Lokomotif diesel

Lokomotif diesel–elektrik seri CC 201.

Lokomotif diesel adalah jenis lokomotif yang bermesin diesel dan umumnya menggunakan bahan bakar mesin dari solar seperti High Speed Diesel (HSD). Beberapa jenis lokomotif diesel telah dikembangkan, yang perbedaan utamanya terletak pada cara penyaluran tenaga mekanis ke roda penggerak. Ada dua jenis utama lokomotif diesel ini yaitu diesel–hidraulik dan diesel–elektrik.

Lokomotif dan kereta rel pembakaran dalam awal menggunakan minyak tanah dan bensin sebagai bahan bakarnya. Rudolf Diesel mematenkan mesin diesel (mesin picu-kompresi) pertamanya pada tahun 1898, dan terus dikembangkan agar mengurangi ukuran fisiknya dan meningkatkan rasio daya-ke-berat agar dapat dipasang di lokomotif. Mesin pembakaran dalam hanya dapat berjalan dalam rentang daya yang terbatas, dan meskipun mesin bensin berdaya rendah dapat digabungkan dengan transmisi mekanis, mesin diesel yang lebih bertenaga memerlukan pengembangan bentuk transmisi baru. Hal ini karena kopling harus berukuran sangat besar pada tingkat daya ini dan tidak sesuai dengan sasis standar lokomotif selebar 2,5 m (8 ft 2 in), atau akan cepat aus untuk dapat digunakan.

Lokomotif diesel pertama yang sukses menggunakan transmisi diesel–elektrik, dan pada tahun 1925 sejumlah kecil lokomotif diesel sebanyak 600 hp (450 kW) beroperasi di Amerika Serikat. Pada tahun 1930, Armstrong Whitworth dari Britania Raya mengirimkan dua lokomotif berdaya 1.200 hp (890 kW) menggunakan mesin rancangan Sulzer untuk Kereta Api Selatan Raya Buenos Aires di Argentina. Pada tahun 1933, teknologi diesel–elektrik. yang dikembangkan oleh Maybach digunakan untuk menggerakkan DRG SVT 877, satu rangkaian dua kereta antarkota berkecepatan tinggi, dan mulai diproduksi massal bersama rangkaian kereta berbodi streamline di Jerman mulai tahun 1935. Di Amerika Serikat, tenaga penggerak diesel–elektrik. diperkenalkan ke KA lintas utama berkecepatan tinggi pada akhir tahun 1934, sebagian besar melalui upaya penelitian dan pengembangan General Motors sejak akhir tahun 1920-an dan kemajuan dalam desain bodi kereta ringan oleh Budd Company.

Pemulihan ekonomi pasca-Perang Dunia II mempercepat adopsi lokomotif diesel secara luas di banyak negara. Lokomotif ini menawarkan fleksibilitas dan kinerja yang lebih baik dibandingkan lokomotif uap, serta biaya operasi dan pemeliharaan yang jauh lebih murah.

Sejarah

Adaptasi untuk penggunaan kereta api

Diagram mesin berbahan bakar minyak Priestman dari The Steam engine and gas and oil engines (1900) oleh John Perry

Kereta motor rel Weitzer bensin-elektrik pertama tahun 1903, seri 1906

Contoh awal penggunaan mesin pembakaran dalam pada lokomotif adalah purwarupa yang dirancang oleh William Dent Priestman, yang diuji oleh William Thomson, Baron Kelvin Pertama pada 1888 yang menyebutnya sebagai "mesin minyak Priestman yang dipasang di atas roda yang berjalan di atas rel sementara untuk mempertunjukkan bagaimana mesin minyak bumi digunakan untuk lokomotif." Pada tahun 1894, mesin dua gandar berdaya 20 hp (15 kW) yang dibuat oleh Priestman Brothers digunakan di dok pelabuhan Hull Docks. Pada tahun 1896, lokomotif mesin minyak dirakit untuk Royal Arsenal di Woolwich, Inggris, menggunakan mesin yang dirancang oleh Herbert Akroyd Stuart. Itu bukan diesel, karena menggunakan mesin semi-diesel, tetapi dianggap sebagai pendahulu dari diesel.

Rudolf Diesel mempertimbangkan untuk mempergunakan mesin ciptaannya untuk lokomotif dalam bukunya tahun 1893, Theorie und Konstruktion eines rasionalellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren (Teori dan Konstruksi Motor Panas Rasional). Namun, ukuran besar dan rasio daya-ke-berat yang buruk pada mesin diesel awal membuatnya tidak cocok untuk menggerakkan kendaraan darat. Oleh karena itu, potensi mesin diesel sebagai penggerak utama kereta api pada awalnya belum diketahui. Hal ini berubah seiring penelitian dan pengembangan mengurangi ukuran dan berat mesin.

Pada tahun 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose, dan pabrik mesin Gebrüder Sulzer mendirikan Diesel-Sulzer-Klose GmbH untuk memproduksi lokomotif bertenaga diesel. Sulzer telah memproduksi mesin diesel sejak tahun 1898. Perusahaan Kereta Api Negara Prusia memesan lokomotif diesel dari perusahaan tersebut pada tahun 1909, dan setelah uji coba antara Winterthur dan Romanshorn, Swiss, lokomotif diesel-mekanik dikirim ke Berlin pada September 1912. Lokomotif bertenaga diesel pertama di dunia dioperasikan pada musim panas tahun 1912 di jalur yang sama dari Winterthur tetapi tidak sukses secara komersial. Selama uji coba pada tahun 1913, ditemukan beberapa masalah. Meletusnya Perang Dunia I pada tahun 1914 menghalangi semua uji coba lebih lanjut. Berat lokomotif 95 ton dan tenaga 883 kW (1.184 hp) dengan kecepatan maksimum 100 km/h (62 mph).

Purwarupa lokomotif diesel dalam jumlah kecil diproduksi di sejumlah negara hingga pertengahan tahun 1920-an.

Asia

Kendaraan diesel pertama yang dikembangkan di dalam negeri Tiongkok adalah Dongfeng DMU (东风), yang diproduksi pada tahun 1958 oleh CSR Sifang. Produksi lokomotif diesel pertama China, DFH1, dimulai pada tahun 1964 setelah sebuah purwarupa dibuat pada tahun 1959.

Di Jepang, per 1920-an, beberapa kereta rel bensin-elektrik diproduksi. Traksi diesel–elektrik. pertama dan kendaraan gerak udara pertama di kereta api Jepang adalah dua DMU3 kelas KiHa 43000. Lokomotif diesel seri pertama Jepang adalah lokomotif kembar DD50,dikembangkan sejak 1950 dan beroperasi mulai tahun 1953.

Eropa

Kendaraan diesel fungsional pertama

Kereta rel diesel–elektrik fungsional pertama di dunia, produksi bersama Swiss dan Jerman, 1914

Pada tahun 1914, kereta rel diesel–elektrik fungsional pertama di dunia diproduksi oleh Waggonfabrik Rastatt untuk Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen dengan peralatan listrik dari Brown, Boveri & Cie dan mesin diesel dari Swiss Sulzer AG. Mereka diklasifikasikan sebagai DET 1 dan DET 2. Karena kelangkaan bensin selama Perang Dunia I, produk tersebut belum bisa digunakan untuk layanan reguler di Jerman. Pada tahun 1922, mereka dijual ke Compagnie du Chemin de fer Régional du Val-de-Travers, Swiss, yang mereka digunakan dalam layanan reguler hingga dielektrifikasi pada tahun 1944. Setelah itu, perusahaan tetap menggunakannya sebagai booster hingga tahun 1965.

Fiat mengeklaim telah merakit lokomotif diesel–elektrik Italia pertama pada tahun 1922, tetapi hanya sedikit rincian yang tersedia. Beberapa lokomotif diesel Fiat- TIBB Bo'Bo' dibuat untuk layanan pada sepur sempit 950 mm (3 ft 1+3⁄8 in) Ferrovie Calabro Lucane dan Società per le Strade Ferrate del Mediterrano di Italia bagian selatan tahun 1926, menyusul percobaan 1924–25. Motor dua tak 6 silinder bertenaga 440 tenaga kuda (330 kW) 500 rpm, menggerakkan empat motor traksi DC, satu untuk tiap gandar. Lokomotif 44 ton (43 ton panjang; 49 ton pendek) dengan kelajuan maksimum 45 km/h (28 mph) berjalan sukses.

Pada tahun 1924, dua lokomotif diesel–elektrik digunakan oleh perkeretaapian Soviet, hampir pada waktu yang bersamaan:

E^el2, diperkenalkan pada tahun 1925, tetap beroperasi hingga tahun 1954

• Lok Э^эл2 (E^el2 nomor asli Юэ 001/Yu-e 001) mulai dijalankan 22 Oktober. Lok ini dirancang oleh tim yang dipimpin Yuri Lomonosov dan dirakit pada tahun 1923–1924 oleh Maschinenfabrik Esslingen di Jerman. Lok ini memiliki lima gandar penggerak (1'E1'). Setelah beberapa kali uji coba, perusahaan ini menarik kereta api selama hampir tiga dekade dari tahun 1925 hingga 1954. Lokomotif ini menjadi model untuk beberapa kelas lokomotif diesel Soviet.
• Lok Щэл1 (Shch-el 1, nomor asli Юэ2/Yu-e 2), mulai dijalankan 9 November. Lok ini dikembangkan oleh Yakov Modestovich Gakkel dan dirakit oleh Galangan Kapal Baltik di Sankt Petersburg. Lok ini memiliki sepuluh gandar penggerak dalam tiga bogie (1' Co' Do' Co' 1'). Sejak 1925 hingga 1927, lok ini digunakan untuk menarik KA dari Moskow dan Kursk dan di wilayah Kaukasus. Karena masalah teknis, lok ini tidak dapat dijalankan lagi. Sejak tahun 1934, digunakan sebagai generator stasioner.

