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ディーゼル機関車とは、動力源がディーゼルエンジンである鉄道機関車の一種である。ディーゼル機関車にはいくつかの種類が開発されており、主な違いは駆動輪への機械動力の伝達方法にある。最も一般的なのは、ディーゼル電気機関車とディーゼル油圧機関車である。
初期の内燃機関車や鉄道車両は、燃料として灯油やガソリンを使用していた。ルドルフ・ディーゼルは1898年に最初の圧縮着火エンジン[ 2 ]の特許を取得し、ディーゼルエンジンの設計は着実に改良され、物理的なサイズが小さくなり、出力重量比が向上して、機関車に搭載できるようになった。内燃機関は限られた出力帯域内でのみ効率的に動作し、低出力のガソリンエンジンは機械式トランスミッションと組み合わせることができたが、より強力なディーゼルエンジンでは新しい形式のトランスミッションの開発が必要だった。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]これは、これらの出力レベルではクラッチが非常に大きくなければならず、標準的な2.5m （8フィート2インチ）幅の機関車のフレームに収まらないか、摩耗が早すぎて役に立たなくなるためである。
最初の成功したディーゼルエンジンはディーゼル電気式変速機を使用しており、1925年までに米国では600馬力（450kW ）のディーゼル機関車が少数ながら運行されていた。1930年、英国のアームストロング・ホイットワース社は、スルザー社設計のエンジンを搭載した1,200馬力（890kW ）の機関車2両をアルゼンチンのブエノスアイレス・グレート・サザン鉄道に納入した。 1933年、マイバッハが開発したディーゼル電気技術が、高速都市間列車であるDRGクラスSVT 877の動力源として採用され、1935年からはドイツ国内の他の流線型車両とともに量産が開始された。米国では、1934年後半に高速幹線旅客列車にディーゼル電気推進が導入されたが、これは主に1920年代後半から続くゼネラルモーターズの研究開発努力と、バッド社による軽量車体設計の進歩によるものであった。
第二次世界大戦からの経済復興により、多くの国でディーゼル機関車の普及が加速した。ディーゼル機関車は蒸気機関車よりも柔軟性と性能に優れ、運転・保守コストも大幅に低かった。[ 8 ]
鉄道機関車に内燃機関を使用した最も初期の記録例は、ウィリアム・デント・プリーストマンが設計した試作機で、1888年に初代ケルビン男爵ウィリアム・トムソンが調査し、「機関車用石油エンジンの適合性を示すために仮設線路で動作する台車に取り付けられたプリーストマン石油エンジン」と説明した。 [ 9 ] [ 10 ] 1894年には、プリーストマン兄弟が製造した20馬力（15kW ）の2軸機関車がハル・ドックで使用された。[ 11 ] [ 12 ] 1896年には、ハーバート・アクロイド・スチュアートが設計したエンジンを使用して、イギリスのウーリッジにある王立兵器廠向けに石油エンジンの鉄道機関車が製造された。[ 13 ]それはホットバルブエンジン（セミディーゼルとも呼ばれる）を使用していたためディーゼルではありませんでしたが、ディーゼルの前身でした。
ルドルフ・ディーゼルは、1893年の著書『合理的な熱機関の理論と構造』 （Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren）の中で、機関車の動力として自身のエンジンを使用することを検討した。[ 14 ]しかし、初期のディーゼルエンジンはサイズが大きく、出力重量比が悪かったため、陸上車両の推進には適していなかった。そのため、当初は鉄道の原動機としてのエンジンの可能性は認識されていなかった。[ 15 ]研究開発によってエンジンのサイズと重量が縮小されるにつれて、この状況は変化した。
1906年、ルドルフ・ディーゼル、アドルフ・クローゼ、蒸気機関およびディーゼル機関メーカーのゲブリューダー・スルツァーは、ディーゼル機関車を製造するためにディーゼル・スルツァー・クローゼ有限会社を設立した。スルツァーは1898年からディーゼル機関を製造していた。プロイセン国鉄は1909年に同社にディーゼル機関車を発注し、スイスのヴィンタートゥールとロマンスホルン間の試運転の後、ディーゼル機関車は1912年9月にベルリンに納入された。世界初のディーゼル機関車は1912年の夏にヴィンタートゥールからの同じ路線で運行されたが、商業的には成功しなかった。[ 16 ] 1913年の試運転中にいくつかの問題が発見された。1914年の第一次世界大戦の勃発により、それ以上の試運転はすべて中止された。機関車の重量は95トン、出力は883kW （1,184馬力）、最高速度は100km /h（62mph）でした。[ 17 ]
1920年代半ばにかけて、いくつかの国で少数の試作型ディーゼル機関車が製造された。
中国で最初に国産化されたディーゼル車両の一つは、 1958年に中国中車四方汽車によって製造された東風ディーゼル多目的車（DMU）である。中国初のディーゼル機関車であるDFH1型は、1959年に試作機が製造された後、1964年に量産が開始された。
日本では、1920年代からガソリン電気式気動車がいくつか製造された。日本の鉄道で最初のディーゼル電気牽引車と最初のエアストリーム式車両は、キハ43000系DMU3の2両であった。[ 18 ]日本初のディーゼル機関車シリーズはDD50形（国鉄DD50形）で、1950年から開発され、1953年から運用されている双胴機関車である。[ 19 ]
1914年、世界初の実用的なディーゼル電気式気動車が、ラシュタット貨車工場によって、ブラウン・ボヴェリ社製の電気機器とスイスのスルザー社製のディーゼルエンジンを搭載して、ケーニヒリッヒ・ザクセン州立鉄道（Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen）向けに製造されました。これらはDET 1とDET 2（de.wiki）に分類されました。第一次世界大戦中の石油製品不足のため、ドイツでは定期運行には使用されませんでした。1922年、スイスのヴァル・ド・トラヴェール地域鉄道会社に売却され、1944年の路線電化まで定期運行に使用されました。その後、同社は1965年までブースターとしてこれらの車両を運用し続けました。
フィアットは1922年にイタリア初のディーゼル電気機関車を製造したと主張しているが、詳細はほとんど分かっていない。1924年から25年にかけての試験の後、1926年にイタリア南部の950 mm ( 3フィート1 + 3 ⁄ 8インチ)狭軌鉄道であるフェッロヴィエ・カラブロ・ルカーネとソシエタ・ペル・レ・ストラーデ・フェラーテ・デル・メディテラノで運用するために、数台のフィアット-TIBB Bo'Bo' ディーゼル機関車が製造された。[ 20 ] 6気筒2ストロークエンジンは500 rpmで440馬力 (330 kW)を発揮し、各車軸に1つずつ、計4つの直流モーターを駆動した。最高速度45 km/h (28 mph)のこれらの44トン (43ロングトン、49ショートトン)の機関車は非常に成功した。[ 21 ]
1924年、ソビエト連邦鉄道はほぼ同時期に2両のディーゼル電気機関車を運用開始した。
1935年、クラウス＝マッファイ、MAN、フォイトは、ドイツで最初のディーゼル油圧機関車「V 140」を製造した。ドイツ国鉄（DRG）はこの機関車の性能に満足し、ディーゼル油圧方式はドイツのディーゼル機関車の主流となった。ドイツにおけるディーゼル機関車の量産は第二次世界大戦後に始まった。
