BB, G1206 및 G1700 설계가 모두 화물용으로 독일에서 제조되었습니다.

디젤 증기

증기 디젤 하이브리드 기관차는 보일러 또는 디젤에서 생성된 증기를 사용하여 피스톤 엔진에 동력을 공급할 수 있습니다.Cristiani Compressed Steam System은 디젤 엔진을 사용하여 압축기를 구동하고 보일러에서 생성된 증기를 재순환했습니다. 증기를 동력 전달 매체로 효과적으로 사용했으며 디젤 엔진은 원동력이었습니다^[45].

디젤-공기압

디젤 공기압 기관차는 기존의 증기 기관차를 디젤 기관차로 전환할 수 있는 가능성을 제공했기 때문에 1930년대에 관심이 있었다.증기 기관차의 프레임과 실린더는 유지되고 보일러는 공기 압축기를 구동하는 디젤 엔진으로 대체될 것입니다.문제는 공기 압축기에서 열로 낭비되는 에너지가 많기 때문에 열 효율이 낮다는 것입니다.디젤 배기가스를 사용하여 압축 공기를 다시 가열하여 이를 보완하려고 시도했지만 제한적으로 성공했습니다.1929년 독일의 제안으로 시제품이^[46] 만들어졌지만 1932년 영국의 제안과 유사한 LNER 클래스 R1 기관차를 사용하자는 제안은 설계 단계를 거치지 않았다.

복수 유닛 조작

대부분의 디젤 기관차는 무거운 열차를 운반할 때 마력과 견인력을 증가시키기 위한 수단으로 다중 단위 운전 (MU)이 가능합니다.수출 모델을 포함한 북미의 모든 기관차는 27핀 MU 케이블로 연결된 표준화된 AAR 전기 제어 시스템을 사용합니다.영국에서 제작된 기관차의 경우, 호환되지 않는 제어 시스템이 많이 사용되지만, 가장 일반적인 시스템은 전기 공압식으로 대부분의 초기 디젤 클래스에 장착된 블루 스타 시스템입니다.소수의 유형(일반적으로 승객 전용 작업용 고출력 기관차)에는 다중 제어 시스템이 없습니다.모든 경우에 있어서, 구성 내의 모든 장치에 공통으로 사용되는 전기 제어 연결을 열차선이라고 합니다.그 결과 의 모든 기관차가 엔진 운전자의 제어 움직임에 반응하여 하나로 동작합니다.

디젤-전기 기관차를 MU 방식으로 연결하는 기능은 1939년 미국을 순회한 EMD FT 4호기 시연회에서 처음 도입되었다.당시 미국의 철도 업무 규정에 따르면 열차의 각 기관차는 정원이 탑승해야 했다.EMD는 시연자의 개별 장치를 기존의 너클 커플러 대신 차량 연결봉과 결합하고 이 조합을 단일 기관차로 선언함으로써 그러한 요구사항을 회피했다.한 명의 엔진 운전자가 헤드엔드 유닛에서 전체 구성 요소를 작동할 수 있도록 전기적 상호 연결이 이루어졌습니다.나중에 작업 규칙을 개정하고 연결봉과 유닛의 반영구적인 결합을 제거하여 연결봉의 총 길이(약 200피트 또는 약 61m) 때문에 다소 번거로운 것으로 판명되었다.

산악 지역에서는 경사를 오르기 위해 필요한 추가 동력을 제공하고 헤드엔드 동력과 결합된 차량의 드래프트 기어에 가해지는 응력의 양을 제한하기 위해 열차 중간에 보조 기관차를 배치하는 것이 일반적입니다.이러한 분산 전원 구성의 도우미 장치는 코드화된 무선 신호를 통해 리드 유닛의 캡에서 제어됩니다.이것은 기술적으로 MU 구성은 아니지만 물리적으로 상호 연결된 장치와 동작은 동일합니다.