Pada tahun 1935, Krauss-Maffei, MAN, dan Voith merakit lokomotif diesel-hidraulik pertama, yang disebut V 140, di Jerman. Diesel-hidraulik menjadi arus utama pada lokomotif diesel di Jerman karena perusahaan kereta api Jerman (DRG) senang dengan kinerjanya. Produksi massal lokomotif diesel di Jerman dimulai setelah Perang Dunia II.

Pelangsir

Artikel utama: Pelangsir

Pelangsir Nederlandse Spoorwegen dari tahun 1934, dengan corak modern

Di banyak stasiun kereta api dan kawasan industri, lok uap langsir harus tetap panas meski lokomotif menganggur beberapa jam di sela-sela tugas. Oleh karena itu, traksi diesel menjadi ekonomis untuk langsiran sebelum menjadi ekonomis untuk mengangkut kereta api. Perakitan lok diesel langsir dimulai pada tahun 1920 di Prancis, 1925 di Denmark, 1926 di Belanda, dan 1927 di Jerman. Setelah beberapa tahun pengujian, ratusan unit diproduksi dalam satu dekade.

Kereta rel diesel untuk lalu lintas lokal

Renault VH, Prancis, 1933/34

Kereta rel diesel umumnya berbahan bakar diesel-mekanis, mulai dikembangkan oleh berbagai pabrikan Eropa pada tahun 1930-an, misalnya oleh William Beardmore and Company untuk Canadian National Railway (mesin Beardmore Tornado kemudian digunakan di kapal udara R101) . Beberapa seri untuk lalu lintas lokal tersebut diawali dengan kereta bensin kemudian dilanjutkan dengan KRD, seperti BC^mot Hongaria (kode tidak dimaknai apa pun kecuali "kereta rel motor dengan tempat duduk kelas 2 dan 3"); 128 unit dibuat pada tahun 1926 –1937, atau bus rel Wismar Jerman (57 gerbong 1932–1941). Di Prancis, KRD pertama adalah Renault VH, diproduksi 115 unit pada tahun 1933/34. Di Italia, setelah enam kereta rel bensin sejak tahun 1931, Fiat dan Breda membuat banyak KRD, lebih dari 110 unit dari tahun 1933 hingga 1938 dan 390 unit dari tahun 1940 hingga 1953, KRD 772 yang dikenal sebagai Littorina, dan ALn 900.

KRD berkecepatan tinggi

Pada tahun 1930-an, KRD berkecepatan tinggi yang efisien dikembangkan di beberapa negara:

• Di Jerman, Flying Hamburger dibangun pada tahun 1932. Setelah uji coba pada bulan Desember 1932, KRD ini mulai beroperasi di Deutsche Reichsbahn (DRG) pada bulan Februari 1933. Ini menjadi purwarupa KRD DRG SVT 137 dengan 33 unit KRD kecepatan tinggi lainnya, dibuat untuk DRG hingga tahun 1938, 13 unit DMU 2 ("seri Hamburg"), 18 unit DMU 3 ("seri Leipzig" dan "Köln"), dan dua unit DMU 4 ( seri "Berlin").
• SNCF XF 1000 dan XF 1100 terdiri dari 11 KRD berkecepatan tinggi, juga disebut TAR, dibangun pada tahun 1934–1939.
• Di Hongaria, Ganz Works membangun Arpád railmotor, sejenis bus rel mewah dalam rangkaian tujuh kereta sejak tahun 1934 dan mulai merakit Hargita pada tahun 1944.

Perkembangan selanjutnya

Lok D16/1, sejak 1948

Pada 1945, 30 lokomotif diesel–elektrik Baldwin, Baldwin 0-6-6-0 1000, dikirim dari Amerika Serikat ke jalur kereta api Uni Soviet.

Pada tahun 1947, London, Midland and Scottish Railway (LMS) memperkenalkan sepasang lokomotif diesel–elektrik pertama mereka bergandar Co-Co 1.600 hp (1.200 kW) (kelak lokomotif British Rail Class D16/1) untuk penggunaan reguler di Britania Raya, meskipun pabrikan Inggris seperti Armstrong Whitworth telah mengekspor lokomotif diesel sejak tahun 1930. Pengiriman armada ke British Railways, dengan desain lain seperti Class 20 dan Class 31, dimulai pada tahun 1957.

Produksi lokomotif diesel di Italia dimulai pada pertengahan tahun 1950-an. Secara umum, traksi diesel di Italia kurang penting dibandingkan di negara-negara lain, karena Italia merupakan salah satu negara paling maju dalam elektrifikasi dan karena geografi Italia membuat kapal barang lebih murah dibandingkan kereta api bahkan pada banyak sambungan domestik.

Amerika Utara

Perkembangan awal di Amerika Utara

Adolphus Busch membeli hak untuk memproduksi mesin diesel untuk Amerika pada tahun 1898 tetapi tidak pernah menerapkan mesin tersebut pada transportasi. Ia mendirikan perusahaan Busch-Sulzer pada tahun 1911. Hanya sedikit kesuksesan yang dicapai pada awal abad ke-20 dengan kereta rel bermesin pembakaran dalam, sebagian karena kesulitan dengan sistem penggerak mekanis.

General Electric (GE) memasuki pasar kereta rel pada awal abad ke-20, ketika Thomas Edison memiliki hak paten atas lokomotif listrik, desainnya sebenarnya adalah jenis kereta rel yang digerakkan menggunakan tenaga listrik. GE merakit purwarupa lokomotif listrik pertamanya pada tahun 1895. Namun, biaya elektrifikasi yang mahal menyebabkan GE mengalihkan perhatiannya pada mesin pembakaran dalam untuk membangkitkan listrik bagi kereta rel listrik. Permasalahan terkait koordinasi penggerak awal dan motor listrik langsung ditemui, terutama karena terbatasnya sistem kendali arus Ward Leonard yang dipilih. GE Rail dibentuk pada tahun 1907 dan 112 tahun kemudian, pada tahun 2019, dibeli dan dimerger ke Wabtec.

Sebuah terobosan signifikan terjadi pada tahun 1914, ketika Hermann Lemp, seorang teknisi listrik GE, mengembangkan dan mematenkan sistem kendali mesin dan motor traksi dengan satu tuas; perbaikan selanjutnya juga dipatenkan oleh Lemp. Desain Lemp memecahkan masalah kelebihan beban dan kerusakan motor traksi dengan daya listrik berlebihan pada kecepatan rendah, dan merupakan purwarupa untuk semua sistem kontrol penggerak listrik pembakaran dalam.

Pada tahun 1917–1918, GE memproduksi tiga lokomotif diesel–elektrik eksperimental menggunakan kendali yang didesain Lemp, yang pertama diketahui dibuat di Amerika Serikat. Menyusul perkembangan ini, Undang-Undang Kaufman tahun 1923 melarang lokomotif uap memasuki Kota New York karena dianggap meningkatkan pencemaran udara. Tanggapan terhadap undang-undang ini adalah dengan melistriki jalur kereta api dengan lalu lintas tinggi. Namun, elektrifikasi tidak ekonomis untuk diterapkan di wilayah dengan lalu lintas rendah.

Penggunaan reguler pertama lokomotif diesel–elektrik adalah untuk langsiran, yang lebih menjanjikan dibandingkan jalur utama karena terbatasnya teknologi diesel kontemporer dan saat penghematan bahan bakar diesel dibandingkan dengan uap akan menjadi yang paling menguntungkan. GE berkolaborasi dengan American Locomotive Company (ALCO) dan Ingersoll-Rand (konsorsium "AGEIR") pada tahun 1924 untuk memproduksi purwarupa lokomotif "boxcab" 300 hp (220 kW) yang dikirim pada bulan Juli 1925. Lokomotif ini menunjukkan bahwa unit tenaga diesel–elektrik dapat memberikan banyak manfaat seperti lokomotif listrik tanpa harus menanggung biaya elektrifikasi mahal bagi perkeretaapian. Unit ini berhasil untuk digunakan dalam langsiran, KA barang, dan KA penumpang lokal, di sepuluh jalur kereta api dan tiga jalur industri. Westinghouse Electric dan Baldwin berkolaborasi membangun pelangsir mulai tahun 1929. Namun, Depresi Besar membatasi permintaan ala kelistrikan Westinghouse, dan mereka berhenti membangun lokomotif secara internal, dan memilih untuk memasok suku cadang listrik.

