內燃機車（internal combustion 機車），是以內燃機為動力源，通過傳動裝置驅動車輪，用來牽引車廂在軌道上行駛的動力車。在我國鐵路上采用的內燃機車絕大多數配備柴油機。
20世紀初，部分國家開始探索試制內燃機車。1924年，蘇聯制成一臺電力傳動內燃機車，并交付鐵路使用。1925年，美國將一臺220kW電傳動內燃機車投入運用，從事調車作業。德國在1971年試制出1 840kW的交一直一交電力傳動內燃機車，從而為內燃機車和電力機車的技術發展提供了新的途徑。內燃機車隨后的發展，表現為在提高機車的可靠性、耐久性和經濟性，以及防止污染、降低噪聲等方面。
內燃機車由內燃機、傳動裝置、車架、車體、轉向架、輔助裝置、制動裝置、控制設備、車載信號設備等基本部分組成。按內燃機種類將內燃機車分為燃氣輪機車與柴油機車。內燃機車根據采用的傳動裝置類型又分為機械傳動內燃機車、電力傳動內燃機車和液力傳動內燃機車。
截止2023年，據統計全球內燃機車保有量在10萬輛左右，平均車齡已超過25年。按照機車30年的設計壽命，大部分機車已到了壽命的中后期。但在歐美等國家，機車已逐步通過再制造實現了再利用。北美地區具有較長的內燃機車再制造歷史，再制造數量最大，如美國UP鐵路公司和加拿大CN鐵路公司是再制造的典型企業，美國十大鐵路公司擁有約2萬臺內燃機車，其中有1萬余臺使用20年后進行再制造。西歐各國在20世紀80年代開始大規模開展機車車輛再制造工作，其中英國再制造了890臺內燃機車。東歐和俄羅斯內燃機車再制造產業在2000年左右興起。中國內燃機車保有量在1.2萬輛左右，其中國鐵集團約有7200輛內燃機車，路外企業約有5000輛內燃機車。中國半數以上內燃機車的運用年限超過 20 年，走行公里數超過300萬公里，普遍面臨排放差、油耗高、智能化水平低等問題，無法滿足現在節能減排的應用要求。中國內燃機車再制造處于探索階段，對于遠超使用壽命且狀態差的內燃機車仍以更新為主。
發展歷史
內燃機
19 世紀初，內燃機的雛形初現。直至1860年，第一臺內燃機被法國的萊諾伊爾制成，且為燃煤型內燃機，成為內燃機的鼻祖。1876年，在德國的奧托的艱苦鉆研下，第一臺煤氣型燃氣內燃機被發明，且采用四沖程往復活塞式運動原理，成為燃氣型內燃機的先驅，是瓦特之后在動力機方面取得成就最高的人。1883年，第一臺四沖程往復式汽油機在戴姆勒與邁巴赫的艱苦鉆研和反復試驗下研制成功。1897年，第一臺壓縮點火的內燃機在德國被狄塞爾制成成功，被命名為“狄塞爾”柴油內燃機。
內燃機車
20世紀初，部分國家開始探索試制內燃機車。世界上第一臺內燃機車在1913年開始營運，可以說瑞典的默雷爾斯塔·南曼蘭的鐵道為最早。這臺內燃機車是用75馬力的6缸柴油機直接連接發電機，驅動直流電動機。1924年，蘇聯制成一臺電力傳動內燃機車，并交付鐵路使用。同年，德國用柴油機和空壓縮機配接，利用柴油機排氣余熱加熱壓縮空氣代替蒸汽，將蒸汽機車改裝成為空氣傳動內燃機車。1925年，美國鐵路史上第一輛柴油機車投入運行。內燃機車的效率和清潔性都大大超過了笨重的蒸汽機車，而且不像電力機車那樣受限制，美、英、加等國都在10年內實現了內燃機車化。內燃機車成了鐵路的主人。第二次世界大戰以后，因柴油機的性能和制造技術迅速提高，內燃機車多數配裝了廢氣渦輪增壓系統，功率比戰前提高約50%，配置直流電力傳動裝置和液力傳動裝置的內燃機車的發展加快了，到了20世紀50年代，內燃機車數量急驟增長，并出現了交—直流電力傳動的2940千瓦內燃機車
