최근 수정 시각 : 2025-01-08 14:04:29

디젤 기관차

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1. 개요2. 구조
2.1. 매연과 냄새2.2. 디젤 고속열차
3. 운용4. 한국철도공사의 디젤기관차5. 나무위키에 문서가 개설된 디젤기관차
5.1. 하이브리드 기관차
6. 관련 문서

1. 개요

파일:7346기관차.jpg <nopad> 파일:4447_01.jpg
대한민국 한국철도공사 7300호대 디젤기관차 대한민국 한국철도공사 4400호대 디젤기관차
<nopad> 파일:JRF-DF200-7.jpg <nopad> 파일:external/dccinstalled.files.wordpress.com/up_gevo.jpg
일본 JR 큐슈 DF200형 디젤기관차 미국 유니온 퍼시픽 ES44AC 기관차
Diesel Locomotive

디젤기관을 동력장치로 사용하는 철도차량.

2. 구조

디젤 기관차는 두 종류로 분류할 수 있는데, 하나는 디젤 엔진 자체로 동력원을 얻어 움직이는 방식디젤 엔진으로 발전기를 돌려 전기를 생산하여, 전동기를 구동하는 디젤-전기 트랜스미션 방식 이렇게 두 가지로 나뉜다. 전자를 진짜 디젤 기관차라고 하지만, 세부적으로는 수동 변속기나 기계식 트랜스미션을 사용하는 디젤 기계식 기관차와 자동 변속기에서 사용되는 유체식 토크 컨버터를 사용하는 디젤 액압식(유압식) 기관차로 나뉜다. 엄밀하게는 디젤동차이긴 하지만 동차형 새마을호에서 이 방식을 사용했다. 반면 후자는 디젤 전기 기관차라고 하는데, 좀 더 정확하게 동력원과 구동방식을 구분해서 디젤 전기식 기관차라고 부르기도 한다. 또한 이 방법을 응용하여 디젤 엔진과 전차선 급전 방식을 둘 다 쓰는 기관차도 있다.[1] 자동차에서는 거의 쓰이지 않는 디젤-전기 트랜스미션 방식이 철도차량에서는 보편적인 방식인 이유는 철도차량용 디젤 엔진은 출력이 너무 커서 여기에 맞는 변속기와 클러치를 끼워넣기가 어렵고[2] 자동차와 달리 바퀴가 붙어있는 대차가 자유롭게 움직이기 때문에 파워트레인의 내구력을 확보하기가 어렵기 때문이다.

디젤 전기 기관차에서 디젤 엔진은 오로지 발전기로써만 작동하며, 바퀴와는 기계적 연결이 아예 없으므로 자동차에서 말하는 하이브리드와는 개념이 다르다. 하이브리드 자동차처럼 배터리까지 설치해서 회생제동까지 가능하게 운용하는 기관차가 없지는 않으나 기관차의 출력이 너무 크기 때문에 보통은 배터리 없이 발전기의 전력을 전동기로 직접 전달하며, 회생제동은 사용할 수 없다. 결과적으로 전기 시스템은 하이브리드 차량처럼 전기력으로 차량을 구동한다기보다는 디젤 엔진의 동력을 바퀴로 전달하는 변속기와 파워트레인의 역할을 하게 된다. 디젤 엔진의 RPM이 올라가게 되면 발전기의 발전 전압도 이에 비례해 상승하므로 자연스럽게 출력을 제어할 수 있게 된다.

구형 디젤 전기 기관차 중에는 말 그대로 발전기와 견인 전동기가 직결된 구조도 많다. 이런 구조는 과거에 직류전동기가 주로 사용되던 시절에 많이 사용되었으며, 전압에 의해서만 성능이 결정되는 직류전동기의 특성 덕분에 이렇게 만들더라도 디젤 엔진의 RPM이 조금 올라가는 점 외에는 성능에 큰 문제가 없었다. 그러나 교류전동기 차량은 교류발전기를 사용하더라도 발전기와 전동기를 직접 연결하게 되면 성능이 제데로 나오지 않는다. 보통 기관차 교류전동기로는 유도전동기가 많이 사용되는데 유도전동기는 주파수가 높을수록 최대전류가 감소하기 때문이다. 디젤 엔진의 RPM이 상승하게 되면 발전된 교류의 전압도 커지지만 주파수도 높아지기 때문에 유도전동기의 성능을 제데로 끌어낼 수 없어 최대 토크와 효율에 큰 문제가 생기며, 디젤 엔진의 최대 RPM도 매우 낮기 때문에 기관차의 최대속도를 제데로 확보할 수 없다. 그래서 현대의 디젤 전기 기관차들도 대부분 전기 기관차와 마찬가지로 정류기와 VVVF 드라이브를 내장하여[3] 교류 발전기로 나온 전력을 직류로 정류하고 이를 다시 적절한 주파수의 교류로 전동기에 공급하며, 그래서 디젤 엔진의 RPM과 견인 전동기의 RPM이 따로 논다.