택시 준비

택시 배치는 건설업자와 운영자에 따라 다릅니다.미국의 관행은 전통적으로 기관차가 전방으로 운행되지 않을 경우 시야가 제한된 기관차의 한쪽 끝에 있는 택시를 위한 것이었다.미국 기관차는 보통 쌍 또는 세 대씩 운행되며, 각 세트의 양 끝에 캡이 있도록 배치되기 때문에 이것은 일반적으로 문제가 되지 않습니다.유럽의 관행은 보통 기관차 한 대로 운행할 수 있을 정도로 열차가 가볍기 때문에 기관차의 양 끝에 택시를 타는 것이다.미국의 초기 관행은 캡이 없는 동력 장치(부스터 또는 B 장치)를 추가하는 것이었고, 종종 A-B, A-A, A-B-A, A-B-B 또는 A-B-A가 배치되었으며, 여기서 A는 캡이 있는 장치였다.중앙 캡은 때때로 스위치 기관차에 사용되었습니다.

암소 송아지

북미 철도에서 소-종아리 세트는 한 쌍의 스위처형 기관차입니다. 하나는 운전석이 장착된 소이고, 다른 하나는 택시 없이 소에서 케이블을 통해 제어됩니다.카우-카프 세트는 헤비 스위칭 및 험프 야드 서비스에 사용됩니다.일부는 운전 기사 없이 무선 조종이 됩니다.이 배열은 마스터 슬레이브라고도 합니다.두 개의 연결된 장치가 있는 경우, EMD는 이러한 TR-2(약 2,000hp 또는 1,500kW)라고 불렀고, 세 개의 장치, 즉 TR-3(약 3,000hp 또는 2,200kW)라고 불렀다.

소칼프는 수년 전 이 엔진 조합이 경제적 수명을 초과함에 따라 대부분 사라졌다.

현재 북미의 관행은 2개의 3,000hp(2,200kW) GP40-2 또는 SD40-2 도로 전환기를 페어링하는 것이다.이러한 교환기는 종종 거의 마모되어 재건 또는 폐기에 바로 사용할 수 있으며, TR-2, TR-3 및 TR-4 엔진이 원래 "전송"용으로 사용되었습니다.

때때로 두 번째 유닛은 원동기 및 트랙션 교류발전기를 분리하여 콘크리트 또는 강철 밸러스트 및 마스터 유닛에서 얻은 트랙션 동력으로 교체할 수 있다.16기통 원동기는 일반적으로 36,000파운드(16,000kg) 범위이고 3,000hp(2,200kW) 견인 교류기는 일반적으로 18,000파운드(8,200kg) 범위이므로 밸러스트에 54,000파운드(24,000kg)가 필요합니다.

완전한 기능을 갖춘 "대시 2" 유닛 쌍은 정격 6,000hp(4,500kW)가 됩니다.프라이머리-무버/교류발전기를 1개만 탑재한 '대시 2' 쌍은 마스터가 모든 전원을 공급하고 3,000hp(2,200kW)의 정격 전력을 공급하지만, 전송 서비스 시 엔진으로서 슬레이브가 제공하는 견인 노력의 조합으로 얻을 수 있는 이점은 거의 3,000hp(4,500kW)보다 훨씬 적은 3,000hp(4,500kW)를 지속적으로 공급할 수 없습니다.

부속품 및 기구

방염

표준 디젤 기관차는 화재 위험이 매우 낮지만 "내화성"은 위험을 더욱 줄일 수 있습니다.여기에는 물을 채운 상자를 배기 파이프에 장착하여 방출될 수 있는 붉게 달궈진 탄소 입자를 담금질하는 작업이 포함됩니다.다른 예방조치로는 완전 절연 전기 시스템(프레임과 접지된 쪽도 아님)과 도관에 밀폐된 모든 전기 배선이 포함될 수 있습니다.

정유공장이나 탄약고 등 화재 위험이 높은 지역에서 불연성 디젤 기관차를 대체했다.내화성 디젤 기관차의 보존 예는 다음과 같습니다.

• 사우스올 철도 센터의 Thatcham의 Francis Baily(전 RAF 웰포드)
• 사우스 타이네데일^[47] 철도 나워스(전국석탄위원회)

최근 개발된 "방화 디젤 차량 적용 신배기 건식 처리 시스템"은 급수가 ^[48]필요하지 않습니다.