應用
1925年，美國將一臺220kW電傳動內燃機車投入運用，從事調車作業。20世紀30年代，內燃機車進入試用階段，20世紀30年代后期，出現了一些由功率為900～1 000kW單節機車多節連掛的干線客運內燃機車。20世紀60年代期，大功率硅整流器研制成功，并應用于機車制進，出現了交—直流電力傳動的2940kw內燃機車。20世紀在70年代，單柴油機內燃機車功率已達到4410kW。隨著電子技術的發展，德國在1971年試制出1840kW的交一直一交電力傳動內燃機車，從而為內燃機車和電力機車的技術發展提供了新的途徑。內燃機車隨后的發展，表現為在提高機車的可靠性、耐久性和經濟性，以及防止污染、降低噪聲等方面不斷取得新的進展。
內燃機車在中國
中國內燃機的發展較為滯后，至二十世紀初，內燃機技術才在中國初見雛形，至 1908年廣州市第一臺煤氣機的出現，開啟了中國工業化的道路。內燃機在中國發展較為緩慢，直至二十世紀中期，中國新中國的建設需要加速工業化生產的進程，以及農業生產和國防建設對內燃機的需求進一步增加，中國在蘇聯和東歐等國的幫助下，內燃機產業得到了快速的恢復和發展，新型內燃機的成功開發和出現，促進了中國生產工業化的進程。1958年，中國開始制造內燃機車，先后有“東風”型等3 種型號機車最早投入批量生產，1969年后相繼批量生產了東風4等15種新機型，同第一代內燃機車相比較，在功率、結構、柴油機熱效率和傳動裝置效率上，都有顯著提高；而且還分別增設了電阻制動或液力制動和液力換向、機車各系統保護和故障診斷顯示、微機控制的功能；采用了承載式車體、靜液壓驅動等一系列新技術；機車可靠性和使用壽命方面，性能有很大提高。東風11客運機車的速度達到了160 公里/小時。從1960年代至1980年代，東風型柴油機車作為國鐵集團內燃牽引動力的主力之一，被廣泛運用于西北戈壁荒漠、東北大興安嶺等干旱缺水地區，以及線路坡度大、長隧道較多的中國西南地區。
基本結構
內燃機車由內燃機、傳動裝置、車架、車體、轉向架、輔助裝置、制動裝置、控制設備、車載信號設備等基本部分組成。
內燃機
主要有燃氣輪機和柴油機兩類。
燃氣輪機
燃氣輪機已發展出多種類型，可依據用途、熱力循環方式、功率、轉軸數等方法進行分類。按用途，燃氣輪機可分為航空用燃氣渦輪發動機、艦用燃氣輪機、車輛用燃氣輪機和工業用燃氣輪機。作為飛行器動力的燃氣輪機稱為航空燃氣渦輪發動機；作為艦艇動力的燃氣輪機稱為艦用燃氣輪機；作為車輛動力的燃氣輪機稱為車輛用燃氣輪機;在工業生產中用于提供動力帶動其他裝置的燃氣輪機稱為工業燃氣輪機。按熱力循環方式，燃氣輪機可分為簡單循環燃氣輪機、間冷燃氣輪機、回熱燃氣輪機、間冷回熱燃氣輪機、注蒸汽燃氣輪機、化學回熱燃氣輪機和濕空氣渦輪燃氣輪機等。
燃氣輪機的簡單循環中，空氣被連續地吸入壓氣機進行壓縮，氣體壓力得以提升；隨后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，做功能力顯著提升；高溫高壓的燃氣流入燃氣透平中膨脹做功，一部分功推動燃氣透平葉輪帶著機葉輪一起旋轉，剩余的功即余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止啟動時，需用起動機（如電動機）帶著旋轉，加速到能獨立運行的轉速后，起動機才脫開。
柴油機
