Существует три широких класса железнодорожного оборудования, использующего дизельные двигатели в качестве тягача:
1. Легкий пассажирский вагон или рельсовый автобус (мощностью до 200 лошадиных сил), который обычно четырехколесный и имеет механическую трансмиссию. Он может быть предназначен для перевозки легкого прицепа. Использование таких транспортных средств очень ограничено.
2. Четырехосный пассажирский вагон (мощностью до 750 лошадиных сил), который может эксплуатироваться самостоятельно, буксировать немоторный прицеп или формироваться в полустационарный состав, например, многоцелевой, в котором все вагоны или часть из них являются моторными. В вагонах с механическим приводом дизельный двигатель и все связанное с ним тяговое оборудование, включая топливные баки, могут размещаться под полом, освобождая пространство над рамами для сидения пассажиров. Трансмиссия — электрическая или гидравлическая. Современные вагоны и вагонные составы в основном оборудованы для работы в составе многоцелевых поездов с управлением из одной кабины.
3. Локомотивы (от 10 до 4 000 лошадиных сил), которые могут иметь механическую трансмиссию, если они очень маломощные, или гидравлическую трансмиссию для мощности до 2 000 лошадиных сил, но в большинстве случаев имеют электрическую трансмиссию, выбор которой зависит от мощности и назначения.
Значительное увеличение отношения мощности дизельного двигателя к его весу и применение электроники в системах управления и диагностики компонентов привели к существенному повышению эффективности тепловозов в последней четверти XX века. В 1990 году дизельный двигатель с постоянной мощностью 3500 лошадиных сил был доступен почти в два раза меньше по весу, чем аналогичная модель 1970 года. В то же время топливная эффективность дизельных двигателей была значительно улучшена.
Электроника внесла особенно важный вклад в грузоподъемность дизель-электрических локомотивов на грузовых дорогах, улучшив сцепление при старте или при подъеме на уклон. Локомотив, разгоняющийся из состояния покоя, может развить от 33 до 50 процентов большей силы тяги, если его приводимым в движение колесам позволить «ползти» в очень легком, устойчивом и тонко контролируемом скольжении. В типичной системе управления «ползучестью» доплеровский радар, установленный под локомотивом, точно измеряет истинную скорость движения, на основе которой микропроцессоры рассчитывают идеальный предел скорости ползучести в преобладающих условиях пути и автоматически регулируют подачу тока на тяговые двигатели. Этот процесс происходит непрерывно, так что уровень тока немедленно корректируется в соответствии с изменением параметров пути. В 1960-х годах североамериканцы считали, что дизель-электрический локомотив мощностью 3 000-3 600 лошадиных сил и более должен иметь шесть моторов для эффективного сцепления: две железные дороги приобрели небольшое количество восьмимоторных локомотивов с двумя дизельными двигателями мощностью 5 000-6 600 лошадиных сил каждый. С середины 1980-х годов стали возможны четырехосные локомотивы мощностью до 4 000 лошадиных сил, которые широко используются в скоростном грузовом сообщении (хотя для тяжелых грузоперевозок по-прежнему предпочитают шестиосные локомотивы). Но сегодня мощность в 4 000 лошадиных сил можно получить от 16-цилиндрового дизельного двигателя, в то время как в 1960-х годах для мощности в 3 600 лошадиных сил требовался 20-цилиндровый двигатель. Это, в сочетании с
За пределами Северной Америки широкая электрификация практически прекратила производство тепловозов, предназначенных для перевозки пассажирских поездов, в 1960-х годах. Последнее развитие высокоскоростных дизельных поездов произошло на Британских железных дорогах, которые для своих неэлектрифицированных магистральных маршрутов серийно выпускали полустационарные составы InterCity 125 с 2250-сильным локомотивом на каждом конце семи или восьми промежуточных вагонов. В 1987 году один из таких составов установил мировой рекорд скорости для дизельной тяги — 238 км (148 миль) в час. Ожидается, что некоторые составы InterCity 125 останутся в эксплуатации под различными другими обозначениями вплоть до XXI века. В Северной Америке компании Amtrak в США и VIA в Канаде, а также некоторые городские службы массовых перевозок до сих пор эксплуатируют тепловозы исключительно на пассажирских поездах. В других странах тепловозы предназначены либо для исключительно грузовых перевозок, либо для смешанных пассажирских и грузовых перевозок.
