ТЭ3Л (ТЭ3, луганская модификация; проектное обозначение — ТЭ20) — опытные советские грузовые тепловозы мощностью 2×2000 л. с.
Крупносерийный выпуск тепловозов ТЭ3 на Луганском тепловозостроительном заводе (к началу 1960-х гг. — около полтысячи секций в год) довольно быстро породил вопрос о их модернизации. В результате Совет министров СССР выпустил постановления № 639 (от 15 июля 1959 года) и № 743 (от 19 июля 1960 года) о разработке проектов модернизации ТЭ3. Этими проектами занялись Харьковский завод транспортного машиностроения (ХЗТМ) и Луганский тепловозостроительный завод. Проект Харьковского завода представлял собой глубокую модернизацию кузова, а точнее вообще его замену на цельнонесущий, идентичный кузову первых 2ТЭ10, и с создание новой дизель-генераторной установки (см. ТЭ30). В отличие от Харьковского, проект Луганского завода предусматривал лишь некоторую переработку кузова тепловоза, с сохранением его длины и конструкции (с несущей рамой). Проектное обозначение тепловоза было ТЭ20.
15 июля 1959 года и 19 июля 1960 года Совет министров СССР выпустил постановления соответственно № 639 и № 743 о разработке проектов модернизации ТЭ3. Этими проектами занимались Харьковский и Луганский заводы. Проект Луганского завода (проектное обозначение ТЭ20) предусматривал сохранение длины и конструкции кузова ТЭ3. На обоих тепловозах планировалось применить дизель-генераторные установки мощностью 2000 л.с. и состоящие из восьмицилиндрового дизельного двигателя 6Д100 (вместо десятицилиндровго 2Д100) и тягового генератора ГП307. Общий вес нового дизель-генератора 6Д100 был на 4550 кг легче дизель-генератора 2Д100
В 1961 году Луганский завод выпустил 6 двухсекционных тепловозов (12 секций), которым присвоили обозначение ТЭ3Л (вместо проектного ТЭ20). Фактичеси эти тепловозы представляли собой 2ТЭ10Л с дизелями 6Д100 - восьмицилиндровой модификацией 10Д100 мощностью 2000 л. с. Тем не менее, нередко эти тепловозы включают в общий выпуск с ТЭ3. Из 6 построенных тепловозов, на дороги поступили только 2: ТЭ3Л-001 (1961) и ТЭ3Л-002 (1962). Они эксплуатировались на Донецкой железной дороге (в 1962—1964 — на Южной). В связи с занятостью завода наладкой серийного выпуска тепловозов 2ТЭ10Л мощностью 2×3000 л.с., работы по разработкам новых двухсекционных тепловозов мощностью 2×2000 л.с. были прекращены. В 1968 году оба ТЭ3Л были исключены из инвентаря[7][10].