更新时间：2023-08-15 18:20
内燃机车（internal combustion 机车），是以内燃机为动力源，通过传动装置驱动车轮，用来牵引车厢在轨道上行驶的动力车。
20世纪初，部分国家开始探索试制内燃机车。1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路使用。1925年，美国将一台220kW电传动内燃机车投入运用，从事调车作业。德国在1971年试制出1 840kW的交一直一交电力传动内燃机车，从而为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的途径。内燃机车随后的发展，表现为在提高机车的可靠性、耐久性和经济性，以及防止污染、降低噪声等方面。
内燃机车由内燃机、传动装置、车架、车体、转向架、辅助装置、制动装置、控制设备、车载信号设备等基本部分组成。按内燃机种类将内燃机车分为燃气轮机车与柴油机车。内燃机车根据采用的传动装置类型又分为机械传动内燃机车、电力传动内燃机车和液力传动内燃机车。
截止2023年，据统计全球内燃机车保有量在10万辆左右，平均车龄已超过25年。按照机车30年的设计寿命，大部分机车已到了寿命的中后期。但在欧美等国家，机车已逐步通过再制造实现了再利用。 北美地区具有较长的内燃机车再制造历史，再制造数量最大，如美国UP铁路公司和加拿大CN铁路公司是再制造的典型企业，美国十大铁路公司拥有约2万台内燃机车，其中有1万余台使用20年后进行再制造。西欧各国在20世纪80年代开始大规模开展机车车辆再制造工作，其中英国再制造了890台内燃机车。东欧和俄罗斯内燃机车再制造产业在2000年左右兴起。中国内燃机车保有量在1.2万辆左右，其中国铁集团约有7200辆内燃机车，路外企业约有5000辆内燃机车。中国半数以上内燃机车的运用年限超过 20 年，走行公里数超过300万公里，普遍面临排放差、油耗高、智能化水平低等问题，无法满足现在节能减排的应用要求。中国内燃机车再制造处于探索阶段，对于远超使用寿命且状态差的内燃机车仍以更新为主。
19 世纪初，内燃机的雏形初现。直至1860年，第一台内燃机被法国的莱诺伊尔制成，且为燃煤型内燃机，成为内燃机的鼻祖。1876年，在德国的奥托的艰苦钻研下，第一台煤气型燃气内燃机被发明，且采用四冲程往复活塞式运动原理，成为燃气型内燃机的先驱，是瓦特之后在动力机方面取得成就最高的人。1883年，第一台四冲程往复式汽油机在戴姆勒与迈巴赫的艰苦钻研和反复试验下研制成功。1897年，第一台压缩点火的内燃机在德国被狄塞尔制成成功，被命名为“狄塞尔”柴油内燃机。
20世纪初，部分国家开始探索试制内燃机车。1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路使用。同年，德国用柴油机和空压缩机配接，利用柴油机排气废热加热压缩空气代替蒸汽，将蒸汽机车改装成为空气传动内燃机车。1925年，美国铁路史上第一辆柴油机车投入运行。内燃机车的效率和清洁性都大大超过了笨重的蒸汽火车，而且不像电力机车那样受限制，美、英、加等国都在10年内实现了内燃机车化。内燃机车成了铁路的主人。第二次世界大战以后，因柴油机的性能和制造技术迅速提高，内燃机车多数配装了废气涡轮增压系统，功率比战前提高约50%，配置直流电力传动装置和液力传动装置的内燃机车的发展加快了，到了20世纪50年代，内燃机车数量急骤增长
1925年，美国将一台220kW电传动内燃机车投入运用，从事调车作业。20世纪30年代，内燃机车进入试用阶段，20世纪30年代后期，出现了一些由功率为900～1 000kW单节机车多节连挂的干线客运内燃机车。20世纪60年代期，大功率硅整流器研制成功，并应用于机车制进，出现了交—直流电力传动的2940kw内燃机车。20世纪在70年代，单柴油机内燃机车功率已达到4410kW。随着电子技术的发展，德国在1971年试制出1840kW的交一直一交电力传动内燃机车，从而为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的途径。内燃机车随后的发展，表现为在提高机车的可靠性、耐久性和经济性，以及防止污染、降低噪声等方面不断取得新的进展。
