内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车所用内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。在中国，内燃机车由于使用柴油机，所以在介绍内燃机车时一般都是指柴油机车（图4.3_01电传动内燃机车结构示意图）。
当柴油机的燃料在汽缸内燃烧时，所产生的高压高温气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，并通过曲轴将往复运动变为旋转运动，这样燃料的热能就转化为机械功。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再送到每个车轴齿轮箱驱动机车动轮，使机车运行，动轮产生的轮周牵引力传送到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。
从内燃机车工作原理可以看出，内燃机车的基本构造是由柴油机、传动装置、车体走行部、辅助装置、制动设备、控制设备等部分组成的。
柴油机是内燃机车的动力装置，现代内燃机车一般采用四冲程高速或中速柴油机。为满足各种功率的需要，在制造柴油机时，便生产相同汽缸直径和活塞冲程，不同汽缸数的系列产品。小功率的多为直列型，大功率的一般都是V型等。所谓直列型是指柴油机的汽缸垂直排列，而V型的汽缸成V型排列。各种柴油机都用一定的型号来表示，如16V240ZL型柴油机，表示16个汽缸V型排列，缸径240mm，设有涡轮增压器和中间冷却器。
内燃机车的传动装置有电传动和液力传动两种，二者在结构原理和运用维修上都有较大的区别。
内燃机车的走行部采用构架式转向架的形式。转向架主要承受机车上部重量，传递牵引力和制动力，以及缓和、吸收来自线路的各种冲击和振动，保证机车安全平稳地运行。
辅助装置的作用是保证柴油机、传动装置和走行部的正常工作和可靠运行。主要包括：燃油系统、冷却系统、机油管路系统、空气滤清器、压缩空气系统、辅助电气设备等。
制动设备包括一套空气制动机和手制动机。电传动机车增设电阻制动装置，液力传动机车装有液力制动装置。
控制设备主要有机车速度控制器、换向控制器、自动控制阀和辅助制动阀。为了保证安全，还装有机车信号和自动停车装置。
内燃机车有较明显的优点，如，机车效率较高、机车整备时间短，持续工作时间长，用水量少，适用于缺水地区。初期投资比电力机车少，机车乘务员劳动条件好，还便于多机牵引。但内燃机车机车最大的缺点是对大气和环境有污染。
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