조명

디젤 기관차에 장착되는 라이트는 나라마다 다릅니다.북미 기관차에는 헤드라이트 두 개(오동작 시 안전을 위해)와 배수로등이 한 쌍 설치되어 있습니다.후자는 앞쪽에 낮게 장착되어 있으며 기관차가 경사면 교차로에 접근할 때 쉽게 보이도록 설계되어 있습니다.오래된 기관차에는 도랑등 대신 자이로라이트 또는 마스등이 장착될 수 있습니다.

환경에 미치는 영향

디젤 기관차는 일반적으로 증기 기관차보다 환경에 대한 주요 오염물질인 이산화황과 온실가스를 덜 배출하지만, 그런 ^[49]점에서 완전히 깨끗한 것은 아니다.게다가 다른 디젤 자동차와 마찬가지로 질소산화물과 미립자를 배출하기 때문에 공중위생에 위험합니다.사실, 이 마지막 측면에서 디젤 기관차는 증기 기관차보다 성능이 떨어질 수 있습니다.

수년 동안, 공기 오염을 측정하는 미국 정부 과학자들은 디젤 기관차가 디젤 트럭이나 다른 차량의 엔진보다 상대적으로 깨끗하고 건강을 위협하는 배기 가스 배출량이 훨씬 적다고 생각했다; 그러나 과학자들은 디젤 기관차가 연료 소비량에 대한 잘못된 추정치를 사용했기 때문에 그것을 발견했다.l 기관차는 연간 발생하는 오염의 양을 크게 과소평가했다.계산을 수정한 후, 그들은 스모그와 산성비의 주요 성분인 산화질소와 그을음의 연간 배출량이 2030년까지 당초 예상했던 ^[50][51]것의 거의 두 배가 될 것이라고 결론지었다.대부분의 주요 철도가 전철화된 유럽에서는 우려의 목소리가 낮습니다.

이것은 디젤 기관차가 4반세기 내에 매년 80만 톤 이상의 질소산화물과 25,000 톤의 그을음을 방출할 것이라는 것을 의미한다. EPA는 이전에 예상한 이산화질소 48만 톤과 그을음 1만 2천 톤과는 대조적이다.디젤 기관차가 (유해 배출물을 흡입하는) 사람과 동식물에 미치는 영향을 줄이기 위해 디젤 엔진에 트랩을 설치하여 오염^[52] 수준 및 기타 오염 제어 방법(예: 바이오디젤 사용)을 줄이는 것이 실용적이라고 생각됩니다.

디젤 기관차 오염은 시카고 시에서 특히 우려의 대상이었다.시카고 트리뷴은 시카고에서 출발하는 기관차 내부의 디젤 그을음 수치가 보통 ^[53]바깥 거리에서 볼 수 있는 수치의 수백 배라고 보도했다.몇몇 지역의 주민들은 도시 지역의 ^[54]전국 평균보다 몇 배 높은 수준에서 디젤 배출에 노출될 가능성이 높다.

경감

2008년 미국 환경보호국(EPA)은 모든 신규 또는 개조 디젤 기관차가 허용 그을음 양을 90% 줄이고 질소 산화물 배출량을 80% 감축하는 Tier II 오염 기준을 충족해야 하는 규정을 의무화했습니다.저배출 기관차 목록을 참조하십시오.

기관차 배기가스와 연료 소비를 줄이기 위해 도입되고 있는 다른 기술로는 "겐셋" 전환 기관차와 하이브리드 그린 고트 설계가 있다.겐셋 기관차는 단일 중속 디젤 엔진과 단일 ^[55]발전기 대신 여러 개의 소형 고속 디젤 엔진과 발전기(발전기 세트)를 사용합니다.깨끗한 엔진 개발에 드는 비용 때문에, 이 작은 고속 엔진은 이미 개발된 트럭 엔진에 기반을 두고 있다.그린 고트는 소형 디젤 엔진과 대형 충전지 뱅크를 ^[56][57]이용한 하이브리드 스위칭 기관차입니다.스위칭 기관차는 일반적으로 제한된 지역(종종 도심 또는 인근)에서 운행되며 대부분의 시간을 공회전 상태로 보내기 때문에 특히 우려되는 사항입니다.두 설계 모두 EPA Tier II 기준 미만으로 오염을 줄이고 유휴 시 배출량을 줄이거나 제거합니다.

