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柴油机车，又称内燃机车 (英语：diesel locomotive)，是指以柴油发动机为动力来源，并通过传动装置驱动车轮的铁路机车。于20世纪中期开始各地铁路广泛使用。这些机车的功率输出和效率比蒸气机车高，自20世纪中开始在世界大部分地方成为主要铁路机车种类，柴油机车可以直接取代蒸汽机车，不像电力机车必须依赖其他的电力传送设施，如高架线或第三轨。柴油机车可按用途分类为货运机车、客运机车、调车机车、厂矿机车和内燃动车组。自1950年代起，铁路电气化开始普遍应用，随着技术进步，电力机车在牵引力、加速力、爬坡能力和最高速度上逐渐超越柴油机车，因此现时柴油机车多在一些缺乏电气化的铁路区段行走。

苏联的TEP80型是内燃机车的世界速度纪录保持者。它的最高速度是时速271千米/小时。

历史

1892年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）基于热力学中的卡诺循环，设想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，这有别于煤气或汽油发动机吸入燃气混合气点燃做功的方式。根据这一原理，狄塞尔发明了采用柴油作为燃料的压缩点火式内燃机，也就是世界上第一台柴油机，并用自己的名称为这种发动机命名。功率大、效率高的柴油机自然成为车辆的理想动力来源，但当时柴油机刚刚起步，技术远未成熟，将体积、重量庞大的柴油机置于铁路车辆上无疑遇到相当的技术困难。1896年，英国工程师赫伯特·史塔特为英国伍利奇的皇家军工厂（Royal Arsenal）设计制造了一种使用热球式内燃机、以柴油为燃料的铁路机车，但由于设计和技术上的缺陷，其发动机功率效率比很低，被称为“准内燃机”（semi-diesel）。但另一方面这台机车的出现无疑是迈向柴油机车的重要一步。

随着狄塞尔的柴油发动机专利保护在1912年终止，这种发动机的优势很快发挥出来，被广泛应用于船舶推进和静止设备，然而早期柴油机质量大、功率重量比低的问题仍然没有得到有效解决，当时的柴油机确实存在着不少缺陷，其中最大的问题就是重量。由于柴油机汽缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体强度、体积比汽油机大得多，同时早期的柴油机使用的空气压缩机体积也非常巨大，使得柴油机整体上十分笨重。这对应用于陆地上的汽车、铁路构成一定阻碍，因此柴油发动机作为铁路机车动力来源的潜力当时并没有得到重视。

1917年，通用电气利用莱帕的控制系统，试制了一台实验性电力传动柴油机车，也是美国第一台电传动柴油机车。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的范围。这项法案的目的是将纽约市内所有高运输量的铁路进行电气化改造，然而将低运输量地区的铁路电气化并不划算。为此纽约市请求英格索兰公司研制一种调车用柴油机车，即“Boxcab”，采用了通用电气的发动机、牵引电动机及控制系统，机车功率220千瓦，并于1925年7月交付。这种机车的实际运用显示，在当时铁路电气化成本非常高的情况下，柴油机车是十分经济的选择。1920年代中期，美国鲍德温机车厂也设计生产了一种电传动柴油机车的原型车，采用西屋电气公司（Westinghouse Electric）的电器设备，主要运用于难以运行蒸汽机车的路段，例如缺水、缺煤的地方。在这个时候，柴油机车进入实用阶段，其性能优势逐渐显现。1929年，加拿大国家铁路向西屋电气订购了两台柴油机车，成为北美首家将柴油机车运用于铁路干线的铁路公司。另一方面，柴油机车开始在调车机车范畴广泛使用，通用电气公司在1930年代生产了一系列小型调车柴油机车，西屋电气公司及鲍德温机车厂也在1929年开始生产调车柴油机车。但由于不久之后的经济大萧条，西屋电气后来停产机车，转而提供机车的电气部件。与传统的蒸汽机车相比，内燃机车动力强大，没有煤烟污染，而且维护要相对容易。在1930年代的北美大陆，电传动柴油机车迅速成为铁路干线上的主力，正式展开了由蒸汽机车到柴油机车的过度阶段，并出现了一些由单机功率900～1000千瓦柴油机车多节重联连挂组成的干线柴油机车，例如易安迪（EMD）于1939年研制成功的FT型柴油机车。

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