I moderni treni merci si affidano a un ibrido diesel-elettrico. Il grande motore diesel a due tempi turbo funziona a un regime basso e costante e aziona un generatore ad alta tensione. Il generatore alimenta i motori di trazione su ciascun asse, fornendo potenza direttamente alle ruote. Questa disposizione elimina la necessità di un cambio a più velocità, consentendo alla locomotiva di accelerare dolcemente da ferma a 200 km/h senza cambi di marcia.
I motori diesel sono fino al 20% più efficienti dal punto di vista termico rispetto ai motori a benzina. Per il trasporto ferroviario, ciò si traduce in circa quattro volte il risparmio di carburante dei camion:una locomotiva CSX può trasportare 1 tonnellata di carico per 492 miglia con un solo litro di diesel. Le locomotive diesel-elettriche sono inoltre circa cinque volte più efficienti dei motori a vapore che le hanno precedute.
Le ferrovie utilizzano ruote in acciaio su rotaie in acciaio perché la zona di contatto è minuscola, all'incirca delle dimensioni di una monetina, riducendo al minimo la deformazione. Il contatto acciaio su acciaio riduce la resistenza al rotolamento ben al di sotto dell’1%, rendendo i treni la modalità di trasporto merci pesante più efficiente dal punto di vista energetico. Il compromesso è una trazione inferiore, che viene affrontata dal sistema di trazione descritto di seguito.
Ciascuno degli otto motori di trazione della locomotiva può produrre oltre 60.000 lb-ft di coppia. Per evitare lo slittamento delle ruote durante l'accelerazione o la frenata, la locomotiva utilizza un sistema di spruzzatura della sabbia e un'unità elettronica di controllo della trazione. Quando viene rilevato uno slittamento, la sabbia viene espulsa sui binari e il sistema riduce la potenza ai motori interessati.
Le caratteristiche del motore EMD 710:
Il suo ciclo a due tempi fornisce il doppio della potenza per giro rispetto a un motore a quattro tempi di dimensioni simili, consentendo un funzionamento continuo per decenni.
Propulsione: I motori di trazione azionano le ruote tramite riduzione dell'ingranaggio, consentendo velocità fino a 125 miglia all'ora. Ogni motore può assorbire>700A.
Sospensione: Una combinazione di molle a balestra o elicoidali, cuscinetti girevoli e collegamenti laterali smorza le irregolarità del cingolo, riducendo l'usura e migliorando la qualità di guida.
Frenata: I freni a tamburo alimentati ad aria forniscono potenza di arresto meccanico, mentre la frenatura dinamica trasforma i motori in generatori, dissipando l'energia cinetica sotto forma di calore attraverso reti resistive. Un freno a mano sul camion posteriore funge da supporto di sicurezza.
Amtrak, l'operatore ferroviario nazionale passeggeri, sta modernizzando la sua flotta con locomotive a doppia potenza che circolano su linee diesel o elettrificate. Le nuove carrozze “Superliner” a due livelli offrono posti a sedere spaziosi, servizi di ristorazione e cabine letto, fornendo una comoda alternativa al viaggio aereo. Il servizio di deposito di vagoni ferroviari di Amtrak consente ai passeggeri di portare un veicolo su tratte selezionate.
Una locomotiva diesel combina un motore diesel che alimenta un generatore elettrico con motori di trazione che fanno girare le ruote.
Le moderne locomotive generano circa 3200 CV, che il generatore converte in circa 4700 A di corrente per i motori di trazione.
Una locomotiva tradizionale si basa esclusivamente sulla trasmissione meccanica. Una locomotiva ibrida diesel-elettrica utilizza la generazione elettrica per azionare le ruote, garantendo una maggiore efficienza e un'erogazione di potenza più fluida.
I motori diesel hanno rapporti di compressione più elevati, offrendo il 20% in più di efficienza termica rispetto ai motori a benzina, e possono funzionare ininterrottamente a basso numero di giri per decenni.
Le ruote in acciaio su rotaie in acciaio riducono l'attrito volvente al di sotto dell'1%, risparmiando energia e prolungando la durata operativa rispetto ai pneumatici in gomma.