多くの鉄道駅や工業団地では、散発的に発生する短い作業の合間に、蒸気機関車を常に高温に保つ必要があった。そのため、ディーゼル機関車は列車の牽引よりも先に、入換作業において経済的に利用できるようになった。ディーゼル機関車の製造は、1920年にフランス、1925年にデンマーク、1926年にオランダ、そして1927年にドイツで始まった。数年間の試験の後、10年以内に数百両が生産された。
ディーゼル動力、または「オイルエンジン」のレールカー（一般的にはディーゼル機械式）は、1930年代にさまざまなヨーロッパのメーカーによって開発されました。たとえば、ウィリアム・ベアードモア社がカナダ国鉄向けに開発しました（ベアードモア・トルネード・エンジンは後にR101飛行船に使用されました）。地域交通向けのこれらのシリーズの中には、ガソリンモーターで始まり、その後ディーゼルモーターに引き継がれたものもありました。たとえば、ハンガリーのBC mot（クラスコードからは「2等席と3等席を備えたレールモーター」としかわかりません）、1926年から1937年にかけて128両が製造されました。また、ドイツのヴィスマール・レールバス（1932年から1941年にかけて57両）もそうです。フランスでは、最初のディーゼルレールカーはルノーVHで、1933年から1934年にかけて115両が製造されました。イタリアでは、1931年以来6台のガソリン車が製造された後、フィアットとブレダは多数のディーゼルレールモーターを製造し、1933年から1938年にかけて110台以上、1940年から1953年にかけて390台を製造した。クラス772はリトリナとして知られ、クラスALn 900も製造された。
1930年代には、いくつかの国で流線型の高速ディーゼル鉄道車両が開発された。
1945年、バルドウィン社製のディーゼル電気機関車30両（バルドウィン0-6-6-0 1000型）が、アメリカ合衆国からソビエト連邦の鉄道に納入された。
1947年、ロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道（LMS）は、英国での定期運行用に、 1,600馬力（1,200kW ）のCo-Coディーゼル電気機関車（後に英国鉄道D16/1形となる）2両のうち最初の1両を導入した。ただし、アームストロング・ホイットワースなどの英国メーカーは1930年からディーゼル機関車を輸出していた。20形や31形などの他の設計の機関車が英国鉄道に納入されたのは1957年のことである。
イタリアにおけるディーゼル機関車の量産は1950年代半ばに始まった。イタリアでは、主要路線の電化が最も進んだ国の一つであったこと、またイタリアの地理的条件から、多くの国内路線においても海上輸送の方が鉄道輸送よりも安価であったことから、ディーゼル機関車の重要性は他国ほど高くはなかった。
アドルフス・ブッシュは1898年にディーゼルエンジンの米国製造権を購入したが、この新しい動力源を輸送に利用することはなかった。彼は1911年にブッシュ・スルザー社を設立した。20世紀初頭には、内燃機関を搭載した鉄道車両は、機械駆動システムの困難さもあって、限定的な成功しか収められなかった。[ 23 ]
ゼネラル・エレクトリック（GE）は20世紀初頭に鉄道車両市場に参入した。トーマス・エジソンが電気機関車の特許を所有しており、彼の設計は実際には電気推進式の鉄道車両の一種であった。[ 24 ] GEは1895年に最初の電気機関車の試作機を製造した。しかし、電化コストが高かったため、GEは電気鉄道車両に電力を供給するために内燃機関に注目するようになった。原動機と電動機の協調に関する問題がすぐに発生したが、これは主に選択されたワード・レナード電流制御システムの制限によるものであった。GEレールは1907年に設立され、112年後の2019年にワブテックに買収され合併した。
1914年にGEの電気技師であるヘルマン・レンプが、エンジンと牽引モーターを1本のレバーで制御する信頼性の高い制御システムを開発し特許を取得したことで、大きなブレークスルーが起こりました。その後の改良もレンプによって特許が取得されました。[ 25 ]レンプの設計は、低速時に過剰な電力で牽引モーターを過負荷にして損傷させる問題を解決し、すべての内燃機関電気駆動制御システムのプロトタイプとなりました。
1917年から1918年にかけて、GEはレンプの制御設計を用いた実験的なディーゼル電気機関車を3両製造した。これは米国で製造された最初の機関車として知られている。[ 26 ]この開発に続いて、1923年のカウフマン法は、深刻な公害問題のため、ニューヨーク市での蒸気機関車の運行を禁止した。この法律への対応として、交通量の多い鉄道路線を電化することが提案された。しかし、交通量の少ない地域に電化を適用するのは経済的ではなかった。
ディーゼル電気機関車の最初の定期的な使用は、幹線での使用よりも当時のディーゼル技術の限界に対する許容度が高く、蒸気機関車に対するディーゼルのアイドリング時の経済性が最も有益となる入換（シャント）用途であった。GEは1924年にアメリカン・ロコモティブ・カンパニー（ALCO）およびインガソール・ランド（「AGEIR」コンソーシアム）と提携し、1925年7月に納入された300馬力（220kW ）の「ボックスキャブ」機関車の試作機を製造した。この機関車は、鉄道会社が電化の多額の費用を負担することなく、ディーゼル電気動力ユニットが電気機関車の多くの利点を提供できることを実証した。 [ 27 ]このユニットは、10の鉄道と3つの産業路線で入換および地域貨物・旅客サービスにおいて成功裏に実証された。[ 28 ] ウェスティングハウス・エレクトリックとボールドウィンは1929年から協力して入換機関車を製造した。しかし、世界恐慌によりウェスティングハウスの電気機器の需要が減少し、機関車の社内製造を中止し、代わりに電気部品の供給に切り替えた。[ 29 ]
1925 年 6 月、ボールドウィン機関車工場は、ウェスティングハウス電気会社製の電気機器を使用して、「特殊用途」（蒸気機関車用の水が不足している場所での運行など）向けのディーゼル電気機関車の試作機を出荷した。[ 30 ]ツインエンジン設計は成功せず、このユニットは短い試験とデモンストレーション期間の後、廃棄された。[ 31 ]業界関係者は、「この新しい形式の動力の優れた利点」を示唆し始めていた。[ 32 ] 1929 年、カナダ国鉄は、ウェスティングハウス製の 9000 号機と 9001 号機の 2 台を使用して、北米の鉄道で初めて本線でディーゼル機関車を使用した。[ 33 ]しかし、これらの初期のディーゼル機関車は高価で信頼性が低く、蒸気機関車に比べて高い取得コストは、頻繁に運行停止になったため、運用コストの削減にはつながらなかった。ディーゼル電気推進が幹線鉄道で実用化されるまでにはさらに5年を要し、既存のディーゼル技術で蒸気機関を完全に置き換えることが現実的な見通しとなるまでには、ほぼ10年を要した。
ディーゼル動力が幹線鉄道に普及する前に、1930年頃のディーゼルエンジンの限界 、すなわち出力重量比の低さと出力範囲の狭さを 克服する必要がありました。これらの限界を克服するための大きな取り組みは、ゼネラルモーターズが1930年に船舶用および定置用ディーゼルエンジンの大手メーカーであるウィントン・エンジン・カンパニーを買収してディーゼル分野に進出した後に開始されました。ゼネラルモーターズ研究部門の支援を受けて、GMのウィントン・エンジン・コーポレーションは高速移動用途に適したディーゼルエンジンの開発を目指しました。その取り組みにおける最初のマイルストーンは、1934年初頭に納入されたウィントン201Aでした。これは、高速軽量旅客列車に必要な性能を発揮できる、2ストローク、機械式吸気、ユニフロー掃気、ユニットインジェクションのディーゼルエンジンでした。 2つ目の節目であり、アメリカの鉄道がディーゼル化へと向かうきっかけとなったのは、機関車専用に設計されたGMのモデル567エンジンが1938年に納入されたことであり、これにより一部の機械部品の寿命が5倍に延び、貨物輸送の過酷な条件にも耐えうる可能性が示された。[ 34 ]
