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1970年，卢甘斯克机车制造厂（1971年至1989年称为伏罗希洛夫格勒内燃机车制造厂）开始设计新一代大功率干线货运柴油机车，计划作为2TE10型柴油机车的换代产品，单机功率等级同样为3000马力，但采用了先进的Д49型四冲程柴油引擎、交—直流电传动装置和无导框式标准转向架。这种机车原本拟命名为TE116型（ТЭ116），但最终被定型为2TE116型。1971年，在科洛姆纳内燃机车制造厂、哈尔科夫运输机械制造厂、哈尔科夫重型电机厂及全苏铁道运输科学研究院等单位的协作下，伏罗希洛夫格勒工厂试制了首三组2TE116型柴油机车。根据最初的技术规划，2TE116型柴油机车实际上是为研制更大功率机车的过渡阶段产品，因此柴油引擎功率仅为3060马力（16个气缸），单缸功率约为190马力；而在未来随着柴油引擎强化程度的提高，柴油引擎功率应进一步提升为4000马力（16个气缸）、单缸功率250马力，以及6000马力的20气缸柴油引擎，单缸功率300马力。但是面对机车的试验、调整和生产上发现的困难，伏罗希洛夫格勒工厂不得不随着机车的生产，对机车主要零部件进行修改，其中还涉及柴油引擎及电传动系统的可靠性问题。