内燃机车预热系统(diesel locomotive preheating system)对内燃机车柴油机的机油、燃油及冷却水预加热的装置。内燃机车柴油机启动或停机时，对柴油机的机油、燃油及冷却水的温度都是一定的要求。内燃机车运用保养中规定：当油、水温度低于20ºC时，柴油机不准启动；当油、水温度低于40ºC时，柴油机不准加负荷；冬季柴油机停机保温时，油、水温度不得低于20ºC。润滑油、冷却水温度过低，不仅使柴油机启动困难，而且运动零件磨损严重，燃油雾化不良，影响燃烧质量。为此在内燃机车上设置预热系统，以保证柴油机能在规定的油、水温度下启动，或者在停机时间较长的情况下保持一定的油、水温度。
预热装置 可采用预热锅炉或电加热装置。绝大多数内燃机车预热系统由预热锅炉及其自备的喷油点火装置、预热锅炉燃油箱及燃油泵、循环水泵、通风机、测试仪表及电控设备等组成。预热锅炉为水管立式锅炉。
预热锅炉热油箱设置在膨胀水箱一侧。柴油机燃油系统工作时，从燃油泵经支管将燃油送入燃油箱，过多的燃油经油箱顶部溢油管返回机车燃油箱内。预热锅炉的燃油泵将燃油压送到喷油器经滤网从喷油孔喷出，点火装置两电极产生高压电火花引燃燃油。
预热锅炉通风机专门为预热锅炉工作时供应燃油燃烧所需的空气。工作时从机车内吸入空气，通过导风管直接吹入锅炉烟囱排到机车外。预热锅炉工作时，其各机组的能源来自机车蓄电池。为节约机车蓄电池能量，保证柴油机启动，机车设有可供用外电源预热的插销。为此，设有专门的预热锅炉整流柜等电控装置。
预热锅炉工作时，首先开动锅炉循环水泵，机车辅助机油泵，再开动锅炉的通风机，吹扫炉膛，最后使锅炉的燃油泵工作。当喷油压力达到一定时开始点火。燃气在通风机强迫流动下，加热预热锅炉中加热后，再进入高、低温冷却水系统中，并分别通过燃油预热器、机油热交换器加热燃油和机油。如此往复循环，使柴油机机油、冷却水的温度不断提高。将高、低温冷却水系统中的截止阀均开启，并通过调节其开度，使两个冷却水系统加热速度均匀一致。
燃油预热 开动机车燃油送泵，按柴油机正常工作加路循环，由于柴油机不工作，全部燃油经燃油预热加热后，流回燃油箱。
预热过程可能过预热锅炉上及机车动力室侧壁上的监测仪表，随时观察各部状态，当锅炉进口水温度或出口水温度分别达到60℃或80℃时，即可停止预热。按步骤先停油泵，再停水泵和通风机，关闭从两个冷却水系统来水及去水的截止阀和锅炉燃油泵供油阀门，开启锅炉排污阀排除污物后关闭。除手动工况外，现代机车还设有自动控制工况，由于控制系统的智能化，预热过程不需要操作，根据设定的温度参数可自动进行工作。
冬季长期停车时，冷却水可通过预热锅炉进行保温，以免零部件冻裂，并使柴油机启动时达到一定的油、水温度，改善启动条件。