ディーゼル電気機関車が本線に導入されたのは、バーリントン・ルートとユニオン・パシフィックが特注のディーゼル「ストリームライナー」を使用して乗客を輸送し始めた1934年後半からである。 [ 23 ] [ 35 ]バーリントンのゼファー 列車は、1934年から1935年初頭にかけて600馬力の動力車を備えた連接式3両編成から、1936年後半に導入されたキャブブースター動力車に牽引されるデンバー・ゼファー半連接式10両編成へと進化した。ユニオン・パシフィックは1935年6月にシカゴとオレゴン州ポートランド間のディーゼル・ストリームライナー・サービスを開始し、翌年にはシカゴ発のディーゼル・ストリームライナーの目的地にカリフォルニア州ロサンゼルス、カリフォルニア州オークランド、コロラド州デンバーを追加した。バーリントン鉄道とユニオン・パシフィック鉄道の流線型列車は、それぞれバッド社とプルマン・スタンダード社によって製造され、GMのエレクトロ・モーティブ・コーポレーションが設計した新しいウィントンエンジンと動力伝達システムを使用していた。EMCの1935年の実験的な1800馬力BB機関車は、キャブ/ブースターセットに使用された多重ユニット制御システムと、後のゼファー動力ユニットで使用されたツインエンジン形式を実証した。これらの機能は両方とも、EMCの後の生産型機関車に使用された。1930年代半ばの軽量ディーゼル流線型列車は、画期的なダイヤで旅客サービスにおけるディーゼルの利点を実証したが、ディーゼル機関車の動力は、幹線用ディーゼル機関車の量産が開始され、フルサイズの旅客および貨物サービスに適していることが証明されるまで、完全に成熟することはなかった。
AGEIRコンソーシアムは、1925年の試作機に続き、1925年から1928年にかけて、ニューヨーク市の複数の鉄道向けに、300馬力（220kW ）の「60トン」AGEIRボックスキャブ入換機関車をさらに25両製造し、量産された最初のディーゼル機関車とした。 [ 36 ]同コンソーシアムはまた、7両のツインエンジン「100トン」ボックスキャブと、ディーゼル駆動の充電回路を備えたハイブリッドトロリー/バッテリーユニットを1両製造した。 ALCOは1929年にマッキントッシュ＆シーモア・エンジン社を買収し、1931年には300馬力（220kW ）と600馬力（450kW ）の単車軸入換機関車の量産を開始した。ALCOは1930年代半ばまで入換機関車の主要メーカーであり続け、その基本的な入換機関車の設計を応用して、比較的低出力ながらも汎用性が高く、非常に成功した幹線用機関車を製造した。
GMは、カスタム流線型機関車の成功を見て、エレクトロ・モーティブ・コーポレーション（EMC）の下で標準化された機関車を生産することで、ディーゼル動力の市場を拡大しようとした。1936年、EMCの新工場は入換機関車の生産を開始した。1937年には、同工場は新型のEシリーズ流線型旅客機関車の生産を開始し、1938年にはより信頼性の高い専用設計のエンジンにアップグレードされた。旅客機関車における新型567型エンジンの性能と信頼性を見て、EMCは貨物輸送におけるディーゼルの実現可能性を実証することに熱心だった。
1939年にEMCのFTデモンストレーター貨物機関車セットが成功を収めた後、アメリカの鉄道のディーゼル化への道が開かれた。1941年、ALCO-GEは独自の市場ニッチを占めるRS-1ロードスイッチャーを発表し、EMDのFシリーズ機関車は幹線貨物輸送用に求められた。アメリカの第二次世界大戦参戦はディーゼル化への移行を遅らせた。戦時生産委員会は新しい旅客車両の製造を中止し、ディーゼルエンジンの生産を海軍用に優先した。1942年から43年の石油危機の間、石炭焚き蒸気機関車は、極めて不足していた燃料を使用しないという利点があった。EMDは後にFT機関車の生産を増やすことが許可され、ALCO-GEは限定された数のDL-109ロード機関車を生産することが許可されましたが、機関車業界のほとんどの企業は入換機関車と蒸気機関車の製造に限定されていました。
戦後初期、EMDはEシリーズとFシリーズの機関車で幹線用機関車市場を席巻した。1940年代後半、ALCO-GEは短距離輸送市場で成功を収めた入換機関車と幹線入換機関車を製造した。しかし、EMDは1949年にGPシリーズの幹線入換機関車を発売し、自社のFシリーズ機関車を含む貨物輸送市場の他のすべての機関車を駆逐した。その後、GEはALCOとの提携を解消し、1960年代初頭にEMDの主要な競合相手として台頭し、最終的にはEMDから機関車市場のトップの座を奪った。
米国の初期のディーゼル電気機関車は直流（DC）牽引モーターを使用していたが、交流（AC）モーターは1990年代に広く使用されるようになり、 1993年のエレクトロ・モーティブSD70MACを皮切りに、1994年のゼネラル・エレクトリックのAC4400CW、1995年のAC6000CWがそれに続いた。[ 37 ]
1912年から1917年にかけて連邦鉄道（CR）によって建設されたトランスオーストラリア鉄道は、蒸気機関車には不向きな、水のない（または塩水のある）砂漠地帯を2,000kmにわたって通過します。当初 の技師ヘンリー・ディーンは、このような問題を克服するためにディーゼル機関車の運行を構想しました。 [ 38 ] CRが南オーストラリア鉄道と協力してディーゼル牽引の試験を行ったという説もあります。[ 39 ]しかし、その技術は信頼できるほど十分に開発されていませんでした。
ヨーロッパと同様に、内燃機関の利用は機関車よりも自走式鉄道車両においてより速やかに進展した。
ディーゼル機関車は、ほとんどの道路車両と同様の方法で機械式変速機を使用します。このタイプの変速機は、一般的に低出力・低速の入換機関車、軽量多目的車両、自走式鉄道車両に限定されます。
鉄道の推進に使用される機械式変速機は、一般的に道路用のものよりも複雑で、はるかに頑丈です。通常、エンジンと変速機の間には流体継手が介在し、変速機は負荷がかかった状態でも変速できるように遊星歯車式（エピサイクリック式）であることが多いです。変速時の変速中断を最小限に抑えるために、ハズウェル・クラーク社が使用したSSS（シンクロセルフシフト）変速機など、さまざまなシステムが考案されています。
ディーゼル機械式推進は、重い列車を動かすのに必要な出力とトルクに対応できる適切なサイズのトランスミッションを製造するのが難しいという制約がある。ディーゼル機械式推進を高出力用途に利用しようとする試みは数多く行われてきた（例えば、1,500 kW（2,000 hp）の英国鉄道10100型機関車など）が、成功した例はごくわずかである（例えば、1,342 kW（1,800 hp）のDSBクラスMFなど）。
ディーゼル電気機関車では、ディーゼルエンジンが直流発電機（一般的に牽引用として正味出力3,000馬力（2,200kW ）未満）または交流発電機・整流器（一般的に牽引用として正味出力3,000馬力以上）を駆動し、その出力が機関車を駆動する牽引モーターに電力を供給します。ディーゼルエンジンと車輪の間には機械的な接続はありません。
ディーゼル電気推進の重要な構成要素は、ディーゼルエンジン（原動機とも呼ばれる）、主発電機／オルタネータ整流器、牽引モーター（通常は4軸または6軸）、およびエンジンガバナーと、スイッチギア、整流器、その他のコンポーネントを含む電気または電子部品からなる制御システムであり、これらのコンポーネントは牽引モーターへの電力供給を制御または調整する。最も基本的な場合、発電機は非常にシンプルなスイッチギアのみでモーターに直接接続される。
