รถไฟ เครื่องยนต์ดีเซลใช้ในยานพาหนะหลายประเภทรวมถึงหัวรถจักร เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงในทางความร้อนมากกว่าเครื่องยนต์แก๊สถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายถึงการประหยัดเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น 20 เปอร์เซ็นต์ และทำให้ต้นทุนการดำเนินงานต่ำกว่าเครื่องยนต์แก๊ส เครื่องยนต์ดีเซลมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเครื่องยนต์แก๊ส เนื่องจากทำงานด้วยความเร็วรอบต่อนาที ที่ช้ากว่าเครื่องยนต์แก๊สมาก

โดยหัวรถจักรดีเซลไฮบริดเป็นเครื่องแสดงพลัง และเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย มันผสมผสานเทคโนโลยีเชิงกลที่ยอดเยี่ยมบางอย่าง รวมถึงเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะขนาดใหญ่ 12 ถึง 16 สูบ กับมอเตอร์ไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานหนัก โดยใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เพียงเล็กน้อย เพื่อการวัดผลที่ดี การผสมผสานระหว่างเครื่องยนต์ดีเซลกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และมอเตอร์ทำให้หัวรถจักรเป็นรถไฮบริด

หัวรถจักรมีน้ำหนักระหว่าง 100 ถึง 200 ตัน และได้รับการออกแบบ ให้ลากรถไฟโดยสารด้วยความเร็วสูงสุด 125 ไมล์ต่อชั่วโมง เครื่องยนต์สมัยใหม่ของซีเมนส์ ผลิตแรงม้า ได้มากถึง 4,200 แรงม้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถเปลี่ยนให้เป็นกระแสไฟฟ้าได้เกือบ 4,700 แอมป์ มอเตอร์ขับเคลื่อนใช้ไฟฟ้านี้ เพื่อสร้างแรงบิดประมาณ 60,000 ปอนด์-ฟุต นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์ดีเซลสำรอง และเครื่องปั่นไฟเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับขบวนรถไฟที่เหลือ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้เรียกว่า หน่วยจ่ายไฟส่วนหัวผลิตพลังงานไฟฟ้าระหว่าง 500 ถึง 700 กิโลวัตต์ สาเหตุหลักที่ทำให้หัวรถจักรดีเซลเป็นแบบไฮบริด ก็เพราะการผสมผสานนี้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เกียร์แบบกลไกเหมือนที่พบในรถยนต์ เริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจว่า ทำไมรถยนต์ถึงมีการส่งสัญญาณ รถของคุณต้องการระบบส่งกำลัง เนื่องจากฟิสิกส์ของเครื่องยนต์เบนซิน ประการที่ 1 เครื่องยนต์ใดๆก็ตามจะมีเส้นสีแดง

ซึ่งเป็นค่ารอบต่อนาทีสูงสุดที่สูงกว่า ที่เครื่องยนต์ไม่สามารถเดินได้โดยไม่เกิดการระเบิด ประการที่ 2 หากคุณได้อ่านวิธีการทำงานของแรงม้า คุณจะรู้ว่าเครื่องยนต์มีช่วงรอบต่อนาทีที่แคบ โดยที่แรงม้าและแรงบิดอยู่ที่ระดับสูงสุด ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์อาจสร้างแรงม้าสูงสุดระหว่าง 5,200 ถึง 5,500 รอบต่อนาที ระบบส่งกำลังช่วยให้อัตราทดเกียร์ระหว่างเครื่องยนต์ และล้อขับเคลื่อนเปลี่ยนไป เมื่อรถเพิ่มความเร็วและช้าลง

คุณเปลี่ยนเกียร์เพื่อให้เครื่องยนต์อยู่ต่ำกว่า เส้นสีแดงและใกล้กับวงรอบต่อนาทีของประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ระบบส่งกำลัง 5 ถึง 10 สปีดในรถยนต์ส่วนใหญ่ช่วยให้ทำความเร็วได้ 110 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือเร็วกว่านั้นโดยมีช่วงความเร็วรอบเครื่องยนต์ 500 ถึง 6,000 รอบต่อนาทีหรือสูงกว่า เครื่องยนต์ดีเซลมีความเร็ว ในการทำงานช้ากว่าน้ำมันเบนซินมาก และนั่นจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า สำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่ใช้ในตู้รถไฟ

เครื่องยนต์ดีเซลดิสเพลสเมนต์ขนาดใหญ่ มีรอบสูงสุดที่ประมาณ 2,100 รอบต่อนาที หรือต่ำกว่า ด้วยช่วงความเร็วเช่นนี้ หัวรถจักรต้องใช้เกียร์ 20 หรือ 30 เกียร์เพื่อทำความเร็วสูงสุด 110 ไมล์ต่อชั่วโมง กระปุกเกียร์แบบนี้อาจมีขนาดใหญ่ ซับซ้อนและไม่มีประสิทธิภาพ และสร้างจุดบกพร่องทางกลไกที่เป็นไปได้ นอกจากนี้ยังต้องให้กำลังแก่ชุดล้อสี่ชุด ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อน ด้วยการตั้งค่าแบบไฮบริด เครื่องยนต์ดีเซลหลักสามารถทำงานที่ความเร็วคงที่

การหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านเพลาขับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งพลังงานไฟฟ้า ไปยังมอเตอร์ลากที่แต่ละเพลา ซึ่งขับเคลื่อนล้อ มอเตอร์ฉุดสามารถสร้างแรงบิดที่เพียงพอในทุกความเร็ว ตั้งแต่หยุดเต็มที่จนถึง 125 ไมล์ต่อชั่วโมง โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเกียร์ ส่วนของเครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน และเมื่อทำการขนส่งสินค้า หรือผู้โดยสารจำนวนหลายตัน ประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง CSX ผู้ผลิตรถไฟประเมินว่ากองเรือของพวกเขา