Pada Juni 1925, Baldwin melempar purwarupa lokomotif diesel–elektrik untuk "penggunaan khusus" (seperti untuk jalur yang kekurangan air untuk lokomotif uap) menggunakan peralatan listrik dari Westinghouse Electric Company. Desain mesin-kembarnya tidak berhasil, dan unit tersebut dirucat setelah periode pengujian dan demonstrasi yang singkat. Sumber-sumber industri mulai menyatakan "keuntungan luar biasa dari bentuk penggerak baru ini". Pada tahun 1929, Canadian National Railway menjadi perusahaan KA Amerika Utara pertama yang menggunakan mesin diesel dalam layanan jalur utama dengan dua unit lokomotif, 9000 dan 9001, dari Westinghouse. Namun, lok diesel awal ini terbukti mahal dan tidak dapat diandalkan, dengan biaya perolehan yang mahal dibandingkan mesin uap yang tidak dapat direalisasikan dalam penghematan biaya operasi karena sering kali tidak siap operasi. Diperlukan waktu lima tahun lagi sebelum tenaga penggerak diesel–elektrik berhasil digunakan dalam layanan jalur utama, dan hampir sepuluh tahun sebelum penggantian tenaga uap sepenuhnya menjadi prospek nyata dengan teknologi diesel yang ada.

Sebelum tenaga diesel dapat memasuki layanan jalur utama, keterbatasan lok diesel sekitar tahun 1930 – rasio daya-ke-berat yang rendah dan rentang luaran yang sempit – harus diatasi. General Motors mulai melirik diesel dengan mengakuisisi Winton Engine Company, produsen mesin diesel untuk kelautan dan stasioner, pada tahun 1930. Didukung oleh divisi riset General Motors, Winton Engine Corporation berupaya mengembangkan mesin diesel yang cocok untuk penggunaan bergerak berkecepatan tinggi. Tonggak pertama dalam upaya tersebut adalah pengiriman Winton 201A pada awal tahun 1934, sebuah mesin diesel dua langkah yang dapat memberikan kinerja yang dibutuhkan untuk KA penumpang yang cepat dan ringan. Tonggak sejarah kedua, dan yang membuat perkeretaapian Amerika beralih ke diesel, adalah diperkenalkannya mesin 567 pada 1938 yang dirancang khusus untuk penggunaan lokomotif, sehingga meningkatkan umur beberapa komponen mekanis sebanyak lima kali lipat dan menunjukkan potensinya untuk memenuhi kebutuhan KA barang yang terus meningkat.

Lokomotif diesel–elektrik memasuki layanan jalur utama ketika Burlington Route dan Union Pacific mengoperasikan lokomotif streamliner khusus untuk angkutan penumpang, dimulai pada akhir tahun 1934. Rangkaian kereta Zephyr yang dioperasikan Burlington berevolusi dari rangkaian tiga kereta dengan penggerak berdaya 600 hp pada tahun 1934 dan awal tahun 1935, hingga rangkaian 10 kereta Denver Zephyr yang ditarik oleh unit penggerak berkabin masinis yang diperkenalkan pada akhir tahun 1936. Union Pacific memulai layanan streamliner diesel antara Chicago dan Portland Oregon pada bulan Juni 1935, dan pada tahun berikutnya akan menambahkan tujuan akhir Los Angeles, Oakland, dan Denver. Streamliner Burlington dan Union Pacific masing-masing dibuat oleh Budd Company dan Pullman-Standard Company, menggunakan mesin Winton baru dan sistem powertrain yang dirancang oleh Electro-Motive Corporation dari GM. Lokomotif eksperimental B-B 1.800 hp butan EMC tahun 1935 mendemonstrasikan multiple unit control system yang digunakan untuk set kabin/booster serta mesin-kembar yang digunakan dengan unit tenaga Zephyr yang kemudian. Kedua fitur tersebut kelak digunakan pada lokomotif model produksi EMC selanjutnya. Mesin streamliner diesel ringan pada pertengahan tahun 1930-an menunjukkan keunggulan diesel untuk layanan penumpang dengan jadwal padat, tetapi tenaga lokomotif diesel tidak akan sepenuhnya mencapai umur sampai produksi seri reguler lokomotif diesel jalur utama dimulai dan terbukti cocok untuk KA penumpang dan barang skala penuh.

Lokomotif produksi seri Amerika pertama

Menyusul purwarupa 1925, konsorsium AGEIR memproduksi 25 unit pelangsir kabin kotak berdaya 300 hp (220 kW) seberat 60 ton antara tahun 1925 dan 1928 untuk beberapa jalur KA di Kota New York, menjadikannya lokomotif diesel produksi seri pertama. Konsorsium ini juga memproduksi tujuh lok kabin kotak "100 ton" mesin kembar dan satu unit kereta hibrida troli/baterai dengan pengisi daya bertenaga diesel. ALCO mengakuisisi McIntosh & Seymour Engine Company pada tahun 1929 dan mulai memproduksi pelangsir kabin-tunggal berdaya 300 hp (220 kW) dan 600 hp (450 kW)pada tahun 1931. ALCO kelak menjadi produsen pelangsir terkemuka hingga pertengahan tahun 1930-an dan akan mengadaptasi desain dasar pelangsir untuk menghasilkan lokomotif serbaguna dan sangat sukses, meskipun bertenaga relatif rendah.

Melihat kesuksesan lokomotif streamliner, GM berusaha memperluas pasar tenaga diesel dengan memproduksi lokomotif standar dengan mengusung jenama Electro-Motive Corporation. Pada tahun 1936, pabrik baru EMC memulai produksi pelangsir. Pada tahun 1937, pabrik mulai memproduksi lokomotif streamliner penumpang seri E yang baru, yang kemudian ditingkatkan dengan mesin yang dibuat khusus dan lebih andal pada tahun 1938. Melihat performa dan keandalan mesin EMC 567 yang baru diperkenalkan, EMC sangat ingin membuktikan keandalan diesel untuk KA barang.

Menyusul keberhasilan lokomotif EMC FT, tahap ini menjadi titik awal dieselisasi di Amerika Utara. Pada 1941, ALCO-GE memperkenalkan lokomotif serba guna mereka, RS-1, untuk mengisi kekosongan pasar mereka, sedangkan lokomotif EMD F mulai dilirik untuk KA barang. Masuknya Amerika Serikat ke dalam Perang Dunia II memperlambat proses dieselisasi; para produsen menghentikan produksi kendaraan diesel untuk tujuan sipil dan mengalihkan produksinya untuk angkatan laut. Saat krisis minyak bumi 1942–43, uap batu bara memiliki keuntungan karena tidak menggunakan bahan bakar yang masih langka. EMD kelak diizinkan untuk melanjutkan produksi lokomotif FT, sedangkan ALCO-GE diizinkan untuk memproduksi sejumlah terbatas lokomotif DL-109, tetapi sebagian besar pelaku bisnis lokomotif dibatasi untuk membuat pelangsir dan lokomotif uap.

Pascaperang, EMD mendominasi pasar lokomotif jalur utama dengan lokomotif seri E dan F. Sementara itu, ALCO-GE pada akhir tahun 1940-an memproduksi pelangsir dan serba guna yang sukses di pasar jarak pendek. Namun, EMD meluncurkan lokomotif serba guna seri GP pada tahun 1949, yang menggantikan semua lokomotif lain di pasar lok KA barang termasuk lokomotif seri F milik mereka sendiri. GE putus mitra dengan ALCO dan muncul sebagai pesaing utama EMD di awal tahun 1960-an, yang pada akhirnya mengambil posisi teratas di pasar lokomotif diesel.

Lokomotif diesel–elektrik awal di Amerika Serikat menggunakan motor traksi DC, tetapi motor AC mulai digunakan secara luas pada tahun 1990-an, dimulai dengan EMD SD70MAC pada tahun 1993 dan diikuti oleh GE AC4400CW pada tahun 1994 dan AC6000CW pada tahun 1995.

Oseania

Kereta rel McKeen di Wodonga, Australia, 1911

Jalur kereta api Trans-Australia yang dibangun 1912 hingga 1917 oleh Commonwealth Railways (CR) melewati gurun tanpa air (atau berair garam) sejauh 2.000 km yang tidak cocok untuk lokomotif uap. Rekayasawan pertama, Henry Deane, berangan-angan mengoperasikan diesel untuk mengatasi masalah tersebut. Beberapa pihak menduga bahwa CR bekerja sama dengan South Australian Railways untuk menguji coba traksi diesel. Akan tetapi, teknologinya belum cukup berkembang untuk dapat diandalkan.

Seperti di Eropa, penggunaan mesin pembakaran dalam berkembang lebih pesat pada kereta rel daripada lokomotif:

• Beberapa perusahaan kereta api Australia membeli kereta rel motor McKeen.
• Pada tahun 1920-an dan 1930-an, kereta rel motor bensin yang lebih andal dirakit oleh industri Australia.
• KRD pertama Australia adalah NSWGR 100 (PH kemudian DP) pada tahun 1937.
• Kendaraan berkecepatan tinggi yang berjalan di sepur 3 ft 6 in (1.067 mm) adalah sepuluh kereta re Vulcan tahun 1940 untuk Selandia Baru.

Jenis transmisi

Diesel–mekanik

Skema lokomotif diesel-mekanik

Lokomotif diesel–mekanik menggunakan transmisi mekanik yang menggunakan tenaga putar dari mesin diesel langsung disalurkan ke roda penggerak, sehingga pada lokomotif bertransmisi diesel-mekanik tidak ada perubahan wujud energi. Untuk mengatur kecepatan serta arah jalan, digunakan perangkat transmisi yang diatur secara manual. Tenaga putar dari transmisi kemudian disalurkan ke roda penggerak melalui mekanisme kopling.

