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  1953年,哈爾科夫運輸機械製造廠成功研製了裝用2D100型二衝程柴油機的TE3型柴油機車,單節機車功率達到2000馬力。此後,哈爾科夫工廠在2D100型柴油機的基礎上進行改進,增加增壓器和中冷器,提高柴油機強化程度。哈爾科夫工廠首先試製了一臺0D100型單缸試驗機,單缸功率可達到250馬力;在此基礎上哈爾科夫工廠又設計了12氣缸的9D100型二衝程柴油機,使單機功率提高到3000馬力,於1958年首先裝用於TE10型柴油機車。1960年,哈爾科夫工廠將單缸功率提高至300馬力,成功研製了10氣缸的10D100型二衝程柴油機,單機功率仍保持在3000馬力,從TE10-011號機車開始裝車使用。  雖然D100系列二衝程柴油機結構簡單、效能可靠,但基於二衝程柴油機的結構特點,當其用於牽引動力時也存在著一些固有缺點,例如在同等功率等級下,二衝程柴油機的燃油效率比四衝程柴油機低,而且機油消耗量較大、排放汙染較嚴重。因此從1950年代末起,哈爾科夫運輸機械製造廠與哈爾科夫理工學院內燃機和渦輪機制造教研室就開始合作,研究適合鐵路機車使用、具有較好燃油效率的新型大功率四衝程柴油機。  早於1956年,哈爾科夫理工學院已經完成一種新型柴油機的初步設計,為16氣缸、四衝程的V型中速柴油機,氣缸直徑240毫米,活塞行程270毫米,額定功率為3000馬力,哈爾科夫理工學院並試製出一臺雙缸試驗機。1962年,哈爾科夫運輸機械製造廠成功試製了首臺D70型大功率柴油機(全稱為16УД70;蘇聯國家標準GOST型號為16ЧН-24/27),額定功率為3000馬力,標定轉速為每分鐘1000轉,最低空載穩定轉速為每分鐘400轉,單位燃料消耗量為150～155克/有效馬力·小時。試驗結果表明,D70型柴油機的燃油經濟性、熱平衡、單位功率重量等效能指標良好,並可以通過改變氣缸數和強化程度,在此基礎上製造出適用於各種柴油機車功率等級的衍生機型。  1963年,哈爾科夫運輸機械製造廠試製了首臺裝用D70型柴油機的原型車,並於1964年中經蘇聯鐵道部批准將其定型為2TE40型。該型機車由兩節結構相同的六軸單司機室機車聯掛而成,兩車連線部分設有通過臺和橡膠風擋,機車乘務員在本務機車上可同時操縱兩節機車。機車既可雙節重聯使用,也可單節獨立使用。機車總體結構與2TE10型機車基本相同,採用了相同的整體承載式結構車體、導框式三軸轉向架及輔助機械裝置。每節機車裝用一臺帶有二級增壓的D70型柴油機,裝車功率為3000馬力,柴油機採用了二級增壓系統,第一級是單級軸流式廢氣渦輪增壓器,第二級是由離心式鼓風機組成的單級機械增壓器。  機車傳動裝置採用直—直流電傳動,採用由哈爾科夫重型電機廠設計製造的ГП-310А型他勵直流牽引發電機,與TE10型機車所採用的МПТ-120/49型牽引發電機的差異僅在於起動繞組結構,柴油發電機組的底架同時也是柴油機的油底殼。2TE40-001號機車裝用了ЭД-104А型串勵直流牽引電動機、ВГТ-275/120型輔助發電機及ТГ-83/25型測速發電機。機車並採用了柴油機—發電機功率聯合調節器,調節系統採用了磁放大器,保證柴油機的功率能得到充分利用。牽引電動機採用抱軸式半懸掛,牽引傳動齒輪比為14:69。每節機車裝用一臺КТ8型空氣壓縮機,由牽引發電機電樞軸直接驅動,最大輸出風量為每分鐘5.3立方米。  1965年,哈爾科夫工廠試製了2TE40-002號機車,這臺機車換裝了ЭД-107型牽引電動機,牽引傳動齒輪比改為15:68,並對機車上的滅火系統進行了改進。1966年至1967年間,哈爾科夫工廠又先後生產了三臺2TE40型機車,結構上與2TE40-002號機車基本相同。五臺2TE40型柴油機車均配屬南方鐵路局使用,但當時盧甘斯克機車製造廠的2TE10L型柴油機車已經投入批量生產,而且哈爾科夫工廠已於1966年恢復由蘇聯國防部直接管理,並根據國防部的指示逐步停止生產鐵路機車的業務,轉為專注於坦克的研究與開發,2TE40型機車最終未獲準投入生產。
2TE40型柴油機車(俄語:2ТЭ40)是蘇聯鐵路的電傳動柴油機車車型之一,由位於烏克蘭的哈爾科夫運輸機械製造廠於1964年研製成功。該型機車是在2TE10型柴油機車的基礎上發展而成,採用Д70型大功率四衝程柴油機,僅試製了5臺機車,並未投入批量生產。