中国内燃机的发展较为滞后，至二十世纪初，内燃机技术才在中国初见雏形，至 1908年广州市第一台煤气机的出现，开启了中国工业化的道路。内燃机在中国发展较为缓慢，直至二十世纪中期，中国新中国的建设需要加速工业化生产的进程，以及农业生产和国防建设对内燃机的需求进一步增加，中国在苏联和东欧等国的帮助下，内燃机产业得到了快速的恢复和发展，新型内燃机的成功开发和出现，促进了中国生产工业化的进程。1958年，中国开始制造内燃机车，先后有“东风”型等3 种型号机车最早投入批量生产，1969年后相继批量生产了东风4等15种新机型。从1960年代至1980年代，东风型柴油机车作为国铁集团内燃牵引动力的主力之一，被广泛运用于西北戈壁荒漠、东北大兴安岭等干旱缺水地区，以及线路坡度大、长隧道较多的中国西南地区。
内燃机车由内燃机、传动装置、车架、车体、转向架、辅助装置、制动装置、控制设备、车载信号设备等基本部分组成。
主要有燃气轮机和柴油机两类。
燃气轮机已发展出多种类型，可依据用途、热力循环方式、功率、转轴数等方法进行分类。按用途，燃气轮机可分为航空用燃气涡轮发动机、舰用燃气轮机、车辆用燃气轮机和工业用燃气轮机。作为飞行器动力的燃气轮机称为航空燃气涡轮发动机；作为舰艇动力的燃气轮机称为舰用燃气轮机；作为车辆动力的燃气轮机称为车辆用燃气轮机;在工业生产中用于提供动力带动其他装置的燃气轮机称为工业燃气轮机。按热力循环方式，燃气轮机可分为简单循环燃气轮机、间冷燃气轮机、回热燃气轮机、间冷回热燃气轮机、注蒸汽燃气轮机、化学回热燃气轮机和湿空气涡轮燃气轮机等。
燃气轮机的简单循环中，空气被连续地吸入压气机进行压缩，气体压力得以提升；随后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，做功能力显著提升；高温高压的燃气流入燃气透平中膨胀做功，一部分功推动燃气透平叶轮带着机叶轮一起旋转，剩余的功即余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止启动时，需用起动机（如电动机）带着旋转，加速到能独立运行的转速后，起动机才脱开。
柴油机主要是由以下六部分组成：固定件（主要由机体、气缸、气缸盖和主滚动轴承组成。固定件是柴油机的基 本部件，是柴油机的基本组成部分）、运动部件（关键由活塞杆组、曲轴组、发动机曲轴组等组成，部件是柴油机的关键传热部件）、配气结构（关键是气缸、气缸扭簧、臂、摆杆、 小链条和发动机凸轮曲柄连杆机构是柴油机通风全过程的控制机构）、进排气系统（由空气滤芯、中冷器、涡轮增压 器、进（排气）支气管等，可以充分将清洁气体送入气缸，工作后的有机废气排入空气中）、燃油系统软件（关键是燃油滤清器、柴油泵、喷油泵及相关管道，保证清洁后的燃油进入气缸）、进气系统（关键是由主机油泵、运转油泵、机油滤芯和管路组成）。其他还有控制系统软件和冷却系统。
柴油机工作有四冲程和二冲程两种方式，同等转速的四冲程机的热效率一般高于二冲程，所以大部分采用四冲程。从转速来看，分为高速机、中速机和低速机。为满足各种功率的需要，生产有相同汽缸直径和活塞的各种缸数的产品。功率较小用6缸、8缸直列或8缸V型，功率较大用12、16、18和20缸V型，其中以12、16缸的最为常用。
传动装置指的是使柴油机的功率传到动轴上能符合机车牵引要求而在两者之间设置的媒介装置。
柴油机扭矩—转速特性和机车牵引力—速度特性完全不同，不能用柴油机来直接驱动机车动轮：柴油机有一个最低转速，低于这个转速就不能工作，柴油机因此无法启动机车；柴油机功率基本上与转速成正比，只有在最高转速下才能达到最大功率值，而机车运行的速度经常变化，使柴油机功率得不到充分利用；柴油机不能逆转，机车也就无法换向。所以，内燃机车必须加装传动装置来满足机车牵引要求。