Transmisi mekanik yang digunakan untuk penggerak kereta api umumnya lebih rumit dan jauh lebih kuat daripada kendaraan diesel jalan raya. Ada poros kopling yang disisipkan di antara mesin dan kotak roda gigi, dan kotak roda gigi tersebut sering kali berjenis episiklik untuk memungkinkan pemindahan gigi saat di bawah beban. Berbagai sistem telah dirancang untuk meminimalkan putusnya transmisi selama pergantian gigi, misalnya, kotak roda gigi SSS (synchro-self-shifting) yang digunakan oleh Hudswell Clarke.

Penggerak diesel–mekanik mempunyai kekurangan yang diakibatkan oleh sulitnya transmisi untuk mencapai daya dan torsi yang diperlukan untuk menarik KA berat. Sejumlah upaya untuk menggunakan propulsi diesel-mekanik dalam aplikasi daya tinggi telah dilakukan (misalnya, lokomotif British Rail 10100 1.500 kW (2.000 hp)), meskipun hanya sedikit yang terbukti berhasil (seperti lokomotif DSB MF 1.342 kW (1.800 hp)).

Diesel–elektrik

Skema lokomotif diesel–elektrik

EMD DDA40X, lokomotif diesel berdaya 6.600 hp (4.920 kW)

Pada lokomotif diesel–elektrik, tenaga putar dari mesin diesel disalurkan ke generator/alternator agar mendapatkan energi listrik. Generator yang digunakan dapat berupa DC (umumnya kurang dari 3.000 hp (2.200 kW)), atau menggunakan alternator AC (dapat lebih dari 3.000 hp daya netto), yang dialirkan ke motor traksi guna menggerakkan roda. Terdapat tiga jenis penyaluran energi listrik yang sering dijumpai pada lokomotif DE, yaitu DC-DC, AC-DC, dan AC-AC.

Komponen utama dari lok diesel–elektrik adalah mesindiesel (juga dikenal sebagai prime mover/penggerak utama), generator/alternator, motor traksi (biasanya dengan empat atau enam gandar), dan sistem kontrol yang terdiri dari governor mesin dan komponen listrik atau elektronik, termasuk penel tegangan, penyearah, dan komponen lain, yang mengendalikan atau memodifikasi pasokan listrik ke motor traksi. Dalam kasus yang paling dasar, generator dapat dihubungkan langsung ke motor hanya dengan panel tegangan yang sangat sederhana.

Lokomotif EMD F40PH (kiri) dan MPI MPXpress seri MP36PH-3S (kanan) yang dirangkaikan Metra menggunakan transmisi diesel–elektrik.

Awalnya, motor traksi dan generator menggunakan arus bolak-balik (DC). Setelah dikembangkannya penyearah silikon berkapasitas tinggi tahun 1960-an, generator DC digantikan oleh alternator yang menggunakan jembatan dioda untuk mengubah luarannya menjadi DC (transmisi AC-DC). Kemajuan ini sangat meningkatkan keandalan lokomotif dan menghemat biaya karena memghapus penggunaan komutator dan sikat karbon pada generator. Penghapusan kedua alat tersebut, pada gilirannya, dapat memperkecil kemungkinan terjadinya jenis peristiwa yang sangat merusak yang disebut busur listrik, yang dapat mengakibatkan kerusakan generator secara langsung dan bahkan kebakaran ruang mesin.

Saat ini lokomotif Amerika Utara menggunakan empat gandar untuk KA penumpang berkecepatan tinggi atau KA barang cepat, atau enam gandar untuk KA barang reguler berkecepatan rendah. Unit paling modern pada KA barang cepat cenderung memiliki enam gandar di bawah rangka. Berbeda dengan unit KA barang reguler, KA barang cepat hanya akan befungsi empat gandar yang terhubung ke motor traksi, sedangkan dua lainnya sebagai gandar penggerak untuk angkutan berat.

Pada akhir tahun 1980-an, pengembangan VVVF atau "inverter traksi", memungkinkan penggunaan motor traksi AC polifase, sehingga juga menghilangkan komutator dan sikat karbon. Hasilnya adalah penggerak yang lebih efisien dan andal yang memerlukan perawatan yang relatif sedikit dan lebih mampu mengatasi kondisi kelebihan beban yang sering merusak motor jenis lama.

Kendali diesel–elektrik

Model MLW S-3 diproduksi pada tahun 1957 untuk CPR yang mengikuti desain ALCO .

Luaran daya lokomotif diesel–elektrik tidak bergantung pada kecepatan operasi, selama tidak melampaui batas arus dan tegangan generator. Oleh karena itu, kemampuan unit untuk mengembangkan gaya traksi akan cenderung berbanding terbalik dengan kecepatan dalam batasan ini. (Lihat kurva). Mempertahankan parameter operasi yang dapat diterima merupakan salah satu pertimbangan desain utama yang harus dipecahkan pada pengembangan lokomotif diesel–elektrik awal dan, akhirnya, mengarah pada sistem kontrol kompleks yang ada pada unit modern.

Operasi tuas gas

Kabin masinis lokomotif gaya Amerika Utara

Luaran daya mesin diesel ditentukan oleh kecepatan putaran (RPM) dan laju bahan bakar, yang diatur oleh governor atau mekanisme serupa. Governor dirancang untuk bereaksi terhadap pengaturan throttle (tuas tenaga/tuas gas), sebagaimana yang sudah ditetapkan masinis, serta kecepatan mesin diesel yang sedang berjalan.

Luaran daya dan kecepatan lokomotif dikendalikan oleh masinis menggunakan throttle (tuas gas) yang memicu sinyal listrik mirip-biner yang berkait dengan kedudukan tuasnya. Desain ini dasarnya cocok dengan kerja majemuk yang memicu semua lokomotif yang dirangkai pada kereta api berjalan dengan daya yang ditunjukkan tuas gas. Pengodean biner juga membantu mengurangi penggunaan sambungan kelistrikan yang dibutuhkan untuk melewatkan sinyal. Misalnya, cukup memerlukan empat sambungan listrik untuk mengode semua kemungkinan kedudukan tuas gas jika ada 14 tahap untuk mengubah kedudukan tuas gas.

Lok Amerika Utara seperti buatan EMD atau General Electric, memiliki delapan notch tuas gas dan tuas pembalik agar dapat dijalankan maju maupun mundur. Banyak lokomotif buatan Britania Raya yang mempunyai sepuluh notch throttle. Kedudukan daya mesin sering dirujuk oleh awak lokomotif bergantung pada kedudukan tuas gas, seperi "notch 3".

Pada lokomotif lawas, mekanisme tuas gas digerakkan menggunakan roda gigi searah sehingga tidak memungkinkan untuk langsung memindahkan lebih dari dua kedudukan pada satu waktu. Misalnya, masinis tidak dapat menarik tuas gas dari notch 2 ke notch 4 tanpa diatur ke notch 3. Fitur ini dimaksudkan untuk mencegah tarikan kereta yang bersifat mendadak akibat peningkatan daya secara tiba-tiba (dan sering dianggap sebagai pelanggaran SOP masinis di banyak perusahaan kereta api). Lokomotif modern tidak lagi memiliki batasan ini, karena sistem kontrolnya sudah memodulasi daya dengan lancar dan menghindari perubahan mendadak saat menarik kereta api, terlepas dari bagaimana masinis mengoperasikan kontrol.

Saat kedudukan tuas gas pada posisi idle, mesin diesel menerima sedikit bahan bakar, yang menyebabkannya diam saat RPM rendah. Selain itu, motor traksi tidak terhubung ke generator utama dan lilitan medan generator tidak tereksitasi (diberi energi) – sehingga generator tidak menghasilkan listrik. Oleh karena itu, lokomotif akan berada dalam kedudukan "netral". Sama seperti menempatkan gigi transmisi mobil/sepeda motor ke posisi netral saat sedang diam.

Untuk menggerakkan lokomotif, tuas pembalik arah harus berada pada posisi yang benar (maju atau mundur), abar angin dilepaskan dan tuas gas berada ke kedudukan (notch) 1. Masinis berpengalaman dapat menyelesaikan langkah-langkah ini secara terkoordinasi yang akan menghasilkan awal pergerakan yang hampir tidak terasa. Penempatan tuas pembalik dan pergerakan tuas gas secara pada dasarnya sama seperti memindahkan gigi transmisi mobil saat mesin diam

Menempatkan tuas gas ke tingkat pertama akan menyebabkan motor traksi dihubungkan ke generator utama dan kumparan medan generator utama menjadi tereksitasi. Dengan eksitasi, generator utama akan mengalirkan listrik ke motor traksi, untuk menggerakan lokomotif. Jika lokomotif berjalan "seruntulan" (yakni, tidak dirangkai dengan KA) dan tidak berada di tanjakan, lokomotif akan mudah berakselerasi. Di sisi lain, apabila lokomotif menarik KA rangkaian panjang, lokomotif dapat mogok karena hambatan yang diberikan oleh rangkaian kereta api akan melebihi gaya traksi yang dikembangkan. Masinis berpengalaman akan mampu mengenali tanda-tanda lok akan mogok dan akan secara bertahap menambah tenaga sesuai kebutuhan untuk mempertahankan laju akselerasi.