当初、牽引モーターと発電機は直流機でした。 1960年代に大容量シリコン整流器が開発された後、直流発電機はダイオードブリッジを用いて出力を直流に変換する交流発電機に置き換えられました。この進歩により、発電機内の整流子とブラシが不要になったことで、機関車の信頼性が大幅に向上し、発電機のメンテナンスコストも削減されました。ブラシと整流子が不要になったことで、フラッシュオーバー（アーク故障とも呼ばれる）と呼ばれる、特に破壊的な事象が発生する可能性もなくなりました。フラッシュオーバーは、発電機の即時故障や、場合によっては機関室火災を引き起こす可能性がありました。
北米では現在、高速旅客列車や定時貨物列車には4軸、低速列車や定期貨物列車には6軸の車両が一般的に使用されている。定時貨物列車で使用される最新型の車両は、車体下部に6軸を備えていることが多い。定期貨物列車とは異なり、定時貨物列車では4軸のみが牽引モーターに接続され、残りの2軸は重量配分のための遊動軸となる。
1980年代後半、高出力可変電圧・可変周波数（VVVF）駆動装置、いわゆる「牽引インバータ」の開発により、多相交流牽引モーターの使用が可能となり、モーターの整流子とブラシも不要になった。その結果、より効率的で信頼性の高い駆動装置が実現し、メンテナンスの手間も比較的少なく、従来のモーターをしばしば破損させていた過負荷状態にもより適切に対応できるようになった。
ディーゼル電気機関車の出力は、発電機の電流と電圧の制限を超えない限り、走行速度に依存しません。したがって、牽引力（牽引棒の引き力、または牽引力とも呼ばれ、実際に列車を推進する力）を発揮する能力は、これらの制限内では速度に反比例する傾向があります（下図の出力曲線を参照）。許容可能な運転パラメータを維持することは、初期のディーゼル電気機関車の開発において解決しなければならなかった主要な設計上の考慮事項の1つであり、最終的には、現代の機関車に搭載されている複雑な制御システムにつながりました。
原動機の出力は、主に回転速度（ RPM）と燃料供給量によって決まり、これらはガバナーまたは同様の機構によって制御されます。ガバナーは、エンジンドライバーによって決定されるスロットル設定と原動機の回転速度の両方に反応するように設計されています（制御理論を参照）。
機関車の出力、ひいては速度は、通常、運転士が段階式またはノッチ式のスロットルを使用して制御します。このスロットルは、スロットル位置に対応するバイナリのような電気信号を生成します。この基本的な設計は、編成内のすべての車両がスロットル位置に同じように反応することを保証する離散的な条件を生成するため、複数車両（MU）運転に適しています。バイナリ符号化は、車両間で信号を伝達するために必要な配線（電気接続）の数を最小限に抑えるのにも役立ちます。たとえば、スロットル段階が最大14段階ある場合、すべての可能なスロットル位置を符号化するために必要な配線はわずか4本です。
EMDやゼネラル・エレクトリック社などが製造する北米の機関車は、双方向運転を可能にするため、8段階のスロットル位置（「ノッチ」）と「リバーサー」を備えている。英国製の機関車の多くは、10段階のスロットルを備えている。機関車の乗務員は、スロットルの設定に応じて、これらの動力位置を「ラン3」や「ノッチ3」などと呼ぶことが多い。
旧型の機関車では、スロットル機構はラチェット式になっており、一度に複数の出力位置を進めることができませんでした。例えば、運転士はスロットルをノッチ3で止めずにノッチ2からノッチ4まで動かすことはできませんでした。この機能は、スロットルを急激に動かすことで発生する出力の急激な増加（「スロットルストリッピング」と呼ばれる、多くの鉄道会社で運行規則違反）による列車の乱暴な運転を防ぐためのものでした。現代の機関車にはこのような制限はありません。制御システムがスムーズに出力を調整し、運転士の操作方法に関わらず列車の負荷の急激な変化を回避できるようになったためです。
スロットルがアイドル位置にあるとき、原動機には最小限の燃料しか供給されないため、低回転数でアイドリング状態になります。さらに、牽引モーターは主発電機に接続されておらず、発電機の界磁巻線は励磁（通電）されていません。発電機は励磁なしでは発電しません。したがって、機関車は「ニュートラル」状態になります。概念的には、これは自動車のトランスミッションをエンジン作動中にニュートラルに入れるのと同じです。
機関車を動かすには、逆転器の操作ハンドルを正しい位置（前進または後退）に合わせ、ブレーキを解除し、スロットルをラン1の位置（最初の出力ノッチ）に動かします。熟練した機関士であれば、これらの手順を連携させて行うことで、ほとんど気づかないほどスムーズに発進させることができます。逆転器の位置調整とスロットルの操作は、エンジンがアイドリング状態のときに自動車のオートマチックトランスミッションをギアに入れるのと概念的に似ています。
スロットルを最初の動力位置に入れると、牽引モーターが主発電機に接続され、主発電機の界磁コイルが励磁されます。励磁が行われると、主発電機は牽引モーターに電力を供給し、機関車が動き出します。機関車が「軽負荷」（つまり、列車の残りの部分と連結されていない状態）で、かつ上り坂でない場合は、容易に加速します。一方、長い列車を発車させる場合、列車の抵抗が牽引力を上回るため、たるみが解消されるとすぐに機関車が失速する可能性があります。熟練した機関士は、失速の兆候を察知し、加速のペースを維持するために必要に応じてスロットルを徐々に進めます。
スロットルをより高い出力位置に動かすと、原動機への燃料供給量が増加し、それに伴って回転数と出力馬力も増加します。同時に、主発電機の界磁励磁も比例して増加し、より高い出力に対応します。これにより、牽引モーターへの電力出力が増加し、牽引力も増加します。最終的には、列車の運行スケジュールに応じて、運転士はスロットルを最大出力位置まで動かし、列車が所望の速度に達するまでその状態を維持します。
推進システムは、始動時に牽引モーターのトルクを最大化するように設計されており、そのため現代の機関車は、上り坂でも15,000トンを超える重量の列車を始動させることができるのです。現在の技術では、機関車は積載運転士重量の最大30%に相当する牽引力を発生させることができ、大型の6軸貨物車両の場合、120,000ポンド力（530kN ）の牽引力となります。実際、このような車両を連結すると、始動時に十分な牽引力が発生し、カーブでは車両が損傷したり脱線したり、連結器が破損したりする可能性があります（後者は北米の鉄道スラングで「肺が引っ張られる」と表現されます）。したがって、機関士は、損傷を避けるために、始動時に加える動力の量を注意深く監視する必要があります。特に、上り坂で「肺が痙攣する」ような事態が起きた場合、それは大惨事になりかねない。しかし、現在では貨車に搭載されているフェイルセーフ式の自動列車ブレーキが正しく作動することで、列車の線路の空気圧が低下した際に自動的にブレーキがかかり、暴走列車を防ぐことができる。
機関車の制御システムは、主発電機の出力が任意のエンジン回転数に一致するように設計されています。牽引モーターの固有の特性と、モーターが主発電機に接続される方法を考慮すると、機関車の低速時には発電機は高電流・低電圧を生成し、機関車が加速するにつれて徐々に低電流・高電圧に変化します。したがって、機関車が生成する正味出力は、任意のスロットル設定で一定に保たれます（ノッチ8の出力曲線グラフを参照）。
旧型設計では、エンジンのガバナーとそれに付随する負荷レギュレータが制御システムの中心的な役割を担っていました。ガバナーには、エンジン運転士のスロットル設定によって決定される要求エンジン回転数と、実際のエンジン回転数（フィードバック）という2つの外部入力があります。ガバナーには、エンジンの燃料供給量を決定する燃料インジェクタ設定と、主発電機の励磁に影響を与える電流レギュレータ位置という2つの外部制御出力があります。ガバナーには、エンジンの回転数が規定値を超えた場合にインジェクタへの燃料供給を即座に遮断し、運転室で警報を発する過速度保護機構も組み込まれています。これらの入力と出力はすべて電気的なものとは限りません。