常用的传动方式有机械传动、液力传动和电力传动。①机械传动装置是由离合器、齿轮变速器、轴减速箱等组成的。因其功率受到限制，在铁路内燃机车中不再采用。 ②液力传动装置主要由液力传动箱、车桥齿轮箱、万向轴等组成。液力变扭器（又称变矩器）是液力传动机车最重要的传动元件，由泵轮、涡轮、导轮组成。泵轮和柴油机曲轴相连，泵轮叶片带动工作液体使其获得能量，并在涡轮叶片流道内流动中将能量传给涡轮叶片，由涡轮轴输出机械能做功，通过万向轴、车轴齿轮箱将柴油机功率传给机车动轮；工作液体从涡轮叶片流出后，经导向轮叶片的引导，又重新返回泵轮。液力传动机车操纵简单、可靠，特别适用于多风沙和多雨的地带。③电力传动分为三种：（a）直流电力传动装置。牵引发电机和电动机均为直流电机，发动机带动直流牵引发电机，将直流电直接供各牵引直流电动机驱动机车动轮。（b）交—直流电力传动装置。发动机带动三相交流同步发电机，发出的三相电经过大功率半导体整流装置变为直流电，供给直流牵引电动机驱动机车动轮。（c）变—直—交流电力传动装置。发动机带动三相同步交流牵引发电机，发出的直流通过整流器到达直流中间回路，中间回路中恒定的直流电压通过逆变器调节其振幅和频率，再将直流电逆变成三相变频调压交流电压，并供给三相异步牵引电动机驱动机车动轮。电力传动机车的应用最为广泛。
车架是机车的骨干，安装动力机、车体、弹簧装置的基础。车架为一矩形钢结构，由中梁、侧梁、枕梁、横梁等主要部分组成，上面安装有柴油机、传动装置、辅助装置和车体（包括司机室），下面由两个转向架支撑并与车架相连，车架中梁前后两端的中下部装设车钩、缓冲装置。车架承受荷载最大，并传递牵引力使列车运行，因此，车架必须有足够的强度和刚度。
车体是车架上部的外壳，起保护机车上的人员和机器设备不受风、沙、雨雪的侵袭和防寒作用。按其承受载荷情况，分为整体承载式和非整体承车体；按其外形分为罩式和棚式车体。
转向架是机车的走行装置，又称台车。由构架、旁承、轴箱、轮对、车桥齿轮箱（电力传动时包括牵引电机）、弹簧、阻尼器、均衡梁，以及同车架的连结装置、基础制动装置等主要部件组成。其作用是承载车架及其上面装置的重量，传递牵引力，帮助机车平衡运行和顺利通过曲线。内燃机车一般为具有两个2 轴或3 轴的转向。
用来保证柴油机、传动装置、走行部、制动装置和控制调节设备等正常工作的装置。主要设备包括：燃油系统——保证给柴油机供应燃油的设备及管路系统；冷却系统——保证柴油机和液力传动装置能够正常工作的冷却设备和管路系统；机油管路系统——给柴油机正常润滑的设备及管路系统；空气滤芯——过滤空气中灰尘等赃物的装置；压缩空气系统——供给列车的空气制动装置、砂箱、空气笛及其他设备压缩空气的系统；辅助电气设备——蓄电池组、直流辅助发电机、柴油机起动电机等。
内燃机车都装有一套空气制动机和手制动机。此外，多数电力传动机车增设电阻制动装选，液力传动机车装有液力制动装置。
控制机车速度、行驶方向和停车的的设备。主要有机车速度控制器、换向控制器、自动调节阀和辅助制动阀。操纵台上的监视表和警告信号装置有：空气、水、油等压力表，主要部位温度表，电流表、电压表，主要部位超温、超压或压力不足等音响和显示警告信号。为了保证安全，便于操作，内燃机车上还装设有机车信号和自动停车装置。
燃料在汽缸内燃烧，所产生的高温高压气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，连杆带动曲轴旋转对外做功，燃料的热能转化为机械功。柴油机发出的动力传输给传动装置，通过对柴油机、传动装置的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩送到每个车桥齿轮箱驱动动轮，动轮产生的轮周牵引力传递到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。