Saat tuas gas digerakkan ke tingkat daya yang lebih tinggi, laju bahan bakar ke mesin diesel akan meningkat, sehingga menghasilkan peningkatan RPM dan keluaran daya kuda yang sesuai. Pada saat yang sama, eksitasi medan generator utama akan terus meningkat untuk menyerap daya yang lebih tinggi. Hal ini akan menghasilkan peningkatan keluaran listrik ke motor traksi, dengan peningkatan gaya traksi yang sesuai. Bergantung pada persyaratan jadwal kereta, masinis akan menggerakkan tuas gas ke posisi daya maksimum dan mempertahankannya di sana hingga kereta melaju ke kecepatan yang diinginkan.

Sistem propulsi dirancang untuk menghasilkan torsi motor traksi maksimum saat tarikan awal KA, yang menjelaskan mengapa lokomotif modern mampu menarik KA dengan berat melebihi 15.000 ton, bahkan saat di tanjakan. Teknologi saat ini memungkinkan lokomotif agar mampu menarik KA dengan gaya traksi hingga sebesar 120.000 pon-gaya (530 kN) untuk lok barang besar dengan enam gandar. Faktanya, rangkaian unit semacam itu dapat menghasilkan tarikan yang lebih dari cukup saat KA mulai berjalan untuk merusak atau menganjlokkan kereta (jika di tikungan) atau merusak alat perangkainya. Oleh karena itu, masinis wajib memantau dengan cermat daya yang diperlukan saat KA mulai berjalan guna menghindari kerusakan. Kerusakan alat perangkai bisa jadi masalah yang fatal jika terjadi di jalan menanjak, kecuali bahwa keselamatan yang melekat pada pengoperasian rem otomatis gagal-aman yang terpasang di gerbong/kereta modern, menjamin pengamanan rangkaian yang sedang melaju tak terkendali dengan secara otomatis aktif saat tekanan udara di sambungan rem turun.

Sistem kendali lokomotif

Kurva tegangan terhadap ampere pada lokomotif berdaya 3.000 hp, berjalan pada notch 8

Sistem kendali lokomotif dirancang sedemikian rupa sehingga daya listrik yang dihasilkan generator utama disesuaikan dengan laju lokomotif. Mengingat karakteristik bawaan motor traksi, serta cara motor dihubungkan ke generator utama, generator akan menghasilkan arus tinggi dan tegangan rendah pada saat lokomotif berjalan lambat, secara bertahap berubah menjadi arus rendah dan tegangan tinggi saat lokomotif mulai berjalan cepat. Oleh karena itu, luaran daya yang dihasilkan lokomotif akan tetap konstan pada kedudukan tuas gas tertentu.

Pada lok jenis lama, governor mesin serta pendampingnya, pengatur beban, memainkan peran penting dalam sistem kendali. Governor memiliki dua masukan eksternal: kecepatan lokomotif yang diminta sesuai dengan pengaturan throttle masinis, serta kecepatan mesin saat ini (umpan balik). Governor memiliki dua keluaran kontrol eksternal: pengaturan injektor yang menentukan laju bahan bakar, serta posisi pengatur arus, yang memengaruhi eksitasi generator utama. Governor juga dilengkapi mekanisme perlindungan melampaui batas kecepatan yang akan segera memutus pasokan bahan bakar ke injektor dan membunyikan alarm di dalam kabin jika mesin lok melampaui RPM yang ditentukan. Tidak semua masukan dan keluaran tersebut mesti listrik.

Mesin 2 tak 12 silinder EMD 12-567B (depan) saat menunggu giliran perbaikan, dan beberapa komponennya hilang, dengan mesin 16-567C atau D 16 silinder (belakang)

Saat terjadi perubahan beban tarik, kecepatan putaran mesin berubah. Hal ini dideteksi oleh governor melalui umpan balik kecepatan mesin. Akhirnya, untuk menyesuaikan laju bahan bakar dan posisi pengatur beban tarik sehingga RPM dan torsi mesin (kemudian luaran daya) akan tetap konstan pada kedudukan tuas gas tertentu, tanpa mempedulikan kecepatan jalan sebenarnya.

Dalam desain modern yang diatur menggunakan "komputer traksi", setiap langkah kecepatan mesin ditunjukkan luaran daya yang sesuai, atau "referensi kW", menggunakan perangkat lunak. Komputer membandingkan nilai ini dengan daya keluaran generator utama saat ini, atau "umpan balik kW", yang dihitung dari nilai umpan balik arus motor traksi dan tegangan generator utama. Komputer menyesuaikan nilai umpan balik agar cocok dengan nilai referensi dengan mengendalikan eksitasi generator utama, seperti dijelaskan di atas. Governor masih memiliki kendali atas kecepatan mesin, tetapi pengatur beban tidak lagi memainkan peran utama. Namun, keberadaan pengatur beban tetap dipertahankan sebagai "cadangan" jika terjadi kelebihan beban. Lokomotif modern yang dilengkapi dengan injeksi bahan bakar elektronik (electronic fuel injection/EFI) mungkin tidak memiliki pengatur mekanis; namun, pengatur beban dan pengatur "virtual" dipertahankan dalam sistem komputer.

Motor traksi berjalan dengan mengatur luaran tegangan DC dari generator jika menggunakan motor DC; atau dengan mengatur luaran frekuensi dan tegangan VVVF jika menggunakan motor AC. Dengan motor DC, berbagai kombinasi sambungan dimanfaatkan untuk menyesuaikan penggerak motor traksi dengan berbagai kondisi pengoperasian.

Saat lok diam, luaran generator utama awalnya bertegangan rendah/arus tinggi, seringkali melebihi 1.000 ampere setiap motor pada daya penuh. Sementara itu, jika lok berhenti atau hampir berhenti, aliran arus listrik dibatasi oleh resistansi DC pada kumparan motor dan rangkaian listrik penghubung, serta kapasitas generator utama itu sendiri. Torsi pada motor kumparan seri kira-kira sebanding dengan kuadrat dari arus. Oleh karena itu, motor traksi akan menghasilkan torsi tertinggi, yang menyebabkan lokomotif mengembangkan gaya traksi maksimum, sehingga mengatasi inersia. Efek ini serupa dengan yang terjadi pada transmisi otomatis mobil saat dinyalakan, saat berada pada gigi pertama dan dengan demikian menghasilkan perkalian torsi maksimum.

Saat lokomotif berjalan, armatur motor yang kini berputar akan mulai menghasilkan gaya gerak listrik balik (yang membuat motor berlaku mirip generator), yang akan melawan luaran generator utama dan menyebabkan arus motor traksi berkurang. Tegangan listrik di generator utama meningkat dalam rangka mempertahankan luaran daya motor tetapi pada akhirnya akan mencapai titik puncak. Dalam keadaan ini, lokomotif mulai berhenti mempercepat lajunya, kecuali saat menuruni lereng. Karena pergerakan ini biasanya akan dicapai pada kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan maksimum, ada upaya harus dilakukan agar lok dapat terus mempercepat lajunya. Perubahan ini disebut sebagai "transisi", suatu proses yang dianalogikan seperti perpindahan gigi pada mobil.

Metode transisi yang digunakan dapat berupa:

• "Transisi motor".
  • Awalnya, motor dihubungkan secara seri terhadap generator utama. Pada kecepatan yang lebih tinggi, motor dihubungkan secara paralel terhadap generator utama.
• "Transisi lapang lemah".
  • Resistansi dihubungkan secara paralel dengan medan motor. Hal ini berdampak pada peningkatan arus armatur, yang menghasilkan peningkatan torsi dan kecepatan motor.

Kedua metode ini juga dapat digabungkan agar dapat meningkatkan rentang laju.

• Transisi generator / penyearah
  • Menyambungkan kembali dua kumparan stator generator utama yang terpisah dari dua penyearah dari paralel ke seri untuk meningkatkan tegangan luaran.

Pada lokomotif lawas, masinis harus mentransisikan secara manual dengan menggunakan tuas khusus. Untuk membantu kapan harus melakukan transisi, amperemeter (indikator yang menunjukkan kepada masinis tentang kuat arus yang dipicu oleh motor traksi) dikalibrasi untuk menunjukkan pada titik mana transisi maju atau mundur harus dilakukan. Transisi otomatis kemudian dikembangkan untuk menghasilkan efisiensi pengoperasian yang lebih baik dan untuk melindungi generator utama dan motor traksi dari pembebanan akibat transisi yang tidak tepat.

Lokomotif modern dilengkapi inverter traksi AC-DC, yang mampu mengalirkan listrik 1.200 V. Generator traksi DC-DC hanya dapat mengalirkan listrik 600 V. Peningkatan ini sebagian besar dicapai melalui penyempurnaan teknologi dioda silikon. Dengan kemampuan mengalirkan 1.200 volt ke motor traksi, kebutuhan akan "transisi" dihilangkan.

Pengereman dinamis

Artikel utama: Pengereman dinamis

Pilihan umum pada lokomotif diesel–elektrik adalah pengereman dinamis.

Pengereman dinamis memanfaatkan fakta bahwa armatur motor traksi selalu berputar saat lokomotif bergerak dan bahwa motor dapat diperlakukan seperti generator dengan membangkitkan kumparan medan listrik secara terpisah. Saat pengereman dinamis digunakan, rangkaian listrik untuk pengontrol traksi dikonfigurasikan sebagai berikut:

• Kumparan medan setiap motor traksi dihubungkan melintasi generator utama.
• Armatur setiap motor traksi dihubungkan melintasi resistor berpendingin udara paksa (grill rem dinamis) di atap kap lokomotif dekat kabin.
• RPM mesin ditingkatkan, dan medan generator utama tereksitasi, menyebabkan eksitasi yang sesuai pada medan motor traksi.