柴油機主要是由以下六部分組成：固定件（主要由機體、氣缸、氣缸蓋和主滾動軸承組成。固定件是柴油機的基 本部件，是柴油機的基本組成部分）、運動部件（關鍵由活塞桿組、曲軸組、發動機曲軸組等組成，部件是柴油機的關鍵傳熱部件）、配氣結構（關鍵是氣缸、氣缸扭簧、臂、擺桿、 小鏈條和發動機凸輪曲柄連桿機構是柴油機通風全過程的控制機構）、進排氣系統（由空氣濾芯、中冷器、渦輪增壓 器、進（排氣）支氣管等，可以充分將清潔氣體送入氣缸，工作后的有機廢氣排入空氣中）、燃油系統軟件（關鍵是燃油濾清器、柴油泵、噴油泵及相關管路，保證清潔后的燃油進入氣缸）、進氣系統（關鍵是由主機油泵、運轉油泵、機油濾芯和管路組成）。其他還有控制系統軟件和冷卻系統。
柴油機工作有四沖程和二沖程兩種方式，同等轉速的四沖程機的熱效率一般高于二沖程，所以大部分采用四沖程。從轉速來看，分為高速機、中速機和低速機。為滿足各種功率的需要，生產有相同汽缸直徑和活塞的各種缸數的產品。功率較小用6缸、8缸直列或8缸V型，功率較大用12、16、18和20缸V型，其中以12、16缸的最為常用。
傳動裝置
傳動裝置指的是使柴油機的功率傳到動軸上能符合機車牽引要求而在兩者之間設置的媒介裝置。
柴油機扭矩—轉速特性和機車牽引力—速度特性完全不同，不能用柴油機來直接驅動機車動輪：柴油機有一個最低轉速，低于這個轉速就不能工作，柴油機因此無法啟動機車；柴油機功率基本上與轉速成正比，只有在最高轉速下才能達到最大功率值，而機車運行的速度經常變化，使柴油機功率得不到充分利用；柴油機不能逆轉，機車也就無法換向。所以，內燃機車必須加裝傳動裝置來滿足機車牽引要求。
常用的傳動方式有機械傳動、液力傳動和電力傳動。①機械傳動裝置是由離合器、齒輪變速箱、軸減速箱等組成的。因其功率受到限制，在鐵路內燃機車中不再采用。 ②液力傳動裝置主要由液力傳動箱、車軸齒輪箱、萬向軸等組成。液力變扭器（又稱變矩器）是液力傳動機車最重要的傳動元件，由泵輪、渦輪、導向輪組成。泵輪和柴油機曲軸相連，泵輪葉片帶動工作液體使其獲得能量，并在渦輪葉片流道內流動中將能量傳給渦輪葉片，由渦輪軸輸出機械能做功，通過萬向軸、車軸齒輪箱將柴油機功率傳給機車動輪；工作液體從渦輪葉片流出后，經導向輪葉片的引導，又重新返回泵輪。液力傳動機車操縱簡單、可靠，特別適用于多風沙和多雨的地帶。③電力傳動分為三種：（a）直流電力傳動裝置。牽引發電機和電動機均為直流電機，發動機帶動直流牽引發電機，將直流電直接供各牽引直流電動機驅動機車動輪。（b）交—直流電力傳動裝置。發動機帶動三相交流同步發電機，發出的三相交流電經過大功率半導體整流裝置變為直流電，供給直流牽引電動機驅動機車動輪。（c）變—直—交流電力傳動裝置。發動機帶動三相同步交流牽引發電機，發出的直流通過整流器到達直流中間回路，中間回路中恒定的直流電壓通過逆變器調節其振幅和頻率，再將直流電逆變成三相變頻調壓交流電壓，并供給三相異步牽引電動機驅動機車動輪。電力傳動機車的應用最為廣泛。
車體走行部
包括車架、車體、轉向架等基礎部件。
車架
車架是機車的骨干，安裝動力機、車體、彈簧裝置的基礎。車架為一矩形鋼結構，由中梁、側梁、枕梁、橫梁等主要部分組成，上面安裝有柴油機、傳動裝置、輔助裝置和車體（包括司機室），下面由兩個轉向架支撐并與車架相連，車架中梁前后兩端的中下部裝設車鉤、緩沖裝置。車架承受荷載最大，并傳遞牽引力使列車運行，因此，車架必須有足夠的強度和剛度。
車體
車體是車架上部的外殼，起保護機車上的人員和機器設備不受風、沙、雨雪的侵襲和防寒作用。按其承受載荷情況，分為整體承載式和非整體承車體；按其外形分為罩式和棚式車體。
轉向架
