内燃机车的历史

1892年，德国工程师鲁道夫·迪塞尔以热力学中的卡诺循环为基础，设想将吸入气缸的空气进行高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，然后用高压空气将燃料吹入气缸燃烧做功，与燃气或汽油发动机吸入混合气点火做功的方式不同。根据这一原理，迪塞尔发明了以柴油为燃料的压燃式内燃机，这是世界上第一台柴油机，并以自己的名字命名。大功率高效率的柴油机自然成为车辆的理想动力源，但当时柴油机刚刚起步，技术还远未成熟，要把体积和重量巨大的柴油机放到铁路车辆上，无疑是相当困难的。1896年，英国工程师赫伯特·阿克罗伊德·斯图亚特(Herbert Akroyd Stuart)为英国伍尔维奇的皇家兵工厂设计制造了一台使用热球发动机的柴油燃料铁路机车。但由于设计和技术上的缺陷，其发动机功率效率比很低，所以被称为“半内燃机”。但另一方面，这款机车的出现无疑是向内燃机车迈出的重要一步。

随着Diesel对柴油机的专利保护于1912终止，这种发动机的优势迅速发挥出来，被广泛应用于船舶推进和固定设备中。但早期柴油机质量大、功率重量比低的问题一直没有得到有效解决。当时的柴油机确实有很多缺陷，其中最大的问题就是重量。因为柴油机的气缸压力比汽油机高得多，所以柴油机的气缸强度和容积都比汽油机大得多。同时早期柴油机使用的空气压缩机也非常庞大，使得柴油机整体非常笨重。这对陆地上使用的汽车和铁路造成了一定的障碍，所以柴油机作为铁路机车动力源的潜力在当时并没有受到重视。

1906年，Diesel、德国铁路工程师Adolf Klose和瑞士发动机制造商Gebrüder Sulzer并肩合作，成立了Diesel-Sulzer-Kracz GmbH，专门设计和生产铁路内燃机车。除了生产传统的蒸汽机，格林苏尔寿发动机厂还在1898开始生产柴油机。普鲁士国家铁路(德语:Preu & amp；szligIsche Staatseisenbahnen)在1909向Diesel-Sulzer-Kracz公司订购了一台内燃机车作为试验。经过三年的研究，世界上第一台真正的内燃机车于1912年在瑞士诞生。这台内燃机车重95吨，功率883千瓦，最高时速100公里..那年夏天，这种机车在瑞士温特图尔-罗曼什恩铁路上首次亮相。经过短暂的试运行，于1912年9月交付德意志帝国。在1913的试运行过程中，陆续发现了一些问题和故障，德国和瑞士的工程师也不断进行技术改进。但由于1914年第一次世界大战的爆发，终止了进一步的实验。

在大洋彼岸的美国，美国啤酒制造商安海斯-布什(Anheuser-Bush)的联合创始人之一阿道弗斯·布什(Adolphus Busch)在1898买下了在美国生产柴油发动机的授权。虽然早在20世纪初就有铁路轨道车使用柴油机的记录，但美国并没有广泛使用这种来自交通运输的新动力。美国通用电气公司在20世纪初涉足铁路轨道车市场，通用电气公司的创始人之一托马斯·爱迪生也在1880年进行了电力轨道车的实验，通用电气公司在1895年首次推出了电力机车的样机。但由于电气化成本高，通用电气公司将目光投向了柴油机，构想出了利用柴油机发电并向牵引电机供电的“电动”轨道车，也就是后来的电传动内燃机车。然而，在开发之初就遇到了技术难题。由于采用了哈里·沃德·伦纳德发明的DC发电机和电动机变速控制系统，柴油机和电动机之间的协调性很差。到1914年，研发有重大技术突破。通用电气工程师赫尔曼·勒普(Hermann Lemp)发明了一种可靠的DC电力控制系统，并申请了专利。控制系统自动地将内燃机调节器与发电机和牵引电动机耦合，从而不需要第三方手动调节内燃机车上的发动机。该系统的意义在于解决电传动内燃机车的控制协调问题，成为未来电传动内燃机车控制系统的始祖。

1917年，通用电气利用列帕的控制系统试制了一台试验性电传动内燃机车，这也是美国第一台电传动内燃机车。1923年，纽约市通过了考夫曼法案，禁止污染严重的蒸汽机车进入纽约市边界。这项法案的目的是使纽约所有高运量的铁路电气化，但使低运量地区的铁路电气化并不划算。因此，纽约要求英格索兰研制调车用内燃机车，即“Boxcab”，采用通用电气的发动机、牵引电机和控制系统，机车功率220kW，于1925年7月交付。这种机车的实际运用表明，在当时铁路电气化成本很高的情况下，内燃机车是非常经济的选择。1920年代中期，美国鲍德温机车厂也设计生产了一种电力内燃机车的样机，采用了西屋电气的电气设备，主要用于蒸汽机车难以运行的区段，比如缺水缺煤的地方。此时内燃机车进入实用阶段，性能优势逐渐显现。1929年，加拿大国家铁路向西木电气订购了两台内燃机车，成为北美第一家将内燃机车应用于铁路干线的铁路公司。另一方面，内燃机车开始广泛应用于调车机车领域。通用电气公司在60年代+0930年代生产了一系列小型调车内燃机车，西屋电气公司和鲍德温机车厂也在60年代+0929年开始生产调车内燃机车。但由于不久后的大萧条，西屋电气后来停止了机车的生产，转而为机车提供电气部件。与传统的蒸汽机车相比，内燃机车动力强劲，没有烟尘污染，维修相对容易。1930年代的北美大陆，电传动内燃机车迅速成为铁路干线上的主力，蒸汽机车向内燃机车的过渡阶段正式启动，出现了一些由多台内燃机车组成的单机功率为900 ~ 1000 kW的干线内燃机车，如1939年EMD研制成功的FT内燃机车。

在欧洲，德国克劳斯-马菲·威格曼公司、奥格斯堡-纽伦堡机械厂和福伊特公司成功研制出世界上第一台液压内燃机车——v 140——并于1935年投入使用。这种内燃机车比电力机车结构更简单，重量更轻。德意志帝国铁路公司(DR)对这种机车的性能非常满意。此后，液体内燃机车成为德国铁路干线的主力机车。

二战后，内燃机车进入快速发展阶段。由于柴油机性能和制造技术的迅速提高，以及废气涡轮增压系统的普及，内燃机车的功率比二战前普遍提高了50%左右。20世纪50年代，内燃机车数量迅速增加，DC电传动内燃机车和内燃液压呈现双轨发展。1960年代，大功率硅整流器研制成功并应用于铁路机车，出现了交流-DC电力传动内燃机车，功率水平进一步提高。随着电子技术的发展，联邦德国(西德)于1971年试制出功率为1840 kW的交流-DC-交流电传动内燃机车(Henschel-BBC DE2500)，为内燃机车的技术发展提供了新的途径。