Efek agregat di atas menimbulkan tiap motor traksi menghasilkan listrik dan mengubah energinya sebagai panas dalam jaringan pengereman dinamis. Kipas yang dipasang pada grill menyediakan pendinginan udara paksa. Akibatnya, kipas ditenagai luaran motor traksi dan akan cenderung berjalan lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak aliran udara karena lebih banyak energi yang diterapkan pada grill.

Akhirnya, sumber energi yang disalurkan pada sistem jaringan pengereman dinamis adalah gerakan lokomotif yang diberikan ke armatur motor traksi. Oleh karena itu, motor traksi dijadikan hambatan dan lokomotif berlaku sebagai rem untuk rangkaian KA. Saat kecepatan menurun, efek pengereman berkurang dan biasanya menjadi tidak efektif di bawah sekitar 16 km/jam (10 mph), bergantung pada perbandingan roda gigi antara motor traksi dan gandar.

Pengereman dinamis banyak digunakan di pegunungan, karena daerah tersebut rawan lepas kendali akibat gesekan kampas rem yang terlalu panas saat menuruni lereng. Dalam kasus semacam itu, rem dinamis biasanya diterapkan bersama-sama dengan abar angin, efek gabungan ini disebut pengereman campuran. Penggunaan pengereman campuran juga dapat membantu menjaga kestabilan KA rangkaian panjang saat melewati puncak tanjakan, membantu mencegah larat, serta mencegah anjloknya kereta api. Pengereman campuran juga umum digunakan pada KA komuter guna mengurangi keausan pada abar mekanis yang merupakan akibat alami dari banyaknya pemberhentian yang biasanya dilakukan kereta tersebut selama berjalan.

Elektro-diesel

Artikel utama: Lokomotif elektro-diesel

Lok khusus ini dapat beroperasi sebagai lok listrik atau lok diesel. Long Island Rail Road, Metro-North Railroad dan New Jersey Transit Rail Operations mengoperasikan lok diesel–elektrik/rel ketiga (LAA pada NJTransit) modus-ganda antara jalur non-elektrifikasi dan Kota New York karena peraturan perundang-undangan melarang lok diesel berjalan di terowongan Manhattan. Untuk alasan yang sama, Amtrak mengoperasikan lokomotif modus-ganda di wilayah New York. Lokomotif diesel–elektrik/listrik yang dioperasikan British Rail dirancang untuk beroperasi terutama sebagai lokomotif listrik dengan daya lebih sedikit ketika menggunakan tenaga diesel. Hal ini menyebabkan stasiun kereta api tetap tidak dilistriki, karena sistem tenaga rel ketiga sangat berbahaya di area stasiun.

Diesel-hidraulik

Diagram skema pelangsir diesel-hidraulik dengan transmisi hidromekanik

Lokomotif diesel–hidraulik seri D301.

Lok diesel-hidraulik menggunakan satu atau lebih konverter torsi, yang dikombinasikan dengan roda gigi rasio tetap. Poros penggerak dan roda gigi menjadi penggerak akhir untuk menyalurkan daya dari konverter torsi ke roda, serta saat menggerakkan lok mundur. Perbedaan antara sistem hidraulik dan mekanik terletak pada pengaturan kecepatan dan torsi. Pada sistem transmisi mekanik yang memiliki banyak rasio roda gigi (gearbox), jika terdapat bagian hidraulik maka fungsinya hanya untuk memungkinkan mesin berputar ketika lok berjalan lambat atau berhenti. Dalam sistem hidraulik, hidraulika merupakan sistem untuk menyesuaikan laju putaran mesin dan torsi terhadap situasi kereta api, dengan pemilihan roda gigi hanya untuk penggunaan terbatas, seperti saat akan mundur.

Transmisi hidrostatis

Penggerak hidraulik yang menggunaan mesin hidraulik hidrostatis telah diterapkan pada penggunaan rel kereta api. Contoh modernnya seperti pelangsir berdaya 350 hingga 750 hp (260 hingga 560 kW) milik Cockerill (Belgia), lok sepur industri seberat 4 sampai 12 ton berdaya 35 hingga 58 kW (47 hingga 78 hp) milik anak perusahaan Atlas Copco, GIA. Penggerak hidrostatis juga digunakan dalam mesin pemeliharaan jalan rel (mesin pecok, gerinda rel).

Penerapan transmisi hidrostatis secara umum terbatas pada pelangsir kecil dan mesin pemeliharaan jalan rel, serta digunakan untuk aplikasi non-traksi pada mesin diesel seperti penggerak kipas motor traksi.

Transmisi hidrokinetis

Transmisi hidrokinetis (hidrodinamis) menggunakan konverter torsi. Konverter torsi terdiri dari tiga bagian utama: dua bagian berputar, dan satu (stator) yang memiliki kunci yang mencegah perputaran mundur dan menambahkan torsi keluaran dengan mengarahkan kembali aliran oli pada RPM rendah. Ketiga bagian utama dilindungi wadah berisi minyak transmisi. Untuk menyelaraskan laju putar mesin dan kecepatan KA, diperlukan beberapa metode tambahan untuk memberikan jangkauan yang memadai. Pertama, memasangkan konverter torsi dengan gearbox mekanis yang mengganti roda gigi secara otomatis, mirip dengan transmisi otomatis pada mobil. Kedua, menyediakan beberapa konverter torsi yang masing-masing memiliki rentang variabilitas yang mencakup sebagian dari total yang dibutuhkan; semuanya terhubung secara mekanis sepanjang waktu, dan dipilih sesuai rentang kecepatan yang dibutuhkan dengan mengisi minyak transmisi di satu wadah dan menguras yang lain. Pengisian dan pengurasan dilakukan dengan aliran minyak transmisi, sehingga menghasilkan tarikan halus tanpa ada putusnya daya yang ditransmisikan.

• 
  Penggerak utama diesel (kiri) dan transmisi hidraulik (kanan) pada lokomotif British Rail Class 52
• 
  Lokomotif South African Class 61-000 saat diproduksi.

Penggunaan dalam lokomotif

Lokomotif diesel–hidraulik seri CC 300.

Lok diesel–hidraulik kurang efisien daripada diesel–elektrik. Lok diesel–hi draulik British Railways generasi pertama secara signifikan kurang efisien (kira-kira 65%) dibandingkan diesel–elektrik (kira-kira 80%),Selain itu, versi awal di banyak negara ditemukan lebih rumit secara mekanis dan lebih mudah rusak.Transmisi hidraulik untuk lokomotif dikembangkan di Jerman.Masih terdapat perdebatan mengenai keunggulan relatif sistem transmisi hidraulik vs. elektrik: keuntungan yang diklaim untuk sistem hidraulik mencakup bobot yang lebih ringan, keandalan yang tinggi, dan biaya modal yang lebih rendah.

Pada abad ke-21, mayoritas negara di seluruh dunia menggunakan desain diesel–elektrik, dengan desain diesel–hidraulik yang tidak ditemukan penggunaannya di luar Jerman dan Jepang, dan beberapa negara tetangganya, yang digunakan dalam desain untuk pekerjaan pengangkutan.

Di Jerman dan Finlandia, sistem diesel–hidraulik telah mencapai keandalan yang tinggi dalam pengoperasiannya. Di Britania Raya, prinsip diesel–hidraulik mendapat reputasi yang buruk karena keandalan transmisi hidraulik Maybach Mekydro yang buruk. Perdebatan terus berlanjut mengenai keandalan diesel–hidraulik, dengan pertanyaan mengenai apakah data telah dimanipulasi untuk menguntungkan pemasok lokal dibandingkan pemasok non-Jerman.

Lokomotif diesel–hidraulik memiliki pangsa pasar yang lebih kecil daripada lokomotif dengan transmisi diesel–elektrik – pengguna utama transmisi hidraulik jalur utama di seluruh dunia adalah Republik Federal Jerman, dengan desain termasuk DB V 200 tahun 1950-an, dan keluarga DB V 160 tahun 1960 dan 1970-an. British Rail memperkenalkan sejumlah desain diesel–hidraulik selama Rencana Modernisasi tahun 1955, yang awalnya merupakan versi buatan berlisensi dari desain Jerman. Di Spanyol, Renfe menggunakan rancangan mesin-kembar Jerman dengan rasio daya-ke-berat yang tinggi untuk menarik KA kecepatan tinggi dari tahun 1960-an hingga 1990-an. (Renfe 340, 350, 352, 353, 354)

Lokomotif jalur utama lainnya pada periode pasca perang termasuk lokomotif eksperimental GMD GMDH-1 tahun 1950-an, serta South African Class 61-000 yang dirakit Henschel & Son. Pada 1960-an Southern Pacific membeli 18 lokomotif diesel–hidraulik Krauss-Maffei KM ML-4000. Denver & Rio Grande Western Railroad juga membeli tiga unit, yang semuanya kemudian dijual ke SP.