그래서 우리가 흔히 알고 있는 저속 고토크라는 디젤 엔진의 특성은 기관차의 성능에 큰 영향이 없다. 기관차가 디젤 엔진을 쓰는 이유는 고토크라서 쓴다기보다는 연비가 상대적으로 디젤이 잘 나오고 비교적 구조가 간단해서 유지보수 비용이 저렴하며 연료의 열량이 높기 때문이다. 기술적으로는 휘발유나 천연가스 엔진으로도 기관차를 만들 수 있으나 대형화를 하게 되면 성능에 이런저런 문제가 있어서 비전철 기관차로는 디젤 엔진이 주력으로 쓰인다.

현재 한국이나 미국에서 굴러가고 있는 거의 모든 디젤 기관차는 디젤 전기식 기관차이다. 소수의 디젤 기계식 및 액압식 기관차가 사설 화물노선에 입환용으로 존재한다. 한국철도공사 소유 기관차로 한정하면 디젤 기계식이나 유압식 기관차는 입환기로 사용되었던 9100호대 디젤기관차가 딱 2대 있었다. 반면 일본의 경우 대다수의 디젤 기관차가 크랭크축의 회전력 자체를 동력원으로 쓰는 기관차이다.

디젤 엔진의 특성 상, 정차하고 있을 때는 물론이고, 특히 달릴 때의 소리가 무지하게 크다.[4] 그러나 디젤 엔진의 소리는 에너지가 큰 대신 멀리까지 가지 못하는 단파의 속성을 갖기 때문에 멀리서 디젤 기관차가 지나가는 소리를 들으면 그냥 평범한 소리다. 또한 엔진 기술의 발달로 신형 디젤 기관차인 유럽식 7600호대 기관차는 KTX나 전기 기관차 수준까진 아니라도, 과거에 도입된 미국식 7100호대~7400호대 기관차에 비해서는 엄청나게 조용해졌다. 조금 과장해서 표현하자면, 전차에 들어갈만한 디젤 엔진 소리에서 승용차에 들어가는 디젤 엔진 수준으로 소음이 확 줄었다.

2.1. 매연과 냄새

디젤 기관을 사용하는 열차 특성상 운행을 위해서는 당연히 연료가 필요하고 운행시 상당한 양의 매연을 내뿜게 된다. EMD-GT26CW 기관차 기준으로 연료탱크 용량은 9800L이고 경부선을 완주 시 1500L가 소모된다. 매연을 배출한다는 점 때문에 정말 어쩔 수 없는 경우가 아니라면 보통 폐쇄적인 공간에서 디젤 기관차를 운용하지 않는다. 가끔씩 철도를 이용하다 보면 디젤기관차가 통과하거나 정차했다 간 자리에서 주유소 비슷한 냄새를 맡아볼수 있는데 이때 이 냄새가 기관차에서 나온 매연 냄새이다.

다만 화물 운송량이 워낙 크기 때문에 화물 운송량 대비 탄소 배출량은 일반적인 승용차들에 비해서는 월등히 적어 디젤 기관차 자체는 매우 친환경적인 교통수단으로 평가된다. 이는 일반 승용차보다 매연이 훨씬 많이 나오는 버스, 디젤로 추진되는 초대형 화물선들이 내연 기관으로 추진되는 소형 이동 수단들 보다 훨씬 친환경으로 평가되는 이유다.