针对沙漠风沙运用环境，研发了模块化进气单元，降低了进气阻力提高空气过滤效率；针对沙漠高温运用环境，研发了顶置大块型双流道机械连接式散热器，采用吹风、加压冷却技术，提高了机车冷却富余量，满足沙漠高温风沙运行环境下的散热要求。针对沙漠风沙环境下原有瓦楞百叶通风弊端通风面积较小、防风沙能力不强、机车高温散热能力不足，结合机车总体布局，研发了一种新型的瓦楞百叶结构，通过优化滤器结构、增加新型瓦楞百叶的安装数量，提升了机车通风散热能力和机车防风沙性能。自主研发了微机控制系统，通过对机车上各种信号的采集，实现对机车的保护、故障诊断及其他控制功能，提高了机车在高温风沙环境的适应能力和运行可靠性。
在国家科技部、铁道部专项等项目支持下，以4400HP内燃机车电传动系统为应用对象，在电传动系统基础理论、关键共性技术和工程应用等难题方面开展了深入研究，突破了牵引变流、传动控制、工程装备等关键技术，研制了中国完全自主、批量生产的首个交流传动内燃机车核心电传动及控制系统装备，包括牵引变流器、辅助变流器、空压机变流器、相控控制器等，通过了应用考核，表现出了卓越的性能和优越的可靠性。
燃气轮机车虽然有燃料价格低廉、整车质量较轻等优点，但部分负荷条件下效率较低、燃气轮机运行噪声较大等问题使得其应用并不广泛。
柴油机车技术成熟、转速范围适宜，使用广泛。内燃机车中内燃机和动轮之间需加装一台与发动机同等重要并符合牵引特性的传动装置。
机械传动内燃机车的功率较小，无法适应干线机车的需求。
电力传动内燃机车先将内燃机产生的机械能传至发电机转换为电能，再由变换装置将电能变换为电压可调的直流电或频率与电压均可调的交流电输送至转向架上的牵引电动机从而实现牵引功能。
液力传动内燃机车则将内燃机产生的机械能传至液力变矩器转换为能够适应牵引特性的机械能，再通过万向轴与车桥齿轮箱驱动轮轴旋转实现牵引功能。
速度快、启动迅速；
功率较大，牵引性能较好；
整机效率较高，可充分利用燃料的热能；
适合缺水地区使用；
驾驶室视野开阔，便于司机驾驶操作。
对于运量不大的线路,采用电气化在经济上是不合算的,因此,国铁集团在规划西部新建铁路时有更多采用内燃牵引的意向( 如高原铁路) ,这些新线将需要新型内燃机车。
内燃机车特别适用于调车作业,即使是电气化线路也要采用调车内燃机车。 这样,随着电气化铁路的快速增长,调车内燃机车的需求量也将会有较大幅度的增加。 许多铁路局每年底都有较多的 和谐型内燃机车5B / HXN3B 型大功率交流传动调车内燃机车的需求量上报。
内燃机车的机动性强,即使在电力牵引区段也需要一定数量的客、货运内燃机车作为应急备用,以应对自然灾害等特殊需要。
内燃机车更适于战时使用,同时便于改造成为各种军用车辆。 因此,内燃机车制造业是对国防具有特殊意义的民用行业。
从中国国铁以外的路外市场情况来看,由于内燃牵引基本建设投资小,机动性强,所以更多地为工矿企业、地方铁路所采用。 仅现有的 5 000多台中小功率的工矿企业内燃机车和路外地方铁路内燃机车的更新换代,每年也将产生 100 多台新型内燃机车的市场需求。
截止2023年，据统计全球内燃机车保有量在10万辆左右，平均车龄已超过25年。按照机车30年的设计寿命，大部分机车已到了寿命的中后期。但在欧美等国家，机车已逐步通过再制造实现了再利用。 北美地区具有较长的内燃机车再制造历史，再制造数量最大，如美国UP铁路公司和加拿大 CN 铁路公司是再制造的典型企业，美国十大铁路公司拥有约2万台内燃机车，其中有1万余台使用20年后进行再制造。西欧各国在20世纪80年代开始大规模开展机车车辆再制造工作，其中英国再制造了890台内燃机车。东欧和俄罗斯内燃机车再制造产业在2000年左右兴起。
截止2023年，中国内燃机车保有量在1.2万辆左右，其中国铁集团约有7200辆内燃机车，路外企业约有 5000 辆内燃机车。中国半数以上内燃机车的运用年限超过 20 年，走行公里数超过 300 万公里，普遍面临排放差、油耗高、智能化水平低等问题，无法满足现在节能减排的应用要求。中国内燃机车再制造处于探索阶段，对于远超使用寿命且状态差的内燃机车仍以更新为主。主机厂再制造更多关注的是废旧或失效的高价值零部件修复再利用，业务也仅仅局部开展，主要为了满足自身降本增效的需求，没有形成产业规模。