エンジンの負荷が変化すると、回転速度も変化します。ガバナーは、エンジン回転数フィードバック信号の変化によってこの変化を検出します。その結果、燃料供給量と負荷調整器の位置が調整され、実際の走行速度に関わらず、スロットル開度に応じてエンジン回転数とトルク（ひいては出力）が一定に保たれます。
「トラクションコンピュータ」によって制御される最新の設計では、各エンジン速度ステップに適切な出力、つまり「kW基準値」がソフトウェアで割り当てられます。コンピュータはこの値を、トラクションモータ電流と主発電機電圧のフィードバック値から計算された実際の主発電機出力、つまり「kWフィードバック値」と比較します。コンピュータは、上記のように主発電機の励磁を制御することで、フィードバック値を基準値に一致するように調整します。ガバナーは依然としてエンジン速度を制御しますが、このタイプの制御システムでは負荷レギュレータはもはや中心的な役割を果たしません。ただし、負荷レギュレータはエンジンの過負荷の場合の「バックアップ」として保持されます。電子燃料噴射（EFI）を搭載した最新の機関車には機械式ガバナーがない場合がありますが、コンピュータモジュールによって「仮想」負荷レギュレータとガバナーが保持されます。
牽引モータの性能は、直流モータの場合は主発電機の直流電圧出力を変化させることによって、交流モータの場合は可変電圧可変周波数駆動装置（VVVF駆動装置）の周波数と電圧出力を変化させることによって制御されます。直流モータの場合、駆動装置を様々な運転条件に適応させるために、様々な接続方式が用いられます。
停車時、主発電機の出力は初期状態では低電圧・高電流となり、最大出力時にはモーター1台あたり1000アンペアを超えることも珍しくありません。機関車が停車状態またはほぼ停車状態にある場合、電流の流れはモーター巻線と相互接続回路の直流抵抗、および主発電機自体の容量によってのみ制限されます。直巻モーターのトルクは電流の2乗にほぼ比例します。したがって、牽引モーターは最大のトルクを発生させ、機関車は最大の牽引力を発揮し、列車の慣性を克服することができます。この効果は、自動車のオートマチックトランスミッションが始動時に1速に入り、最大のトルク増幅効果を発揮するのと類似しています。
機関車が加速すると、回転するモーターの電機子は逆起電力（逆EMF、つまりモーターが発電機としても機能しようとする力）を発生させ始め、これが主発電機の出力に抵抗し、牽引モーターの電流を減少させます。主発電機の電圧はモーターの出力を維持しようとして上昇しますが、最終的には一定値に達します。この時点で、機関車は下り坂でない限り、実質的に加速を停止します。この一定値に達する速度は通常、望ましい最大速度よりもかなり低いため、加速を継続できるように駆動特性を変更する必要があります。この変更は「遷移」と呼ばれ、自動車のギアチェンジに似たプロセスです。
移行方法には以下が含まれます。
両方の方法を組み合わせることで、動作速度範囲を拡大することも可能です。
旧型の機関車では、運転士が別の制御装置を用いて手動で切り替えを行う必要がありました。適切なタイミングで切り替えを行うための補助として、負荷計（牽引モーターが消費する電流値を運転士に示す計器）が校正され、前進または後退の切り替えを行うべきポイントを示すようになっていました。その後、運転効率の向上と、不適切な切り替えによる主発電機および牽引モーターの過負荷を防ぐために、自動切り替え機能が開発されました。
現代の機関車には、交流から直流への変換を行う牽引インバータが搭載されており、1,200ボルトの電圧を供給できる（以前の牽引発電機は直流から直流への変換で、600ボルトしか供給できなかった）。この改良は、主にシリコンダイオード技術の進歩によって実現された。牽引モーターに1,200ボルトを供給できるようになったことで、「変換」の必要性がなくなった。
ディーゼル電気機関車によく見られるオプションとして、動的（抵抗式）ブレーキがある。
動的ブレーキは、機関車が走行中は常に牽引モーターの電機子が回転していること、および界磁巻線を個別に励磁することでモーターを発電機として動作させることができるという事実を利用しています。動的ブレーキを使用する場合、牽引制御回路は次のように構成されます。
上記の総合的な効果として、各牽引モーターは発電を行い、その電力を動的制動グリッド内で熱として放散します。グリッドに接続されたファンは強制空冷を行います。したがって、ファンは牽引モーターの出力によって駆動され、グリッドに供給されるエネルギーが増加するにつれて回転速度が上がり、風量も増加する傾向があります。
最終的に、動的ブレーキ機構で消費されるエネルギー源は、牽引モーターの電機子に伝達される機関車の動きです。したがって、牽引モーターは抵抗を生み出し、機関車はブレーキとして機能します。速度が低下するにつれて制動効果は弱まり、牽引モーターと車軸間のギア比にもよりますが、通常は 時速約16km（10マイル）以下で効果がなくなります。
ダイナミックブレーキは、山岳地帯での運行において特に有効です。山岳地帯では、下り坂で摩擦ブレーキが過熱し、暴走する危険性が常に存在するためです。このような場合、ダイナミックブレーキは通常、空気ブレーキと併用され、その複合効果はブレンドブレーキと呼ばれます。ブレンドブレーキを使用することで、長い列車が勾配を越える際に列車のたるみを伸ばすことができ、列車のたるみが急激に縮んで脱線を引き起こす「ランイン」を防ぐことができます。ブレンドブレーキは、通勤列車でも一般的に使用されており、運行中に頻繁に停車する列車では、機械式ブレーキの摩耗を軽減することができます。
これらの特殊機関車は、電気機関車としてもディーゼル機関車としても運行できます。ロングアイランド鉄道、メトロノース鉄道、ニュージャージー・トランジット鉄道は、マンハッタンのトンネル内でのディーゼル機関車の運行を禁止する地方条例のため、非電化地域とニューヨーク市の間で、デュアルモードのディーゼル電気/第三軌条（ニュージャージー・トランジットでは架線）機関車を運行しています。同じ理由で、アムトラックもニューヨーク地域でデュアルモード機関車を運行しています。英国国鉄は、主に電気機関車として運行し、ディーゼル動力で運行する際には出力が制限されるように設計されたデュアルディーゼル電気/電気機関車を運行していました。これにより、第三軌条方式の電力システムが操車場エリアでは非常に危険であるため、鉄道操車場を非電化のままにすることができました。
ディーゼル油圧機関車は、固定比ギアと組み合わせた1つ以上のトルクコンバータを使用します。駆動軸とギアは、トルクコンバータから車輪に動力を伝達し、逆転を行う最終駆動部を構成します。油圧システムと機械システムの違いは、速度とトルクの調整箇所にあります。ギアボックスのように複数のギア比を持つ機械式トランスミッションシステムでは、油圧部がある場合、それは列車が低速または停止しているときにエンジンを作動させるためだけです。油圧システムでは、油圧がエンジンの速度とトルクを列車の状況に合わせて調整する主要なシステムであり、ギア選択は逆転ギアなど限られた用途にのみ使用されます。
静油圧駆動システムは鉄道用途にも応用されている。現代の例としては、コッカリル（ベルギー）製の350～750馬力（260～560kW ）の入換機関車[ 42 ] 、アトラスコプコの子会社GIA製の4～12トン、35～58kW （47～78馬力）の狭軌産業用機関車[ 43 ]などがある。静油圧駆動は鉄道保守機械（タンパー、レールグラインダー）にも利用されている[ 44 ]。