2.2. 디젤 고속열차

파일:1600496897.gif
러시아 TEP-80[5]

매연이 발생하고 소음 문제가 있기 때문에 보통 대다수의 디젤 기관차들은 화물열차로 사용된다. 그러나 상단에서 언급했다시피 현재는 디젤 엔진의 특성과 상관 없이 기관차의 성능을 설계할 수 있기 때문에 견인전동기의 특성과 최종감속비만 조절하면 얼마든지 시속 200km가 넘는 고속열차도 만들 수 있다. 이런 고속 디젤 기관차들은 영국이나 러시아에서 사용되었는데, 영국의 InterCity 125 영국철도 43형 2세대는 운영속도가 200km였고 1973년 테스트에서 238km/h를 달성해 세계기록을 세웠다.

그러나 보통 디젤 기관차는 고속열차로는 잘 설계하지 않는데 전기 기관차의 특성이 고속열차에 쓰기가 훨씬 좋기 때문이다. 일단 디젤 기관차는 전기 기관차보다 자체중량이 훨씬 무겁고 무게중심도 비교적 높기 때문에 고속 주행 시의 위험성이 훨씬 크다. 또한 회생제동을 활용할 수 없어 에너지 효율이 떨어지며, 디젤 엔진의 부피가 크고 응답성이 느리기 때문에 동력분산식 구조를 채택하기 곤란하다. 보통 전동기들이 고속 조건에서 급격한 성능저하가 나타나는 특성을 보이기 때문에 이를 최소화하기 위해서 고속열차들은 대부분 적은 수의 고출력 전동기를 쓰기보다는 많은 수의 저출력 전동기를 사용한다. 이 과정에서 자연스럽게 동력분산식 구조가 채택 되므로 많은 전동기를 구동하기 곤란한 디젤 기관차는 고속열차로 잘 사용되지 않는 것이다. 설령 중련 구성을 한다 해도 아무래도 동력차까지 객차로 쓸 수 있는 전기 기관차에 비해선 효용성이 떨어진다.

이 때문에 현재는 러시아는 디젤 고속열차를 퇴역시키고 전기 고속열차로 전환했다. 영국 역시 퇴역 추세이다.

3. 운용

디젤 기관차 대국은 당연히 미국. 디젤 기관차 하나로도 모자라서 여객에도 디젤 중련, 화물엔 기관차를 서너대씩 붙여서 운행 중이다. 심지어 동력거점식에 사용하는 운전실이 없는 중련 전용 기관차까지도 있다. 한국철도도 초창기에는 미국물을 많이 먹었고 전철화할 돈도 없었던 시절인지라 전철화보다는 디젤차 신규 도입에 열을 올린 적이 있었으나, 1990년대 후반부터는 일본 및 유럽 물을 먹으면서 비중을 줄이는 중. 또 다른 이유로는 전쟁 상황 대비의 목적도 있었다.[6] 전기 철도는 전선만 끊어먹으면 운행 중지니까 전선이 어떻든 선로만 있으면 달릴 수 있는 디젤 열차를 중시한 경향이 있었던 것. 물론 지금은 디젤 굴리는 비용도 비싸지고 환경 문제도 있고 한 까닭에 한국철도도 전기 열차를 중시하게 되었다.

최근 들어 한국철도공사에서 전기 기관차 신규 도입 및 디젤 기관차 폐차가 진행 중이라 디젤 기관차 비중이 점점 줄어들고 있지만 석유가 고갈되지 않는 이상 완전히 사라질 일은 없다.[7] 비전철화구간의 운행, 단전 대비[8], 전시상황에서의 운용, 구원운전용 및 유사시를 대비하여 반드시 몇 편성 이상을 구비해야만 하기 때문이다. 전기 기관차를 포함한 모든 전기로 가는 철도차량들은 단전이 되는 순간 곧바로 고철 덩어리가 되어버리는데, 이 녀석들을 차량기지나 인근 역으로 옮기는 것을 디젤 기관차가 해야 한다. 하지만 철도 업계에서는 지구 온난화 문제와 친환경 열풍을 의식하면서 이들을 대체할 철도차량도 연구를 하고있는데, 수소 열차가 바로 그것으로, 한국형 수소 열차가 개발이 완료되면 이들 역시 대체될 가능성이 있어서 한국에서도 이제는 디젤 기관차의 미래가 예전처럼 밝지만은 않게 되긴 했다. 하지만 현재까지는 수소는 별도의 생산시설과 특수한 보관시설이 필요하기 때문에 시설수리 및 전시대비용으로 기름만 넣으면 돌아가는 특성상 원자력 열차라도 나오면 모를까 비상용 열차로서는 상당히 오랜기간 남아있게 될 것이다.[9]

그러나 디젤기관차를 비상용 위주로 도입하는 것도 비효율적이기에[10] 유럽을 본받아 전기기관차와 디젤기관차 양쪽으로 운용할 수 있는 듀얼 모드 기관차를 도입해야 한다는 의견도 가끔 나윤다.