โดยจะสามารถเคลื่อนย้ายสินค้าได้ 1 ตัน โดยเฉลี่ย 492 ไมล์ต่อเชื้อเพลิง 1 แกลลอน ทำให้หัวรถจักรมีประสิทธิภาพมากกว่า การเคลื่อนย้ายสินค้าบนถนนถึง 4 เท่า เครื่องยนต์ดีเซลของไฟฟ้า ยังมีประสิทธิภาพมากกว่าหัวรถจักรไอน้ำแบบเก่าถึง 5 เท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมดีเซล จึงแทนที่ไอน้ำโดยสิ้นเชิงในต้นศตวรรษที่ 20 ดีเซลยังได้เห็นการแข่งขันจากรถไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ซึ่งดึงโดยตรงจากกริดไฟฟ้าขณะขับเคลื่อน

ซึ่งในวิธีนี้มีประสิทธิภาพมากกว่า การเผาไหม้เชื้อเพลิงบนเครื่องบินหลายเท่า เพื่อผลิตพลังงาน หัวรถจักรไฟฟ้าได้รับความนิยมเป็นพิเศษในยุโรปและเอเชีย แต่การเปลี่ยนแปลงในสหรัฐอเมริกาเป็นไปอย่างช้าๆ สาเหตุที่เป็นไปได้คือรถไฟฟ้าต้องการโครงสร้างพื้นฐานเฉพาะของตนเอง ในการดำเนินงาน และหัวรถจักรเก่าสามารถให้บริการได้หลายทศวรรษก่อนที่จะเกษียณอายุ ในขณะนี้ดีเซลยังคงเป็นมาตรฐาน

อย่างไรก็ตาม รถไฟสำหรับผู้โดยสารไม่กี่แห่งได้เปิดใช้ไฟฟ้าในสหรัฐฯ รวมถึงทางเดินตะวันออกเฉียงเหนือของแอ็มแทร็กและรถไฟโดยสารประจำทางของรัฐแคลิฟอร์เนีย ส่วนของล้อเหล็ก เคยสงสัยไหมว่าทำไมรถไฟถึงมีล้อเหล็กแทนที่จะเป็นยางเหมือนรถยนต์ เป็นการลดแรงเสียดทานในการกลิ้ง เมื่อรถของคุณขับอยู่บนทางด่วน ประมาณ 4 ถึง 7 เปอร์เซ็นต์ ของพลังงานที่อาจเกิดขึ้นจะสูญเสียไปกับแรงต้านทานการหมุนของยาง

ยางโค้งงอและเสียรูปมากขณะม้วน ซึ่งใช้พลังงานมาก ในปริมาณพลังงานที่ยางใช้จะแปรผันตามน้ำหนักที่อยู่บนยาง เนื่องจากรถค่อนข้างเบา พลังงานจำนวนนี้จึงยอมรับได้ คุณสามารถซื้อยางที่มีแรงต้านการหมุนต่ำ สำหรับรถของคุณได้หากต้องการประหยัดน้ำมันเล็กน้อย เนื่องจากรถไฟมีน้ำหนักมากกว่ารถยนต์หลายพันเท่า แรงต้านการหมุนจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดว่า ต้องใช้แรงเท่าใดในการดึงรถไฟ ล้อเหล็กบนรถไฟอยู่บนแผ่นสัมผัสขนาดเล็ก

โดยจะรวมไปถึงพื้นที่สัมผัสระหว่างล้อแต่ละล้อ กับรางมีขนาดประมาณเหรียญสลึง เมื่อใช้ล้อเหล็กบนรางเหล็ก ปริมาณการเสียรูปจะลดลง ซึ่งช่วยลดแรงต้านการหมุน ความจริงแล้ว รถไฟเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพที่สุด ในการเคลื่อนย้ายสินค้าน้ำหนักมาก การยึดเกาะขณะเข้าโค้งไม่ใช่ปัญหา เพราะล้อรถไฟมีหน้าแปลนของขอบที่ยื่นออกมารอบๆล้อ ที่ช่วยให้ล้ออยู่บนราง แต่การยึดเกาะเมื่อเบรก และเร่งความเร็วเป็นปัญหา

ส่วนของหัวรถจักรสามารถสร้างแรงบิดได้มากกว่า 60,000 ปอนด์-ฟุต แต่เพื่อให้ใช้แรงบิดนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ล้อทั้ง 8 บนหัวรถจักรจะต้องสามารถใช้มันกับรางได้โดยไม่ลื่นไถล หัวรถจักรใช้เคล็ดลับที่ประณีตเพื่อเพิ่มแรงฉุด ในด้านหน้าของล้อแต่ละล้อมีหัวฉีดที่ใช้อากาศอัดเพื่อพ่นทราย

ซึ่งเก็บไว้ในถังสองถังบนหัวรถจักร ทรายช่วยเพิ่มการยึดเกาะของล้อขับเคลื่อนอย่างมาก รถไฟ มีระบบควบคุมการยึดเกาะแบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะสตาร์ทเครื่องพ่นทรายโดยอัตโนมัติเมื่อล้อเลื่อนหรือเมื่อวิศวกรหยุดฉุกเฉิน ระบบยังสามารถลดกำลังของมอเตอร์ฉุดที่ล้อลื่นไถลได้อีกด้วย

บทความที่น่าสนใจ : อวกาศ ยานอวกาศจะอยู่รอดและทำงานในสภาพแวดล้อมนอกโลกได้ไหม