Di Finlandia, lebih dari 200 diesel–hidraulik VR Dv12 dan Dr14 buatan Finlandia dengan transmisi Voith telah digunakan terus menerus sejak awal 1960-an. Semua unit Dr14 dan sebagian besar unit Dv12 masih beroperasi. VR telah menanggalkan beberapa unit seri 2700 Dv12 dengan kondisi tidak memungkinkan untuk dijalankan lagi.

Lok diesel–hidraulik sepur standar produksi abad ke-21 adalah Voith Gravita, yang dipesan oleh Deutsche Bahn, dan Vossloh G2000 BB, G1206, dan G1700, semuanya diproduksi di Jerman untuk KA barang.

Kereta rel

Penggerak diesel–hidraulik umum digunakan pada kereta rel (sebagai kereta rel diesel–hidraulik), dengan berbagai desain transmisi yang digunakan termasuk konverter torsi Voith, dan kopling fluida yang dikombinasikan dengan roda gigi mekanis.

Mayoritas KRD milik British Rail menggunakan diesel–hidraulik. Pada abad ke-21, KRDH yang diproduksi antara lain Bombardier Turbostar, Talent, RegioSwinger; versi diesel dari Siemens Desiro, serta Stadler Regio-Shuttle.

Diesel–uap

Lokomotif Soviet TP1

Lokomotif hibrida, seperti diesel–uap, menggunakan uap yang dihasilkan dari ketel uap atau mesin diesel untuk menggerakkan mesin piston. Cristiani Compressed Steam System menggunakan mesin diesel untuk menggerakkan kompresor guna menggerakkan dan mensirkulasikan kembali uap yang dihasilkan oleh ketel uap; secara efektif menggunakan uap sebagai media transmisi daya, dengan mesin diesel sebagai penggerak utama

Diesel–pneumatik

Lokomotif diesel-pneumatik menarik perhatian pada tahun 1930-an karena menawarkan kemungkinan mempercepat dieselisasi. Sasis dan silinder lokomotif uap akan dipertahankan dan ketel uap akan diganti dengan mesin diesel yang menggerakkan kompresor. Masalahnya, efisiensi termalnya rendah karena banyaknya energi yang terbuang sebagai panas dalam kompresor. Upaya dilakukan untuk mengimbangi hal ini dengan menggunakan gas buang diesel untuk memanaskan kembali udara terkompresi tetapi keberhasilannya terbatas. Proposal Jerman pada tahun 1929 menghasilkan sebuah purwarupa tetapi usulan serupa dari Inggris pada tahun 1932, untuk menggunakan lokomotif LNER Class R1, tidak pernah mencapai tahapan rancang bangun.

Kerja majemuk

Lokomotif diesel–elektrik yang dibuat oleh EMD untuk digunakan di Inggris dan Eropa daratan.

Kebanyakan lokomotif diesel mampu melakukan operasi kerja majemuk (multiple unit/MU) sebagai sarana untuk meningkatkan daya kuda dan gaya traksi saat menarik KA berat. Semua lokomotif Amerika Utara, termasuk versi ekspor, menggunakan sistem kontrol kelistrikan AAR standar yang dihubungkan melalui kabel MU 27-pin di antara unit-unitnya. Untuk lokomotif produksi Britania Raya, sejumlah sistem kontrol yang tidak kompatibel digunakan, tetapi yang paling umum adalah sistem Blue Star, yang bersifat elektropneumatik dan dipasang pada sebagian besar lok diesel awal. Sejumlah kecil jenis, biasanya lokomotif bertenaga tinggi yang ditujukan untuk KA penumpang saja, tidak mempunyai sistem kerja majemuk. Dalam semua kasus, sambungan kelistrikan dibuat umum untuk semua lok dan kereta dalam satu rangkaian. Hasilnya adalah semua lokomotif dalam satu rangkaian berperilaku sebagai satu kesatuan yang dikoordinasi oleh masinis dan awak sarana terkait.

Mode MU pertama kali diperkenalkan untuk lok EMC EA/EB tahun 1937. Sambungan kelistrikan dibuat sehingga satu masinis dapat mengoperasikan keseluruhan rangkaian dari lok paling muka.

Di daerah pegunungan, lazimnya lokomotif penolong dapat ditempatkan di bagian tengah kereta, baik untuk menyediakan tenaga ekstra yang dibutuhkan saat menanjak maupun untuk membatasi jumlah tegangan yang diberikan pada alat perangkai kereta/gerbong yang dirangkaikan dengan head-end power. Unit penolong dalam konfigurasi daya terdistribusi tersebut dikoordinasikan melalui sinyal radio berkode. Meskipun secara teknis ini bukan konfigurasi MU, perilakunya sama seperti unit yang saling terhubung secara fisik.

Pengaturan kabin

Pengaturan kabin bervariasi berdasarkan pembuat dan operatornya. Di Amerika Serikat, yang menggunakan satu kabin di salah satu ujungnya, secara tradisional menggunakan bagian kabin dengan jarak pandang terbatas jika lokomotif tidak berjalan maju menggunakan kabin sisi muka. Hal ini biasanya tidak menjadi masalah karena lokomotif AS biasanya dioperasikan berpasangan, atau bertiga, dan diatur sedemikian rupa agar kabin selalu berada di setiap ujung muka rangkaian. Lok di Eropa umumnya menggunakan kabin di kedua ujung lokomotif karena KA biasanya cukup ringan untuk dioperasikan dengan satu lokomotif. Praktik awal Amerika Serikat adalah menambahkan booster atau unit tanpa kabin.

Kelengkapan

Pelindung kobong

Lok diesel standar memiliki risiko kebakaran yang rendah, tetapi "pelindung tahan api" dapat mengurangi risiko lebih jauh. Hal ini melibatkan pemasangan kotak berisi air pada cerobong asap lokomotif untuk memadamkan partikel karbon merah panas yang mungkin keluar ("kobong" lokomotif). Tindakan pencegahan lainnya dapat mencakup sistem kelistrikan yang terisolasi sepenuhnya (tidak ada sisi yang ditanahkan ke sasis) dan semua kabel listrik berada dalam saluran tertutup.

Lok diesel tahan api telah banyak menggantikan peran lokomotif tanpa api di area dengan risiko kebakaran tinggi seperti kilang minyak dan tempat penyimpanan amunisi. Contoh lokomotif tahan api yang masih bertahan antara lain:

• Francis Baily of Thatcham (bekas RAF Welford) di Southall Railway Centre
• Naworth di South Tynedale Railway

Perkembangan terbaru dari Flameproof Diesel Vehicle Applied New Exhaust Gas Dry Type Treatment System tidak memerlukan pasokan air.

Pencahayaan

Kereta api Canadian National Railway yang menunjukkan penempatan lampu utama dan lampu kedip pada lokomotif miliknya

Lampu utama yang dipasang di muka lok diesel dapat bervariasi di berbagai negara. Lokomotif Amerika Utara dilengkapi dengan dua lampu muka (untuk jaga-jaga jika salah satu rusak) dan sepasang lampu kedip. Lampu kedip dipasang di bagian muka dan dirancang untuk membuat lokomotif mudah terlihat saat mendekati perlintasan sebidang. Lokomotif yang lebih tua mungkin dilengkapi dengan Gyralite atau Mars Light sebagai pengganti lampu kedip.

Dampak lingkungan

Pencemaran udara akibat kepulan asap lok Soviet 2TE10M

Meski lok diesel secara umum mengeluarkan lebih sedikit belerang dioksida, yang merupakan polutan utama bagi lingkungan, serta gas rumah kaca dibandingkan lok uap, lok jenis ini masih mengeluarkan emisi dalam jumlah besar. Lebih jauh lagi, seperti kendaraan bertenaga diesel lainnya, kendaraan ini mengeluarkan nitrogen oksida dan partikulat yang membahayakan kesehatan manusia. Faktanya, dalam hal terakhir ini lok diesel mungkin berkinerja lebih buruk daripada lok uap.

Bertahun-tahun, ilmuwan dalam pemerintahan Amerika Serikat yang meneliti pencemaran udara menarik kesimpulan bahwa lok diesel relatif lebih bersih dan emisinya kurang mengancam kesehatan bila dibandingkan dengan truk diesel atau kendaraan lain; tetapi, para ilmuwan menemukan bahwa karena mereka menggunakan estimasi keliru mengenai jumlah bahan bakar yang dikonsumsi oleh lok diesel, mereka sangat meremehkan jumlah pencemaran yang dihasilkan setiap tahunnya. Setelah merevisi perhitungan mereka, mereka menyimpulkan bahwa emisi tahunan nitrogen oksida, kandungan yang ada asbut and hujan asam, dan jelaga akan mencapai hampir dua kali lipat dari yang mereka duga sebelumnya pada tahun 2030.. Di Eropa, yang jalurnya telah dilistriki, justru kurang dikhawatirkan.

Hal ini berarti bahwa di AS lokomotif diesel akan melepaskan lebih dari 800.000 ton nitrogen oksida dan 25.000 ton jelaga setiap tahun dalam seperempat abad, berbeda dengan proyeksi EPA sebelumnya sebesar 480.000 ton nitrogen dioksida dan 12.000 ton jelaga. Dengan temuan tersebut, demi meminimalkan dampak lok diesel pada manusia, hewan, dan tumbuhan, dilakukan pemasangan perangkap asap pada mesin diesel untuk mengurangi tingkat pencemaran dan metode pengendalian pencemaran lainnya (misalnya, penggunaan biodiesel).