轉向架是機車的走行裝置，又稱平車。由構架、旁承、軸箱、輪對、車軸齒輪箱（電力傳動時包括牽引電機）、彈簧、減振器、均衡梁，以及同車架的連結裝置、基礎制動裝置等主要部件組成。其作用是承載車架及其上面裝置的重量，傳遞牽引力，幫助機車平衡運行和順利通過曲線。內燃機車一般為具有兩個2 軸或3 軸的轉向。
輔助裝置
用來保證柴油機、傳動裝置、走行部、制動裝置和控制調節設備等正常工作的裝置。主要設備包括：燃油系統——保證給柴油機供應燃油的設備及管路系統；冷卻系統——保證柴油機和液力傳動裝置能夠正常工作的冷卻設備和管路系統；機油管路系統——給柴油機正常潤滑的設備及管路系統；空氣濾清器——過濾空氣中灰塵等贓物的裝置；壓縮空氣系統——供給列車的空氣制動裝置、砂箱、空氣笛及其他設備壓縮空氣的系統；輔助電氣設備——蓄電池組、直流輔助發電機、柴油機起動電機等。
制動設備
內燃機車都裝有一套空氣制動機和手制動機。此外，多數電力傳動機車增設電阻制動裝選，液力傳動機車裝有液力制動裝置。
控制設備
控制機車速度、行駛方向和停車的的設備。主要有機車速度控制器、換向控制器、自動控制閥和輔助制動閥。操縱臺上的監視表和警告信號裝置有：空氣、水、油等壓力表，主要部位溫度表，電流表、電壓表，主要部位超溫、超壓或壓力不足等音響和顯示警告信號。為了保證安全，便于操作，內燃機車上還裝設有機車信號和自動停車裝置。
工作原理
燃料在汽缸內燃燒，所產生的高溫高壓氣體在汽缸內膨脹，推動活塞往復運動，連桿帶動曲軸旋轉對外做功，燃料的熱能轉化為機械功。柴油機發出的動力傳輸給傳動裝置，通過對柴油機、傳動裝置的控制和調節，將適應機車運行工況的輸出轉速和轉矩送到每個車軸齒輪箱驅動動輪，動輪產生的輪周牽引力傳遞到車架，由車架端部的車鉤變為挽鉤牽引力來拖動或推送車輛。
關鍵技術
高溫風沙環境窄軌內燃機車關鍵技術及應用
針對沙漠風沙運用環境，研發了模塊化進氣單元，降低了進氣阻力提高空氣過濾效率；針對沙漠高溫運用環境，研發了頂置大塊型雙流道機械連接式散熱器，采用吹風、加壓冷卻技術，提高了機車冷卻富余量，滿足沙漠高溫風沙運行環境下的散熱要求。針對沙漠風沙環境下原有瓦楞百葉通風弊端通風面積較小、防風沙能力不強、機車高溫散熱能力不足，結合機車總體布局，研發了一種新型的瓦楞百葉結構，通過優化濾器結構、增加新型瓦楞百葉的安裝數量，提升了機車通風散熱能力和機車防風沙性能。自主研發了微機控制系統，通過對機車上各種信號的采集，實現對機車的保護、故障診斷及其他控制功能，提高了機車在高溫風沙環境的適應能力和運行可靠性。
內燃機車電傳動系統關鍵技術研究與應用
在國家科技部、鐵道部專項等項目支持下，以4400HP內燃機車電傳動系統為應用對象，在電傳動系統基礎理論、關鍵共性技術和工程應用等難題方面開展了深入研究，突破了牽引變流、傳動控制、工程裝備等關鍵技術，研制了中國完全自主、批量生產的首個交流傳動內燃機車核心電傳動及控制系統裝備，包括牽引變流器、輔助變流器、空壓機變流器、相控控制器等，通過了應用考核，表現出了卓越的性能和優越的可靠性。
分類
按內燃機種類
燃氣輪機車
燃氣輪機車雖然有燃料價格低廉、整車質量較輕等優點，但部分負荷條件下效率較低、燃氣輪機運行噪聲較大等問題使得其應用并不廣泛。
柴油機車
柴油機車技術成熟、轉速范圍適宜，使用廣泛。內燃機車中內燃機和動輪之間需加裝一臺與發動機同等重要并符合牽引特性的傳動裝置。
按傳動裝置類型分類
機械傳動內燃機車
機械傳動內燃機車的功率較小，無法適應干線機車的需求。
