蒸気機関車
ベルギーで製作されフランスの西アフリカ植民地で使われた方式。
日本の国有鉄道に在籍した蒸気機関車の弁装置の種類は次の通りであった。
スチーブンソン式(基本形、ハウ形、アメリカ形):初期の蒸気機関車の標準型として広く用いられた。弁室は、基本形ではシリンダの内側に置かれるが、アメリカ形では上部に置かれる。
アラン式(トリック式)
ジョイ式(基本形、ウェッブ形)
ベーカー式(深川形)
宇佐美式 : C57形で試用。自動可変リード弁の一種。
マーシャル式(ヴィンターツール形、コッペル形)
グレズリー式:3シリンダ式機関車の中央シリンダ用に使用される方式で、左右の弁装置の動きをてこで合成することで、中央シリンダの弁装置を作動させる。
ワルシャート式(ヘルムホルツ形、ホイジンガー形):近代の大型蒸気機関車のほとんどがこの方式で、動作機構が全て動輪の外側にあるため、整備性が良い。
架線から運転台天井部に取り付けたパンタグラフで集電し、その電気エネルギーでボイラー内の水を沸騰させて蒸気を得るという機関車がスイスに存在した。これはSBB(スイス国鉄)のE3/3形と呼ばれる軸配置0-6-0の入れ替え用タンク機関車であり、第二次世界大戦中の石炭の入手難に対応すべく2両が試作されたものである。この形式の場合、電気を動力源(熱源)としているが、電動機や電磁石など、電気のみによって駆動力を得ているわけではなく、電力はあくまで熱源としてボイラーの加熱にのみ用いられ、最終的には蒸気で動輪を駆動するため、電気機関車ではなく蒸気機関車に分類される。
すなわち巨大なクランク構造となっている蒸気機関車の動輪回転数は400rpm付近が限界とされており、実際に各国の蒸気機関車の最高速度もほぼこの限界値近くにある。高速度が要求される蒸気機関車は当然大きな動輪径が設定される。
蒸気機関車に限らないが滑らかな鉄の車輪を鉄のレールの上で走らせるため、スリップ(空転)を起こしやすい。重量のある列車を牽引する際に空転を防ぐためには動輪とレールの粘着性を上げることが必要だが、手段としては全動輪にかかる重量を増やす方法がとられる。即ち動輪1対あたりの重量(軸重)を増やすか、動輪数を増やして動軸上重量を増やすの2種類の方法がある。動輪および前輪と従輪の配置や数(軸配置)は機関車の性能を決定する重要なファクターである(車軸配置参照)。軸重の増加については軌道の強化が必要であり、動輪数を増やす場合については機関車の長さの問題、急カーブ通過時の問題などが発生する。動輪数を増やしてカーブ対策を行った方式として、前後に複数の駆動システムを有する関節式機関車がある。
しかしLNER A4はページにある通り無理やりに速度を出した場合の数値である。C62はまだまだ余力を残しており10‰勾配と曲線を超え木曽川橋梁から岐阜へ向かえば140km/hは出せていた。C62の営業列車で120km/h以上(速度計の数値は120km/hまでしか書かれていない)の速度を出す機関士もおり、他の機種でも戦時中の若い機関士を中心に客車を引っ張って129km/h以上を出すこともあった。
営業最高速度は日本と同じ1067mm軌間ではインドネシア(1000形=C53形)やニュージーランド(Ka形(en:NZR KA class)の時速120km前後が最高(日本は前述のとおり130km/hほどの速度を出すこともあったが600メートル条項の建前上時速100km程度)である。なお インドネシア(1000形=C53形)は90kmほどで機関車が手に負えないほど振動が激しくなり、1931年に試験目的で100kmを出してみたところ更に激しく揺れたため最高速度は90kmに制限されており、120kmの営業運転がされていたという記述は信憑性が全く無い。インドネシアの最速機関車は110kmの記録を出したC28タンク機関車で短距離高速列車を90kmから95kmの営業最高速度で運転していた。さらにニュージーランドKa形についても 同国のJA形が120kmを超えた逸話と混同しており、蒸気機関車時代の営業運転速度は120kmどころか50マイル(80.5 km/ h)である。またニュージーランド最速記録は英国から輸入したレールバスの125.
日本にはない形式で、アメリカのsimple expansion articulated engine の訳語。前述のマレー式では前部が低圧シリンダーのため関節部に蒸気を送るのが容易な反面、シリンダーが大型になりすぎ車両限界に接触したり重量過大を招いたため、前部・後部のシリンダーが同径で、同じ圧力の高圧蒸気がボイラーから直接同時に供給される単式機関車として考案された。
)、トルク変動も2・4気筒が1回転に4回なのに対し3気筒は6回に分散するためトルクのむらが少なく有利という違いがある。
変則的なパターンにアメリカのボークレーン社が複式による燃費向上と内側シリンダーによる整備性悪化を防ぐことを両立するため、シリンダーを全部外側につけた4気筒式(通常のシリンダーの位置に上下に高圧と低圧シリンダーを並べる構造)が存在したが、こちらは動きが2気筒と同じなので振動減衰に役立たないどころか、シリンダーやロッドの数が増えた分駆動系の重量が増加して逆に振動を増加させており、燃費向上のメリットを差し引いてもうまみが薄くボークレーン社も過熱器が導入され始めると製造を打ち切っている。
気筒数がさらに多い機関車では、フランスで低速走行時の経済性を改良するために1940年に作られた160.A.1.型の「6気筒」というものがある(第一動輪と先輪の間に低圧シリンダーが横並びに4つ、高圧シリンダーが第3・第4動輪の内側に2つ)が、1両のみの試作に終わっている。
3気筒と4気筒の大きな問題に運転が煩雑になること、内側のシリンダーに過負荷がかかることや過熱による部品の熔解や潤滑システムの故障が発生しやすい欠陥があった。特にグレズリー式でこの問題が顕著に現れていた。設計に技術的な欠陥があるため故障ばかりで、2気筒に比べて製造コストが高いだけでなくメンテナンス不足に陥りやすいためLNERに無駄なコストがかかったと考えられている。
グレート・ウェスタン鉄道1000形蒸気機関車(カウンティ級)
グレート・ウェスタン鉄道2900形蒸気機関車(セイント級)
グレート・ウェスタン鉄道3252形蒸気機関車(デューク級)
グレート・ウェスタン鉄道3300形蒸気機関車(ブルドッグ級)
グレート・ウェスタン鉄道3700形蒸気機関車(シティ級)
グレート・ウェスタン鉄道4000形蒸気機関車(スター級)
グレート・ウェスタン鉄道4073形蒸気機関車(キャッスル級)
グレート・ウェスタン鉄道4120形蒸気機関車(アタバラ級)
グレート・ウェスタン鉄道4300形蒸気機関車
グレート・ウェスタン鉄道4900形蒸気機関車(ホール級)
グレート・ウェスタン鉄道6000形蒸気機関車(キング級)
グレート・ウェスタン鉄道6959形蒸気機関車(改ホール級)
LNER A1形・A3形蒸気機関車
LNER P2形蒸気機関車
LNER A4形蒸気機関車
サザン鉄道V形蒸気機関車(スクールズ級)