自带“干粮”的内燃机车

蒸汽机车虽然一度得到广泛应用，但也存在着许多难以克服的缺点，比如运送的煤的1/4被他自己吃掉了，每行驶80千米~100千米就要加水，行驶200千米~300千米就要加煤，行驶5000千米~7000千米还要洗炉；在行驶中要排放黑烟，污染环境，尤其是在过隧道时，浓烟难以散出去，影响旅客和车上工作人员的健康。

（蒸汽机车运用场景）

除了上述运用层面上的问题，在技术上蒸汽机车热效率比较低，只有5%～9%，也就说是每燃烧100千克，实际应用的能量也只有7千克左右。大量的能量浪费的同时，低效率使蒸汽机车的功率和速度进一步提高受到了限制。

通过实践，人们意识到蒸汽机车热效率低的主要原因是它是外燃型，即炉膛里煤燃烧将锅炉里水加热成4000C以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀做功，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。于是有人设想，如果将这种笨重的锅炉去掉，使燃料直接在汽缸内燃烧，用所产生的气体来推动车轮旋转，就可以克服蒸汽机车的上述缺点。根据这种想法，德国人奥托（Nikolaus August Otto）在 1866年成功研制出了一种燃烧煤气的新型发动机。这种发动机和蒸汽机在汽缸外面的锅炉里燃烧燃料不同，它是在汽缸内点燃煤气的，然后利用气体的压力推动活塞，从而使曲轴旋转，输出驱动转矩。因此，就给它起了个形象的名字，叫做内燃机。

奥拓的内燃机以煤气为燃料，储存、携带均不方便，输出功率较小，要想驱动庞然大物的火车有一定的困难。给机车牵引带来真正革命的是另一位德国发明家—鲁道夫·狄塞尔 (Rudolf Diesel)。1881，大学毕业后工作两年的狄赛尔深感蒸汽机的效率低下，萌发了设计新型动力机械的念头。1885年，他辞去制冷工程师的职务，设立了自己的发动机研究室。鉴于奥拓内燃机的问题，基于热力学中的卡诺循环，狄赛尔提出将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸并使之燃烧做功。

（内燃机之父—奥托）

像所有伟大的发明家一样，狄塞尔的前进道路上困难重重，他甚至一度为了谋生又不得不回到制冷机工厂工作。但狄塞尔没有向困难屈服，在强大信念的支持下，他终于在1892年向全世界展示自己的成果—一台实用的柴油动力压燃式发动 机。1906 年，狄塞尔、德国铁路工程师阿道夫·克劳茨(Adolf Klose)和瑞士一家发动机制造商三方合作成立了一年新公司，专门为铁路设计生产柴油机车。1912年，世界上首台真正意义上的柴油机车在这家公司下线，经短暂试运营后于当年9月份交付德意志帝国使用。这台机车自重为95吨，功率为883千瓦，最高速度高达100公里/小时。

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，利用柴油机排气余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，30年代后期，出现了一些由功率为900～1000 kW 单节机车多节连挂的干线客运内燃机车。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单元轮增压系统，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。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2940 kw 内燃机车。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，联邦德国在1971年试制出 1840kW 的交-直-交电力传动内燃机车，从而为内燃机车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，并逐渐确立了其在铁路牵引动力方面第二代霸主的地位。

（世界首台长途运输内燃机车(1924年)）