電力傳動內燃機車
裝有電力傳動裝置的內燃機車，稱為電力傳動內燃機車。該機車先將內燃機產生的機械能傳至發電機轉換為電能，再由變換裝置將電能變換為電壓可調的直流電或頻率與電壓均可調的交流電輸送至轉向架上的牽引電動機從而實現牽引功能。
液力傳動內燃機車
液力傳動內燃機車則將內燃機產生的機械能傳至液力變矩器轉換為能夠適應牽引特性的機械能，再通過萬向軸與車軸齒輪箱驅動輪軸旋轉實現牽引功能。
主要特點
速度快、啟動迅速；
功率較大，牽引性能較好；
整機效率較高，可充分利用燃料的熱能；
適合缺水地區使用；
駕駛室視野開闊，便于司機駕駛操作。
應用領域
新建鐵路
對于運量不大的線路,采用電氣化在經濟上是不合算的,因此,國鐵集團在規劃西部新建鐵路時有更多采用內燃牽引的意向( 如高原鐵路) ,這些新線將需要新型內燃機車。
調車作業
內燃機車特別適用于調車作業,即使是電氣化線路也要采用調車內燃機車。 這樣,隨著電氣化鐵路的快速增長,調車內燃機車的需求量也將會有較大幅度的增加。 許多鐵路局每年底都有較多的 和諧型內燃機車5B / HXN3B 型大功率交流傳動調車內燃機車的需求量上報。
應急備用
內燃機車的機動性強,即使在電力牽引區段也需要一定數量的客、貨運內燃機車作為應急備用,以應對自然災害等特殊需要。
國防
內燃機車更適于戰時使用,同時便于改造成為各種軍用車輛。 因此,內燃機車制造業是對國防具有特殊意義的民用行業。
工礦鐵路
從中國國鐵以外的路外市場情況來看,由于內燃牽引基本建設投資小,機動性強,所以更多地為工礦企業、地方鐵路所采用。 僅現有的 5 000多臺中小功率的工礦企業內燃機車和路外地方鐵路內燃機車的更新換代,每年也將產生 100 多臺新型內燃機車的市場需求。
再制造發展狀況
截止2023年，據統計全球內燃機車保有量在10萬輛左右，平均車齡已超過25年。按照機車30年的設計壽命，大部分機車已到了壽命的中后期。但在歐美等國家，機車已逐步通過再制造實現了再利用。 北美地區具有較長的內燃機車再制造歷史，再制造數量最大，如美國UP鐵路公司和加拿大 CN 鐵路公司是再制造的典型企業，美國十大鐵路公司擁有約2萬臺內燃機車，其中有1萬余臺使用20年后進行再制造。西歐各國在20世紀80年代開始大規模開展機車車輛再制造工作，其中英國再制造了890臺內燃機車。東歐和俄羅斯內燃機車再制造產業在2000年左右興起。
截止2023年，中國內燃機車保有量在1.2萬輛左右，其中國鐵集團約有7200輛內燃機車，路外企業約有 5000 輛內燃機車。中國半數以上內燃機車的運用年限超過 20 年，走行公里數超過 300 萬公里，普遍面臨排放差、油耗高、智能化水平低等問題，無法滿足現在節能減排的應用要求。中國內燃機車再制造處于探索階段，對于遠超使用壽命且狀態差的內燃機車仍以更新為主。主機廠再制造更多關注的是廢舊或失效的高價值零部件修復再利用，業務也僅僅局部開展，主要為了滿足自身降本增效的需求，沒有形成產業規模。
參考資料 >
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內燃機車發展史及機車的結構原理.東南網.2024-02-05
早期的火車是怎樣的？剎車都要靠人工，鐵路是為馬車鋪設的.m.toutiao.com.2022-06-08
中國鐵路機車家族簡史.中青在線.2024-02-05
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