蒸気機関車
なお、第二次世界大戦中のドイツで設計・製作された貨物用の52形では、軸配置1Eの大型機であったが構造簡素化による生産性の向上を目的としてインゼクタを複数搭載として従来のドイツ国鉄機で標準であった給水ポンプ+給水温め器の搭載が省略され、またイギリスのグレート・ウェスタン鉄道などではやはりインゼクタの複数搭載を標準としていたが、クラック弁と称する特殊な弁を使用することで、ボイラーに注水される水の温度が段階的に引き上げられる、つまり給水温め器を使用するのと同様の効果が得られるような機構を採用していた。
ボイラーの性能を表す指標として、蒸気圧力、飽和式か過熱式か、煙管・大煙管の太さと本数または煙管の総表面積(熱伝導面積)などが使用される。一般にボイラーでは圧力が高いほどエネルギー効率は上昇する(飽和式の場合は水に戻りにくくなるというメリットも生まれる)が、蒸気漏れなどに対する対策に高度な技術が必要となるのでそういった兼ね合いで上限値を定め、蒸気機関車の場合は構造上や運用の都合もあって据え置き式や船舶のボイラーなどと比較すれば低圧の部類に入る。最初期の蒸気機関車では1829年のスチーブンソンのロケット号が出場したレインヒルトライアルのルールが「(安全のため)ボイラ圧力は1平方インチ当たり50ポンド(約3.55気圧)以下」と非常に低圧で、その後鋳鉄技術の向上で1850年ごろには10気圧程度まで上がり、以下1870年代には鋼鉄製が一般化して11~12気圧、20世紀初頭には13~14気圧ぐらいでイギリスの場合では最盛期で17.7気圧(正確には「1平方インチ当たり250ポンド」)になった。他の国の場合はフランスは複式が多いので初期の圧力を高めにして20世紀初頭に16気圧、1930年代に20気圧のものが出始めこれが全盛期の標準。
また、開口率は、80%-0%の間で表しており、全出力で80%、停止時や惰性運転時では0%としている。また、加減リンクは前進または後進の切り替えも行い、同じく逆転機ハンドルを回すことにより、心向棒を加減リンクの中央(支点の部分)から下に下げると前進、上に上げると後進となる(前後進の切替は停止時に行う)。その他に、発車時に常温まで冷えたシリンダー室に蒸気を送ると、蒸気の温度が下がり凝縮が発生してシリンダー室に水が溜まるため、溜まった水を排出するシリンダー排水弁や、蒸気室の前後をバイパス管で結びその中間に弁を設置し、惰性運転時に、逆転機ハンドルを操作して蒸気室とシリンダー室を結ぶ蒸気通路の開口率を80%にしてからその弁を開き、シリンダー室のピストンの前後の空気を行き来できるようにして、ピストンの空気抵抗を最小にするバイパス弁がある。
機関車の出力は最終的にはシリンダーの大きさ×数×蒸気圧力で決まる。カタログではシリンダー直径×行程で示される。蒸気機関車の設計は、シリンダーで使用される蒸気量と、蒸気を作る能力(火室やボイラーの性能)がマッチするよう考慮される。
A48のシリンダー部分の切断展示、ピストンは前端位置にある。
C61 20号機の上部にある加減弁引き棒と加減弁につながる加減弁クランク。
青梅鉄道公園に保存されているD51 452号機の運転室にある各運転機器類。(各部の詳しい説明は画像をクリックしてください)
戦後、1951年(昭和26年)の秋に石炭が不足したため、石炭危機の対策と質の悪い石炭を有効に活用するため、機関車に対して重油を石炭と併し、石炭の節約が実施された。その後、石炭事情は好転したが、消煙効果と投炭量の減少によって、乗客に対するサービスの向上と乗務員の苦痛の軽減から好評を博し、引張定数または速度を10%向上することも可能であることが分かり、全国的に拡大実施された。
ただし重油を使用しても単純に楽になるわけではなく、火力が増すのでボイラー周りが高温になって排煙ですら100度を超え、トンネルなどに入ると非常に熱くなるので上記の消煙効果や投炭軽減を差し引いても「無い方が楽(盛岡機関区の機関士、内藤利雄 談)」と評価されたり、使い過ぎると燃え残った重油がべとつき、煙管が詰まったり集煙装置の開閉ができなくなる不具合が起きたので「私はあまり油は使わんのです」(人吉機関区の機関士、石井篤信 談)といった使用控えもあった。
搭載した原子炉で蒸気を発生させ、蒸気タービンで発電しモーターを駆動する方式で、発電式機関車の一種である。主に1950年代と1970年代に計画されたが、重量が極端に大きくなる、放射能漏れの危険性があるなどの問題により、実現した例はなかった。 アメリカ GE製のガスタービン機関車を改造する予定であった。 ソ連 TE-3型ディーゼル機関車を改造する予定であり、1970年代には超広軌の巨大な機関車が計画された。 旧西ドイツ V200形ディーゼル機関車を2両連結に改造する予定であった。 日本 昭和30年代に鉄道技術研究所により、AH101という形式が計画された(形式のAはAtomicの略であると思われる)。