스팀보다 우위

디젤 기관차가 발전함에 따라, 디젤 기관차의 제조 및 운용 비용은 낮아졌고, 증기 기관차보다 소유 및 운용 비용이 저렴해졌다.북미에서는 증기 기관차가 특정 철도 노선에 맞게 제작되었기 때문에 규모의 경제를 ^[58]달성하기가 어려웠다.엄격한 제조 공차(디젤의 경우 1⁄10000인치(0.25mm)에 비해 1⁄10000인치(0.0025mm))로 생산하기가 더 복잡하지만 디젤 기관차 부품은 대량 생산이 더 쉬웠다.Baldwin Locomotive Works는 전성기에 거의 500개의 증기 모델을 제공했지만, EMD는 10개 미만의 디젤 ^[59]모델을 제공했습니다.영국에서는 1951년부터 영국철도가 증기 기관차를 표준 설계로 제작했다.여기에는 표준 부품과 교환 가능한 부품이 포함되어 당시 디젤 기관차보다 생산 비용이 저렴했습니다.마력당 자본 비용은 13파운드 6센트(증기), 65파운드(디젤), 69파운드 7센트(터빈), 17파운드 13센트(전기)^[60]였습니다.

디젤 기관차는 증기 기관차에 ^[61]비해 상당한 운영상의 이점을 제공합니다.한 사람이 안전하게 조작할 수 있어 야드에서의 전환/선회 업무에 이상적이며(안전상의 이유로 많은 간선 디젤 기관차에는 엔지니어와 차장/스위치맨이라는 두 명의 승무원이 계속 탑승하고 있지만), 작동 환경은 훨씬 더 조용하고, 완벽한 비바람을 견디며, 오염이 없는 훨씬 더 매력적입니다.d 증기 기관차 운전에서 불가피한 부분인 열.디젤 기관차는 한 대의 승무원이 한 대의 열차에서 여러 대의 기관차를 제어하면서 여러 대의 작업을 수행할 수 있지만 증기 기관차에서는 실용적이지 않습니다.이것은 운영자에게 더 큰 효율성을 가져다 주었는데, 개별 기관차는 경무용으로 단일 유닛으로 사용하기에는 상대적으로 저출력이지만 무거운 열차에 필요한 동력을 제공하기 위해 함께 조립될 수 있었기 때문입니다.증기 트랙션의 경우, 가장 무거운 열차나 기관사가 여러 대의 기관차와 승무원이 있는 이중 구간에 의존할 경우, 매우 강력하고 비싼 단일 기관차가 필요했는데, 이 방법 역시 비용이 많이 들고 자체 운영상의 어려움을 초래했습니다.

디젤 엔진은 거의 즉시 시동 및 정지할 수 있으므로 디젤 기관차는 사용하지 않을 때 연료비가 발생하지 않을 가능성이 있습니다.그러나 대형 북미 철도에서는 여전히 동결 방지 특성을 포함하는 냉각제 대신 직선을 디젤 엔진 냉각수로 사용하는 것이 관례입니다. 따라서 디젤 기관차는 완전히 정지되는 대신 추운 기후에 주차되어 있을 때 공회전 상태로 남게 됩니다.디젤 엔진은 몇 시간 또는 며칠 동안 방치될 수 있습니다. 특히 기관차에 사용되는 모든 디젤 엔진은 오일 압력 손실이나 냉각수 손실과 같은 문제가 발생할 경우 자동으로 엔진이 꺼지는 시스템을 갖추고 있기 때문입니다.냉각수 및 엔진 온도를 모니터링하는 자동 Start/Stop 시스템을 사용할 수 있습니다.유닛의 냉각수가 동결될 때가 가까워지면 시스템은 디젤 엔진을 재시동하여 냉각수 ^[62]및 기타 시스템을 데웁니다.