静油圧式変速機の用途は、一般的に小型の入換機関車や鉄道保守機器に限られており、また、ディーゼルエンジンの非牽引用途、例えば牽引モーターファンの駆動装置などにも使用されている。
油圧式変速機（油圧式変速機とも呼ばれる）はトルクコンバータを使用します。トルクコンバータは3つの主要部品から構成され、そのうち2つは回転し、1つ（ステータ）は逆回転を防止するロック機構を備え、低出力回転速度時にオイルの流れを方向転換することで出力トルクを増大させます。これら3つの主要部品はすべてオイルが充填されたハウジング内に密閉されています。機関車の全速度範囲にわたってエンジン速度を負荷速度に合わせるには、十分な範囲を確保するための追加的な方法が必要です。1つの方法は、自動車の自動変速機のように、トルクコンバータの後ろに自動的に変速比を切り替える機械式ギアボックスを配置することです。もう1つの方法は、必要な全範囲の一部をカバーする可変範囲を持つ複数のトルクコンバータを用意することです。すべてのトルクコンバータは常に機械的に接続されており、必要な速度範囲に適したトルクコンバータをオイルで満たし、他のトルクコンバータからオイルを抜くことで選択します。オイルの充填と排出は、変速機に負荷がかかった状態で行われ、伝達動力の途切れのない非常にスムーズな速度範囲の変更を実現します。
世界のほとんどの国ではディーゼル電気式（DE）機関車が選ばれたが、ドイツ、フィンランド、日本、そして一時期はイギリスなど、一部の国ではディーゼル油圧式（DH）機関車が採用された。
これには複数の理由があるが、特に注目すべきは、DH機関車のほとんどはDE機関車とほぼ同じ約85%の駆動効率を達成していた（初期のイギリス製機関車は例外）にもかかわらず、同じ総出力で著しく軽量化できたことである。これは、油圧式変速機が、DEに必要な発電機と複数の電気牽引モーターの組み合わせほど重くなかったためである。
DH機関車の2つ目の大きな利点は、現代の牽引制御システムが導入されるまで、単位重量あたりの粘着力/牽引力が向上したことでした。通常、DE機関車では、台車の各動力車軸にそれぞれ独立した牽引モーターが搭載されており、車軸間には連結がありません。そのため、いずれかの車輪がグリップを失って滑ると、その車軸が他の車軸とは独立して高速回転し、全体の牽引力が大幅に低下する可能性があります。これに対し、DH機関車では、各台車のすべての車軸が連結された駆動軸で連結されているため、車輪が滑りやすい場所に当たったとしても、どの車軸も単独で高速回転することはなく、牽引力が大幅に向上します。効果的な牽引制御システムが導入される以前は、この技術的な違いだけでも、ディーゼル油圧機関車とディーゼル電気機関車の粘着力係数を15～33%向上させることができました。
これらの2つの利点は、1960年代にサザン・パシフィック鉄道を含む米国の主要鉄道会社3社がディーゼル油圧機関車の設計に強い関心を示した主な理由の一つであり、最終的にはクラウス・マッファイ社が米国向けに特別に製造した西ドイツのML4000 DH機関車を数両発注・購入することにつながった。しかし、米国におけるサザン・パシフィック鉄道の高地運行中にこれらの機関車に信頼性の問題が生じたこと、また同等の出力を持つ国産ディーゼルエンジンの登場と、ディーゼル電気動力装置をサポートするのに適した産業の発展により、米国では最終的にディーゼル油圧機関車への関心が薄れていった。
しかし、ドイツとフィンランドでは、ディーゼル油圧システムはDE（ディーゼル機関車）と同等かそれ以上の非常に高い信頼性を実現し、前述のDH（ディーゼル機関車）の技術的利点と相まって、これらの国々で長きにわたり最も普及したディーゼル機関車となった。一方、英国では、ディーゼル油圧方式に対する評価は賛否両論に分かれた。
21世紀までに、世界のディーゼル機関車の牽引方式は、大多数の国でディーゼル電気式が採用され、ディーゼル油圧式はドイツ、フィンランド、日本、および近隣諸国の一部を除いて使用されなくなった。これらの国々では、貨物輸送用の設計にディーゼル油圧式が用いられている。
ディーゼル油圧機関車はディーゼル電気機関車よりも市場シェアが小さい。幹線用油圧式変速機の世界的な主要ユーザーはドイツ連邦共和国であり、1950年代のDBクラスV 200や1960年代から1970年代のDBクラスV 160ファミリーなどの設計がある。英国国鉄は1955年の近代化計画中に多数のディーゼル油圧式設計を導入したが、当初はドイツ設計のライセンス生産版であった（カテゴリ：英国のディーゼル油圧式機関車を参照）。スペインでは、Renfeが1960年代から1990年代にかけて、高出力重量比のドイツ製双発機関車を使用して高速列車を牽引した（Renfeクラス340、350、352、353、354を参照）。
戦後の他の幹線機関車には、1950年代のGMD GMDH-1実験機関車、ヘンシェル＆サン社製の南アフリカ61-000形機関車、1960年代にサザン・パシフィック鉄道が18両購入したクラウス・マッファイKM ML-4000ディーゼル油圧機関車などがある。デンバー・アンド・リオグランデ・ウェスタン鉄道も3両購入したが、それらはすべて後にサザン・パシフィック鉄道に売却された。[ 46 ]
フィンランドでは、1960年代初頭から200両以上のフィンランド製VRクラスDv12およびDr14ディーゼル油圧式機関車（フォイト製トランスミッション搭載）が継続的に使用されている。Dr14クラスの全車両とDv12クラスのほとんどの車両は現在も運用されている。VRは、状態の悪い2700シリーズDv12の一部車両を廃止した。[ 47 ]
21世紀に量産された標準軌ディーゼル油圧式機関車には、ドイツ鉄道が発注したフォイト・グラビタ、そして貨物輸送用にドイツで製造されたフォスローG2000 BB、G1206、G1700などがある。
ディーゼル油圧駆動は複数のユニットで一般的であり、フォイト式トルクコンバータや、流体継手と機械式ギアを組み合わせたものなど、さまざまなトランスミッション設計が使用されている。
英国国鉄の第2世代旅客用ディーゼル気動車の大部分は油圧式変速機を採用していた。21世紀に入ってからは、ボンバルディアのターボスター、タレント、レギオスウィンガーシリーズ、シーメンスのデジロプラットフォームのディーゼルエンジン搭載型、そしてシュタッドラーのレギオスシャトルなどが油圧式変速機を採用した車両として登場している。
蒸気・ディーゼルハイブリッド機関車は、ボイラーまたはディーゼルで発生した蒸気を使用してピストンエンジンを駆動できます。クリスティアーニ圧縮蒸気システムは、ディーゼルエンジンを使用してコンプレッサーを駆動し、ボイラーで生成された蒸気を駆動および再循環させ、実質的に蒸気を動力伝達媒体として使用し、ディーゼルエンジンを原動機として使用しました。[ 48 ]
ディーゼル空気機関車は、既存の蒸気機関車をディーゼル運転に改造できる可能性があったため、1930年代に注目を集めた。蒸気機関車のフレームとシリンダーはそのまま使用され、ボイラーは空気圧縮機を駆動するディーゼルエンジンに置き換えられる。問題は熱効率の低さで、空気圧縮機が周囲に多くの熱を失ってしまうことだった。ディーゼル排気を利用して圧縮空気を再加熱することでこれを補おうと試みられたが、成功は限定的だった。1929年のドイツの提案は試作機を生み出したが[ 49 ] 、1932年の同様のイギリスの提案はLNERクラスR1機関車を使用するもので、設計段階から先に進むことはなかった。