4400호대, 7600호대 기관차를 제외하면 노후화된 차량이 대부분이기 때문에 운행 중 고장이 나서 중간에 멈추는 일이 의외로 많이 발생한다.

4. 한국철도공사의 디젤기관차

현재 코레일의 모든 디젤기관차는 디젤 엔진으로 발전기를 돌려 그 전력으로 견인전동기를 구동하는 형태인 디젤전기기관차만 있다. 순수 디젤기관차( 9100호대)는 KTX 개통 이전에 모두 폐차되었고 동차 쪽에서는 CDC, RDC가 순수 디젤동차다. 동력집중식 동차까지 포함하면 새마을호 PP 차량으로 불리던 DHC의 앞과 뒤 동력차가 바로 한국에서 정규운행을 했던 유일한 순수 기계식 디젤기관차라고 볼 수 있다. 물론 DHC, CDC, RDC 모두 순수 디젤형 중에서 정확하게는 디젤 액압식에 해당한다.

공사 내 용어 개편으로 '디젤 전기 기관차'라는 용어가 사라졌기 때문에 기계식이든 전기식이든 디젤엔진으로 구동하는 건 모두 '디젤기관차'로 칭한다.

5. 나무위키에 문서가 개설된 디젤기관차

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미국 내수용 기관차
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5.1. 하이브리드 기관차

6. 관련 문서



[1] 대표적으로 GE 제네시스 시리즈 봄바디어 ALP-45DP가 있고 그 자동차 버전으로 쉐보레 볼트를 위시한 주행거리 연장 전기차가 있다. [2] 제작 자체는 기술적으로 가능하긴 하나 이를 기관차에 집어넣을 수 있게 합리적으로 만들기가 매우 어렵다. [3] 이 경우에는 전기 시스템 구조가 급전을 발전기에서 받느냐 전차선으로 받느냐의 차이 밖에 없으며, 이런 구조 덕분에 위에서 언급했던 전차선 급전이 가능한 디젤 기관차의 구현이 매우 쉽다. [4] 당장 자동차도 가솔린 차량과 디젤 차량은 진동과 소음이 차원이 다를 정도로 차이가 많이 난다. [5] 러시아 TEP-80은 1993년 실험에서 271km/h를 달성해 종전 최고 기록을 갱신한다. [6] 현재 한반도는 휴전 즉, 전쟁이 아직 완벽하게 끝나지 않은 상황이다. 이 때문에 대한민국은 일정 수 이상 디젤기관차를 보유하고 있도록 법으로 지정되어 있다. 단전 문제도 있지만 북한은 직류 3000V 전철화가 되어 있어 국내 전기철도차량 운행이 불가능하다. [7] 戰時·재난 대비용 디젤기관차 부족… 낡으면 폐차하는데 구입은 안 해 [8] 야간에도 시멘트 화물열차 수송이 많은 중앙선, 영동선, 태백선을 제외한 모든 노선의 전차선은 새벽 1~5시에 전력 공급이 중단되기 때문에 해당 시간을 포함하여 운행하는 열차에는 전기 기관차가 운행하지 않는다. [9] 가스 터빈 기관차도 존재하지만 연비특성상 회피하는 경향이 있고 전기 기관차와 함께 디젤 기관차를 비 전철화 구간 및 비상 용도 등으로 주요하게 사용하는 이유이다. 또한 수소 기관차도 등장한다면 디젤과 함께 더욱 사용범위를 축소할 예정인 점에서도 사용 사례를 축소하는 이유이다. 가스터빈 기관차 항목 참조 [10] 운용을 전혀 안 하더라도 유지보수는 어느 정도 필요하다.