증기 기관차는 사용 전, 사용 중, 사용 후 집중적인 유지보수, 윤활 및 청소가 필요합니다.추위로부터 사용할 증기 기관차를 준비하고 발사하는 것은 많은 시간이 걸릴 수 있다.약한 불로 사용할 때는 항상 준비 상태를 유지할 수 있지만, 이를 위해서는 보일러의 수위를 유지하기 위해 정기적인 스토킹과 빈번한 주의가 필요합니다.이는 수도 공급이 동결되지 않는 한 추운 기후에서 보일러의 물이 얼지 않도록 하기 위해 필요할 수 있습니다.증기 기관차를 사용한 후 다음 임무를 수행할 준비가 되기 전에 세척, 검사, 유지보수 및 연료 재충전을 수행하기 위해 오랜 시간이 걸리는 폐기 작업이 필요합니다.이와는 대조적으로, 1939년에 EMD는 FT 시리즈 기관차를 연료 주입을 넘어 30일간의 점검과 기본 유체 수준 및 안전 점검 사이에 유지보수가 필요하지 않다고 홍보했습니다. 이 점검은 원동기가 여전히 작동 중일 때 수행될 수 있습니다.1940년대와 1950년대에 증기에서 디젤 운행으로 전환한 철도는 일정 기간 동안 디젤 기관차가 동급 증기 기관차보다 평균 서너 배 더 많은 수익을 올릴 수 있다는 것을 알게 되었고, 기관차는 운영 ^{[citation needed]}능력을 유지하면서 규모를 대폭 줄일 수 있었습니다.

증기기관차의 유지비와 운영비는 디젤보다 훨씬 더 비쌌다.증기 기관차의 연간 유지관리 비용은 최초 구매 가격의 25%를 차지했습니다.예비 부품은 특정 기관차를 위해 목조 장인으로부터 주조되었습니다.독특한 증기 기관차의 수는 예비 부품 재고를 ^[63]유지할 방법이 없다는 것을 의미했다.디젤 기관차를 사용하면 예비 부품을 대량 생산하여 바로 사용할 수 있도록 재고로 유지할 수 있으며, 많은 부품과 하위 조립품은 동일한 건설업체의 다른 기관차 모델을 사용하여 운영자 차량 전체에 걸쳐 표준화할 수 있습니다.현대의 디젤 기관차 엔진은 기관차에 메인 블록을 유지한 채 동력 어셈블리(작업 부품 및 블록 인터페이스 시스템)를 교체할 수 있도록 설계되어 있어 ^[28]유지보수가 필요할 때 기관차가 수익 창출 서비스를 중단하는 시간을 크게 단축합니다.

증기 엔진은 많은 양의 석탄과 물을 필요로 했는데, 이것은 비싼 가변 운전 비용이었다.^[64]게다가 증기의 열효율은 디젤 엔진에 비해 상당히 낮았다.디젤의 이론적 연구에 따르면 압축 점화 엔진의 열 효율은 36%(증기의 경우 6-10%), 1기통 시제품 1897년식은 26%의 놀라운 ^[65]효율로 작동했습니다.

하지만 1959년에 발표된 한 연구는 디젤과 증기 기관차의 비교 중 많은 부분이 불공평하게 만들어졌다고 주장했는데, 그 이유는 디젤이 새로운 기술이었기 때문이다.저자는 재무기록과 기술진보를 면밀히 분석한 결과 디젤 대신 증기기술에 대한 연구가 계속됐다면 디젤 이동으로 ^[66]전환하는 데 따른 경제적 이익은 미미할 것이라는 사실을 발견했다.

1960년대 중반까지 디젤 기관차는 전기 트랙션이 ^[64]사용되지 않는 증기 기관차를 효과적으로 대체했다.21세기에도 발전된 증기 기술을 개발하려는 시도는 계속되고 있지만 큰 효과를 거두지 못하고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

원천

• Churella, Albert J. (1998). From Steam to Diesel: Managerial Customs and Organizational Capabilities in the Twentieth-Century American Locomotive Industry. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-02776-0.
• Pinkepank, Jerry A. (1973). The Second Diesel Spotter's Guide. Milwaukee WI: Kalmbach Books. ISBN 978-0-89024-026-7.

외부 링크

• 바이오디젤 연료를 사용한 GP38-2 기관차의 미국 정부 시험.
• 1926년 디젤기관차 철도교통의 디젤기관차
• 디젤 기관차