ほとんどのディーゼル機関車は、重量列車を牽引する際に馬力と牽引力を高める手段として、複数ユニット運転（MU）に対応しています。北米製の機関車は、輸出モデルを含め、すべて標準化されたAAR電気制御システムを採用しており、各ユニットは27ピンのMUケーブルで接続されています。英国製の機関車には、互換性のない制御システムがいくつか使用されていますが、最も一般的なのはブルースターシステムです。これは電気空気圧式で、初期のディーゼル機関車のほとんどに搭載されています。少数の機種、特に旅客専用で高出力の機関車には、複数制御システムは搭載されていません。いずれの場合も、編成内のすべてのユニットに共通する電気制御接続は、トレインラインと呼ばれます。その結果、編成内のすべての機関車は、運転士の操作に応じて一体となって動作します。
ディーゼル電気機関車をMU方式で連結する機能は、 1937年のEMC EA/EBで初めて導入された 。電気的な相互接続により、1人の機関士が先頭ユニットから編成全体を操作できるようになった。
山岳地帯では、勾配を登る際に必要な追加動力を供給するとともに、先頭車両に連結された客車の牽引装置にかかる負荷を軽減するために、列車の途中に補助機関車を連結することが一般的です。このような分散動力構成における補助機関車は、先頭車両の運転室から符号化された無線信号によって制御されます。これは厳密にはMU構成ではありませんが、物理的に連結された車両の場合と同様の動作をします。
運転台の配置は製造者や運行者によって異なります。米国では伝統的に、運転台を機関車の片端に配置し、運転台を前方に配置しない場合は視界が制限されるのが慣例でした。これは通常、米国の機関車が通常2両または3両編成で運行され、各編成の両端に運転台が配置されるため問題になりません。ヨーロッパでは、列車は通常1両の機関車で運行できるほど軽量であるため、通常、機関車の両端に運転台が配置されます。初期の米国では、運転台のない動力ユニット（ブースターまたはBユニット）を追加するのが慣例で、配置はAB、AA、ABA、ABB、またはABBAとなることが多く、Aは運転台付きのユニットでした。中央の運転台は、入換機関車に使用されることもありました。
北米の鉄道では、カウ・カーフ・セットは入換機関車のペアで、一方（カウ）には運転台があり、もう一方（カーフ）には運転台がないため、1 つの運転台からペアを制御できます。この構成はマスタースレーブとも呼ばれます。カウ・カーフ・セットは、重入換やハンプヤードの作業に使用されます。運転台に運転士がいなくても無線制御されるものもあります。接続されたユニットが 2 つある場合、EMD はこれらをTR-2 (約2,000 hp または 1,500 kW ) と呼び、3 つのユニットがある場合はTR-3 (約3,000 hp または 2,200 kW ) と呼びました。
牛と子牛のペアは、これらのエンジンの組み合わせが経済的な耐用年数を何年も前に超えたため、ほぼ姿を消した。
現在北米では、3,000 馬力のGP40-2またはSD40-2ロードスイッチャーを2両ペアにして、いわゆる転送用途に利用するのが一般的です。これらの機関車は、多くの場合、摩耗が激しく、まもなく修理または廃棄される予定です。TR -2、TR-3、TR-4エンジンは元々転送用に設計されたものであり、そのためTRは転送を意味します。
場合によっては、2台目の機関車の原動機と牽引発電機を取り外し、コンクリートまたは鋼鉄製のバラストに交換し、牽引用の電力を主機関車から供給することがあります。16気筒の原動機の重量は通常36,000ポンド（16,000kg ）程度、3,000馬力の牽引発電機の重量は通常18,000ポンド（8,200kg ）程度であるため、バラストには約54,000ポンド（24,000kg ）が必要になります。
フル機能のDash 2ユニットを2基搭載した場合、定格出力は6,000馬力（4,500kW ）となります。一方、片方のユニットのみに原動機と発電機が搭載されているDash 2ユニットの定格出力は3,000馬力（2,200kW ）で、すべての動力はマスターユニットから供給されます。また、トランスファーサービスで使用されるエンジンは、3,000馬力はおろか6,000馬力も連続的に供給する必要がほとんどないため、スレーブユニットの牽引力も利用して組み合わせた構成となります。
標準的なディーゼル機関車は火災リスクが非常に低いが、防炎対策を施すことでさらにリスクを低減できる。防炎対策とは、排気管に水を入れた箱を取り付け、排出される可能性のある高温の炭素粒子を消火することである。その他の対策としては、電気系統を完全に絶縁する（両側とも車体フレームに接地しない）ことや、すべての電気配線を電線管に収めることなどが挙げられる。
防爆型ディーゼル機関車は、石油精製所や弾薬庫など火災リスクの高い地域で、無火式の蒸気機関車に取って代わった。保存されている防爆型ディーゼル機関車の例としては、以下のようなものがある。
「防爆ディーゼル車用新型排気ガス乾式処理システム」の最新開発では給水は不要です。[ 51 ]
ディーゼル機関車に装備されているライトは国によって異なります。北米の機関車には、ヘッドライトが2つ（片方が故障した場合の安全のため）と、ディッチライトが2つ装備されています。ディッチライトは機関車の前方下部に設置されており、踏切に近づく際に機関車が容易に視認できるように設計されています。古い機関車には、ディッチライトの代わりにジャイラライトまたはマーズライトが装備されている場合があります。
ディーゼル機関車は一般的に蒸気機関車よりも環境汚染物質である二酸化硫黄や温室効果ガスの排出量が少ないものの、それでもかなりの量を排出する。 [ 52 ]さらに、他のディーゼル動力車両と同様に、公衆衛生にリスクをもたらす窒素酸化物や微粒子を排出する。実際、この点ではディーゼル機関車は蒸気機関車よりも劣る可能性がある。
長年にわたり、大気汚染を測定するアメリカ政府の科学者たちは、ディーゼル機関車のエンジンは比較的クリーンで、ディーゼルトラックや他の車両に比べて健康を脅かす排出物がはるかに少ないと考えていました。しかし、科学者たちは、ディーゼル機関車の燃料消費量の推定値に誤りがあったため、年間に発生する汚染物質の量を大幅に過小評価していたことを発見しました。計算を修正した後、彼らは、スモッグや酸性雨の主成分である窒素酸化物と煤煙の年間排出量が、2030年までに当初想定していた量のほぼ2倍になると結論付けました。[ 53 ] [ 54 ]ヨーロッパでは、主要な鉄道のほとんどが電化されているため、懸念は少なくなっています。
これは、米国ではディーゼル機関車が四半世紀以内に毎年80万 トン以上の窒素酸化物と2万5千トンの煤煙を放出することを意味し、EPAの以前の予測である48万トンの二酸化窒素と1万2千トンの煤煙とは対照的です。このことが発見されて以来、ディーゼル機関車が人間（有害な排出物を吸い込んでいる）や植物や動物に与える影響を軽減するために、ディーゼルエンジンにトラップを設置して汚染レベルを下げる[ 55 ]ことやその他の汚染制御方法（バイオディーゼルの使用など）が実用的であると考えられています。
ディーゼル機関車の大気汚染は、シカゴ市で特に懸念されている。シカゴ・トリビューン紙は、シカゴを出発する機関車内のディーゼル煤の濃度が、通常、市外の道路で見られる濃度の数百倍にも達すると報じた。[ 56 ]いくつかの地域の住民は、都市部の全国平均よりも数倍高いレベルのディーゼル排気ガスにさらされている可能性が高い。[ 57 ]
2008年、米国環境保護庁（EPA）は、すべての新規または改修ディーゼル機関車に対し、許容される煤煙量を90%削減し、窒素酸化物排出量を80%削減するTier II汚染基準を満たすことを義務付ける規制を制定しました。低排出ガス機関車の一覧をご覧ください。