Pencemaran lokomotif diesel telah menjadi perhatian khusus di kota Chicago. Chicago Tribune melaporkan tingkat jelaga lok diesel yang berangkat dari Chicago mencapai ratusan kali lipat tingkat jelaga yang biasanya ditemukan di jalan di luar wilayahnya. Warga di perkampungan kemungkinan besar terpapar emisi lok diesel pada tingkat yang beberapa kali lebih tinggi dibandingkan rata-rata nasional untuk wilayah perkotaan.

Mitigasi

Pada tahun 2008, Badan Perlindungan Lingkungan Hidup Amerika Serikat (EPA) menetapkan peraturan yang mewajibkan semua lokomotif diesel baru atau yang sedang menjalani pemeliharaan untuk memenuhi standar Tier II yang memangkas jumlah jelaga yang diizinkan hingga 90% dan nitrogen oksida 80%. Lihat Daftar lokomotif emisi rendah.

Teknologi lain yang sedang digunakan untuk mengurangi emisi dan konsumsi bahan bakar lok diesel misalnya lokomotif pelangsir genset dan desain hibrida Green Goat. Lokomotif genset menggunakan mesin diesel kecil berkecepatan tinggi dan generator kecil, alih-alih satu mesin diesel besar berkecepatan sedang dan satu generator. Karena mahalnya biaya pengembangan mesin yang dianggap lebih bersih, mesin berkecepatan tinggi yang lebih kecil ini didasarkan pada mesin truk yang sudah dikembangkan. Green Goat adalah jenis lokomotif hibrida yang menggunakan mesin diesel kecil dan sejumlah besar baterai isi ulang. Pelangsir menjadi perhatian karena lokomotif tersebut biasanya beroperasi di area terbatas, misalnya di dalam atau dekat pusat kota, dan menghabiskan sebagian besar waktunya dalam keadaan tidak bergerak. Kedua desain mengurangi pencemaran di bawah standar EPA Tier II dan mengurangi atau menghilangkan emisi saat mesin tidak beroperasi.

Keunggulan dibandingkan uap

Dibandingkan lok uap, penggunaan lok diesel memangkas biaya produksi dan pengoperasian sarana baru, sehingga lebih murah dan mudah dioperasikan dibandingkan lokomotif uap. Di Amerika Utara, lokomotif uap dibuat khusus untuk jalur kereta api tertentu, sehingga nilai ekonomisnya sukar dicapai. Meskipun lebih rumit untuk diproduksi dengan toleransi produksi yang ketat (1⁄10000-inci or 0,0025-milimeter untuk diesel, dibandingkan dengan 1⁄100-inci (0,25 mm) untuk uap), suku cadang lokomotif diesel lebih mudah diproduksi massal. Baldwin menawarkan hampir 500 model uap pada masa kejayaannya, sementara EMD menawarkan kurang dari sepuluh jenis diesel. Di Britania Raya, British Railways merakit lok uap dengan desain standar mulai tahun 1951 dan seterusnya. Hal ini sudah termasuk suku cadang standar yang dapat ditukar-tukar, sehingga lebih murah untuk diproduksi dibandingkan lokomotif diesel yang tersedia pada saat itu. Biaya modal per daya kuda adalah £13 6s (uap), £65 (diesel), £69 7s (turbin) dan £17 13s (listrik).

Lok diesel unggul dalam mekanisme pengoperasiannya dibandingkan lokomotif uap. Lokomotif ini dapat dioperasikan dengan aman oleh satu masinis, menjadikannya ideal untuk tugas langsiran di emplasemen (walaupun demi keamanan, banyak lokomotif diesel jalur utama tetap memiliki awak dua orang: masinis dan asistennya) dan lingkungan pengoperasian jauh lebih bersih, tahan cuaca, serta bersih dari kotoran dan panas yang merupakan lingkungan kerja pengoperasian lokomotif uap. Lok diesel dapat bekerja majemuk dengan satu masinis yang menjalankan beberapa lokomotif dalam satu KA – sesuatu yang tidak praktis dengan lokomotif uap. Hal ini memberikan efisiensi yang lebih besar bagi masinisnya, karena masing-masing lokomotif dapat memiliki daya rendah sebagai satu unit lok pada tugas ringan tetapi dirangkai bersama untuk menyediakan tenaga yang dibutuhkan pada KA berat. Dengan traksi uap, diperlukan satu lokomotif yang sangat kuat dan mahal untuk KA terberat, atau menggunakan traksi ganda dengan banyak lokomotif dan awak sarana, sehingga menyebabkan biaya operasi mahal dan lebih sukar dioperasikan.

Lok diesel dapat dinyalakan dan dimatikan segera, artinya lokomotif diesel berpotensi tidak mengeluarkan biaya bahan bakar saat tidak digunakan. Praktik yang masih dilakukan oleh perusahaan kereta api besar di Amerika Utara adalah menggunakan air murni sebagai pendingin pada mesin diesel, bukan pendingin yang memiliki sifat antibeku. Akibatnya, lokomotif diesel dibiarkan nyala saat diparkir saat diparkir di daerah iklim dingin, alih-alih dimatikan sepenuhnya. Lok diesel dapat dibiarkan menyala tanpa pengawasan selama berjam-jam atau bahkan berhari-hari, karena hampir setiap mesin diesel pada lokomotif memiliki sistem yang secara otomatis mematikan mesin jika terjadi masalah seperti hilangnya tekanan oli/bahan bakar atau hilangnya cairan pendingin. Tersedia starter otomatis yang memantau suhu cairan pendingin dan mesin. Ketika unit mencapai titik beku, sistem akan menghidupkan kembali mesin diesel untuk memanaskan cairan pendingin dan sistem lainnya.

Lok uap memerlukan perawatan, pelumasan, dan pembersihan yang intensif sebelum, selama, dan setelah digunakan. Mempersiapkan dan menyalakan lok uap untuk digunakan dalam cuaca dingin bisa memakan waktu berjam-jam. Lok jenis ini dapat disimpan dalam posisi siap dengan api kecil, tetapi hal ini memerlukan pengawasan yang sering untuk menjaga ketinggian air di dalam ketel. Hal ini mungkin diperlukan untuk mencegah air dalam ketel membeku di iklim dingin, selama air tidak membeku. Setelah digunakan, lokomotif uap memerlukan pembersihan, pemeriksaan, pemeliharaan dan pengisian ulang air dan bahan bakar sebelum dinasan berikutnya. Peralihan dari uap ke diesel pada 1940-an dan 1950-an menemukan bahwa pada periode tertentu lokomotif diesel tersedia, rata-rata, tiga atau empat kali lebih banyak jam kerja yang menghasilkan pendapatan dibandingkan lokomotif uap, sehingga jumlah armada lokomotif operasional dipangkas secara drastis. dengan tetap menjaga kapasitas operasional.

Biaya pemeliharaan dan operasional lokomotif uap jauh lebih mahal dibandingkan lokomotif diesel. Biaya pemeliharaan tahunan lokomotif uap mencapai 25% dari harga beli awal. Terkadang suku cadang dibuat khusus oleh pengrajin untuk lokomotif tertentu. Banyaknya lokomotif uap yang khas berarti tidak ada cara khusus untuk mempertahankan persediaan suku cadang. Dengan hadirnya lok diesel, suku cadang dapat diproduksi massal dan dapat disimpan dalam waktu lama serta banyak suku cadang dapat distandardisasi di seluruh armada operator yang menggunakan model lokomotif berbeda dari produsen yang sama. Mesin lokomotif diesel modern dirancang agar dapat digonta-ganti komponennya dengan tetap mempertahankan blok utama, yang sangat memangkas waktu lokomotif saat tidak dapat digunakan untuk operasional rutin karena memerlukan pemeliharaan.

Mesin uap membutuhkan batu bara dan air dalam jumlah besar, yang merupakan biaya modal lancar yang mahal. Selain itu, efisiensi termal uap jauh lebih kecil dibandingkan mesin diesel. Studi teoretis diesel menunjukkan potensi efisiensi termal untuk mesin diesel sebesar 36% (dibandingkan dengan 6–10% untuk uap), dan purwarupa satu silinder tahun 1897 dioperasikan dengan efisiensi 26%.

Akan tetapi, sebuah penelitian yang diterbitkan pada tahun 1959 menunjukkan bahwa banyak upaya membandingkan lok diesel dan uap dibuat secara tidak adil, terutama karena mesin diesel adalah teknologi lebih baru. Setelah melakukan analisis yang cermat terhadap laporan keuangan dan kemajuan teknologi, para pembuat penelitian menyimpulkan bahwa jika penelitian mengenai teknologi uap terus dilakukan alih-alih diesel, maka manfaat finansial dari dieselisasi akan sangat kecil.

Pada pertengahan 1960-an, lokomotif diesel telah secara efektif menggantikan lokomotif uap pada jalur yang tidak dilistriki. Upaya untuk mengembangkan teknologi uap canggih terus berlanjut pada abad ke-21 tetapi belum memberikan dampak yang signifikan.

Lihat pula

•  Kereta rel diesel
• Lokomotif turbin gas
• Kendaraan hibrida listrik 

Referensi

Daftar pustaka

• 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. 

Pranala luar

• US Government test of GP38-2 locomotive with biodiesel fuel.
• A 1926 article The Diesel Engine in Railway Transportation on Diesel locomotives
• Diesel locomotive