柴油机车

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柴油機車，又稱內燃機車 (英語：diesel locomotive)，是指以柴油發動機為動力來源，並通過傳動裝置驅動車輪的鐵路機車。於20世紀中期開始各地鐵路廣泛使用。這些機車的功率輸出和效率比蒸氣機車高，自20世紀中開始在世界大部分地方成為主要鐵路機車種類，柴油機車可以直接取代蒸汽機車，不像電力機車必須依賴其他的電力傳送設施，如高架線或第三軌。柴油機車可按用途分類為貨運機車、客運機車、調車機車、廠礦機車和內燃動車組。自1950年代起，鐵路電氣化開始普遍應用，隨着技術進步，電力機車在牽引力、加速力、爬坡能力和最高速度上逐漸超越柴油機車，因此現時柴油機車多在一些缺乏電氣化的鐵路區段行走。

蘇聯的TEP80型是內燃機車的世界速度紀錄保持者。它的最高速度是時速271千米/小時。

歷史

1892年，德國工程師魯道夫·狄塞爾（Rudolf Diesel）基於熱力學中的卡諾循環，設想將吸入氣缸的空氣高度壓縮，使其溫度超過燃料的自燃溫度，再用高壓空氣將燃料吹入氣缸並使之燃燒做功，這有別於煤氣或汽油發動機吸入燃氣混合氣點燃做功的方式。根據這一原理，狄塞爾發明了採用柴油作為燃料的壓縮點火式內燃機，也就是世界上第一台柴油機，並用自己的名稱為這種發動機命名。功率大、效率高的柴油機自然成為車輛的理想動力來源，但當時柴油機剛剛起步，技術遠未成熟，將體積、重量龐大的柴油機置於鐵路車輛上無疑遇到相當的技術困難。1896年，英國工程師赫伯特·史塔特為英國伍利奇的皇家軍工廠（Royal Arsenal）設計製造了一種使用熱球式內燃機、以柴油為燃料的鐵路機車，但由於設計和技術上的缺陷，其發動機功率效率比很低，被稱為「准內燃機」（semi-diesel）。但另一方面這台機車的出現無疑是邁向柴油機車的重要一步。

隨着狄塞爾的柴油發動機專利保護在1912年終止，這種發動機的優勢很快發揮出來，被廣泛應用於船舶推進和靜止設備，然而早期柴油機質量大、功率重量比低的問題仍然沒有得到有效解決，當時的柴油機確實存在着不少缺陷，其中最大的問題就是重量。由於柴油機汽缸壓力比汽油機高很多，因而柴油機的缸體強度、體積比汽油機大得多，同時早期的柴油機使用的空氣壓縮機體積也非常巨大，使得柴油機整體上十分笨重。這對應用於陸地上的汽車、鐵路構成一定阻礙，因此柴油發動機作為鐵路機車動力來源的潛力當時並沒有得到重視。

1917年，通用電氣利用萊帕的控制系統，試製了一台實驗性電力傳動柴油機車，也是美國第一台電傳動柴油機車。1923年，紐約市通過了考夫曼法案，禁止污染嚴重的蒸汽機車進入紐約市的範圍。這項法案的目的是將紐約市內所有高運輸量的鐵路進行電氣化改造，然而將低運輸量地區的鐵路電氣化並不划算。為此紐約市請求英格索蘭公司研製一種調車用柴油機車，即「Boxcab」，採用了通用電氣的發動機、牽引電動機及控制系統，機車功率220千瓦，並於1925年7月交付。這種機車的實際運用顯示，在當時鐵路電氣化成本非常高的情況下，柴油機車是十分經濟的選擇。1920年代中期，美國鮑德溫機車廠也設計生產了一種電傳動柴油機車的原型車，採用西屋電氣公司（Westinghouse Electric）的電器設備，主要運用於難以運行蒸汽機車的路段，例如缺水、缺煤的地方。在這個時候，柴油機車進入實用階段，其性能優勢逐漸顯現。1929年，加拿大國家鐵路向西屋電氣訂購了兩台柴油機車，成為北美首家將柴油機車運用於鐵路幹線的鐵路公司。另一方面，柴油機車開始在調車機車範疇廣泛使用，通用電氣公司在1930年代生產了一系列小型調車柴油機車，西屋電氣公司及鮑德溫機車廠也在1929年開始生產調車柴油機車。但由於不久之後的經濟大蕭條，西屋電氣後來停產機車，轉而提供機車的電氣部件。與傳統的蒸汽機車相比，內燃機車動力強大，沒有煤煙污染，而且維護要相對容易。在1930年代的北美大陸，電傳動柴油機車迅速成為鐵路幹線上的主力，正式展開了由蒸汽機車到柴油機車的過度階段，並出現了一些由單機功率900～1000千瓦柴油機車多節重聯連掛組成的幹線柴油機車，例如易安迪（EMD）於1939年研製成功的FT型柴油機車。

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