ディーゼル機関車の排出ガスと燃料消費量を削減するために導入されているその他の技術には、「Genset」入換機関車とハイブリッドのGreen Goat設計があります。 Genset機関車は、単一の中速ディーゼルエンジンと単一の発電機ではなく、複数の小型高速ディーゼルエンジンと発電機（発電機セット）を使用します。[ 58 ]クリーンエンジンの開発コストのため、これらの小型高速エンジンは、既に開発されているトラックエンジンをベースにしています。 Green Goatは、小型ディーゼルエンジンと充電式バッテリーの大容量バンクを使用するハイブリッド入換機関車の一種です。 [ 59 ] [ 60 ]入換機関車は、通常、都市中心部またはその近郊の限られたエリアで運行され、アイドリング時間の大部分を過ごすため、特に懸念されています。どちらの設計も、EPA Tier II基準を下回る汚染を削減し、アイドリング中の排出ガスを削減または排除します。
ディーゼル機関車が進歩するにつれて、製造および運用コストが下がり、蒸気機関車よりも所有および運用コストが安くなりました。北米では、蒸気機関車は特定の鉄道路線に合わせて特注で作られていたため、規模の経済を実現するのは困難でした。[ 61 ]ディーゼル機関車の部品は、製造公差が厳密であるため（ディーゼルは1/10000インチまたは0.0025ミリメートル、蒸気は1/100インチ（0.25 mm））、製造がより複雑でしたが、大量生産は容易でした。バルドウィン機関車工場は最盛期に500近い蒸気機関車モデルを提供していましたが、EMDは10種類未満のディーゼル機関車を提供していました。[ 62 ]英国では、ブリティッシュ・レールウェイズが1951年以降、標準設計に基づいて蒸気機関車を製造しました。これには標準で互換性のある部品が含まれており、当時入手可能だったディーゼル機関車よりも製造コストが安くなりました。牽引馬力当たりの資本コストは、蒸気機関車が13ポンド6シリング、ディーゼル機関車が65ポンド、タービン機関車が69ポンド7シリング、電気機関車が17ポンド13シリングであった。[ 63 ]
ディーゼル機関車は蒸気機関車に比べて、運用面で大きな利点があります。[ 64 ]ディーゼル機関車は1人で安全に操作できるため、操車場での入換作業に最適です（ただし、安全上の理由から、多くの幹線ディーゼル機関車は、機関士と車掌/転轍手の2人体制で運行されています）。また、運転環境もはるかに魅力的で、静かで、完全に耐候性があり、蒸気機関車の運転に避けられない汚れや熱もありません。ディーゼル機関車は、 1人の乗務員が1つの列車で複数の機関車を制御して複数編成で運行できます。これは蒸気機関車では現実的ではありません。これにより、個々の機関車は軽作業では比較的低出力で単独で使用できますが、重列車では必要な動力を供給するために連結できるため、運行者の効率が向上します。蒸気機関車による牽引では、最も重い列車を牽引するには、非常に強力で高価な機関車が1両必要だった。あるいは、運行会社は複数の機関車と乗務員による重連運転に頼らざるを得なかったが、この方法もまた費用がかさみ、独自の運用上の困難を伴った。
ディーゼルエンジンはほぼ瞬時に始動および停止できるため、ディーゼル機関車は使用されていないときは燃料費が発生しない可能性があります。しかし、北米の大手鉄道では、凍結防止特性を備えた冷却液ではなく、ディーゼルエンジンの冷却液として純水を使用するのが依然として一般的です。このため、ディーゼル機関車は寒冷地で停車しているときに完全に停止するのではなく、アイドリング状態のまま放置されます。ディーゼルエンジンは、特に機関車に使用されているほぼすべてのディーゼルエンジンには、油圧の低下や冷却液の損失などの問題が発生した場合にエンジンを自動的に停止するシステムがあるため、数時間または数日間アイドリング状態のまま放置できます。冷却液とエンジンの温度を監視する自動始動/停止システムが利用可能です。ユニットの冷却液が凍結しそうになると、システムはディーゼルエンジンを再起動して冷却液やその他のシステムを温めます。[ 65 ]
蒸気機関車は、使用前、使用中、使用後に、集中的なメンテナンス、潤滑、清掃が必要です。冷えた状態から蒸気機関車を準備して点火するには、何時間もかかることがあります。使用の合間には弱火で待機状態にしておくことができますが、そのためには定期的な燃料補給と、ボイラー内の水位を維持するための頻繁な注意が必要です。これは、給水設備が凍結しない限り、寒冷地でボイラー内の水が凍結するのを防ぐために必要となる場合があります。使用後、蒸気機関車は次の任務に備える前に、清掃、点検、メンテナンス、水と燃料の補充を行うための長時間の処理作業が必要です。これに対し、EMDは1939年にはすでに、FTシリーズ機関車は燃料補給と基本的な液面レベルと安全チェック以外に30日ごとの点検の間にメンテナンスが不要であり、これらのチェックは原動機が稼働したままで行えると宣伝していました。 1940年代から1950年代にかけて蒸気機関車からディーゼル機関車への転換を進めた鉄道会社は、一定期間において、ディーゼル機関車は同等の蒸気機関車に比べて平均して3～4倍の収益を生み出す稼働時間を提供できることを発見した。これにより、運行能力を維持しながら機関車の保有台数を大幅に削減することが可能になった。
蒸気機関車の維持費と運用費はディーゼル機関車よりもはるかに高かった。蒸気機関車の年間維持費は、初期購入価格の25%を占めていた。スペアパーツは、特定の機関車用に木製の原型から鋳造されていた。蒸気機関車の種類の多さから、スペアパーツの在庫を維持する現実的な方法はなかった。[ 66 ]ディーゼル機関車では、スペアパーツを大量生産して在庫として保管し、すぐに使用できるようにすることができ、同じメーカーの異なるモデルの機関車を使用する運行会社の車両全体で多くの部品やサブアセンブリを標準化することができた。現代のディーゼル機関車のエンジンは、動力アセンブリ（作動部品のシステムとそのブロックインターフェース）を機関車にメインブロックを残したまま交換できるように設計されており、メンテナンスが必要な場合に機関車が収益を生み出すサービスから外れる時間を大幅に短縮できる。[ 34 ]
蒸気機関は大量の石炭と水を必要とし、これらは高額な変動運転コストとなった。[ 67 ]さらに、蒸気の熱効率はディーゼル機関のそれよりもかなり低かった。ディーゼルの理論的研究では、圧縮着火機関の潜在的な熱効率は36%（蒸気機関の6～10%と比較）であることが示され、1897年の単気筒試作機は驚異的な26%の効率で稼働した。[ 68 ]
しかし、1959年に発表されたある研究では、ディーゼル機関車と蒸気機関車の比較の多くは不公平に行われており、その主な理由はディーゼル機関車が比較的新しい技術であったためだと示唆されている。著者は、財務記録と技術進歩を綿密に分析した結果、ディーゼルではなく蒸気技術の研究が続けられていたら、ディーゼル機関車への転換による経済的利益はごくわずかであっただろうと結論づけた。[ 69 ]
1960年代半ばまでに、電気牽引が使用されていない地域では、ディーゼル機関車が蒸気機関車を効果的に置き換えた。[ 67 ] 21世紀に入っても、高度な蒸気技術の開発の試みは続いているが、大きな効果は得られていない。
路面電車の機関車用途への石油エンジンの適合性を示すため、小型の2気筒エンジンが台車に搭載され、仮設の線路上で稼働している。
{{citation}}:欠落または空欄|title=(ヘルプ)ある意味では、港湾当局が石油エンジン機関車の最初の使用者であったと言える。なぜなら、プリーストマン機関車が1894年に短期間運用されたのは、ノース・イースタン鉄道のハル港湾であったからである。
{{citation}}:欠落または空欄|title=(ヘルプ)ディーゼル機関車にはかなり長い歴史があり、最初のものは1894年にまで遡ります。これは、ウィリアム・デント・プリーストマンが設計した2気筒エンジンを搭載した、小型の30馬力2軸標準軌機関車でした。
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