鉄道車両の歴史
トレビシックは既に2個のシリンダーの位相を90度ずらすことでこの問題を解決するアイデアを考案し、特許も取得している。しかしレールの強度不足や機械工作の精度の問題などにより、まだ蒸気機関車を実用化することはできなかった。
1812年に、ジョン・ブレンキンソップが設計しマシュー・マレーが製造した「サラマンカ号」 (Salamanca) では、レールと車輪がスリップしたことがトレビシックの失敗の原因であると考えられて、レールに刻み目をつけて歯車をかみ合わせて前進する、ラック式鉄道となっている。シリンダーは垂直に立てられており、また2個のシリンダーにより死点の問題を解決した初めての機関車であった。90 トンの貨車を牽いて4 マイル毎時で走行することができ、またラックレールにより通常の鉄道では登坂困難な50 パーミルの勾配も15 トンを牽いて登ることができた。この機関車は4両製造され1835年まで実用的に用いられた。
ウィリアム・ヘドリーは、さらに実験を行って、当初のトレビシックの機関車のように歯車のない粘着運転でも通常の走行には十分であることを立証した。1813年に彼は「パッフィング・ビリー号」 (Puffing Billy) を製作して走らせた。「サラマンカ号」では前後に2つ並んでいたシリンダーは、「パッフィング・ビリー号」では左右に2つ並んで、下部のクランクを駆動していた。この形式は見た目がバッタに似ていることから「グラスホッパー型」 (grasshopper) と呼ばれ、初期のアメリカの機関車に多く見られた。
しかし他の車両と連結して走ることができず不経済で、試運転のみに留まった。
シーネンツェッペリンに続いて、ドイツではディーゼルエンジンを用いた通常の車輪駆動の高速列車に取り組んだ。410馬力のディーゼルエンジンと発電機を搭載し、その電力でモーターを回して走る電気式ディーゼルで、1933年5月15日からベルリン - ハンブルク間で営業運転についた。この列車は「フリーゲンダー・ハンブルガー号」と名づけられ、270 kmの距離を2時間18分で結んだ。平均速度は124.6 km/h、最高速度は160 km/hで、営業運転に用いられる列車としては世界最高速度を達成した。高速性能で乗客から人気を博し、コスト的にも蒸気機関車の牽引する列車より安いことが明らかとなった。ドイツ全土を結ぶディーゼル特急ネットワークが計画されて増備が進められ、その中にはフォイト製トルクコンバータを搭載した液体式のものもあった。この時期、チェコスロバキアではスロヴェンスカー・ストレラ、アメリカではパイオニア・ゼファーなど、同じようにディーゼル駆動の高速列車が運行されるようになった。
アメリカではゼネラルモーターズ傘下のエレクトロ・モーティブ・ディビジョン (EMD) がディーゼル機関車の開発を進め、1930年代には1000馬力級のエンジンを搭載したディーゼル機関車が各鉄道に次第に普及し始めていた。
複式に対して従来の方式は単式(シンプル)という。複式では、蒸気の持つ熱エネルギーを有効に引き出して熱効率を向上することができる。複式の発想も蒸気機関車の歴史の比較的初期からあり、1850年にイギリスのイースタン・カウンティー鉄道のジョン・ニコルソンとジェームス・サムエルソンによって特許が取られている。しかし実用に足る機関車が実際に造られたのは1876年のことで、スイスのアナトール・マレーの設計によるフランスの機関車であった。マレーはさらに工夫を進め、蒸気機関車を2車体連結にし、高圧シリンダーで使った後の蒸気を低圧シリンダーの搭載されている車体に送って使うマレー式機関車を発明した。マレー式を含む複式機関車はしばらく各国で用いられたが、過熱蒸気のシステムが普及するとメリットが薄くなり、操作や保守の不便さからフランスを除いてあまり見られなくなった。フランスでは、精緻な機関車で性能を最大限に引き出そうとする発想から最後まで複式が用いられ続け、小型の機関車でも世界最大のアメリカの機関車に匹敵する出力を実現できるほどに発展した。
世界最大の出力を持つ蒸気機関車として知られるアメリカのビッグボーイもマレー式と呼ばれることがあるが、これは2車体連結ではあるものの複式ではない。
蒸気機関車のシリンダーの数は、通常左右それぞれに1つずつの2つで、複式の場合高圧と低圧が組み合わせられるため4つになる。