複合機関車

複合機関車は、蒸気を2段以上で膨張させるタイプの蒸気機関である複合エンジンによって駆動される蒸気機関車です。 [ 1 ] [ 2 ]機関車は複合化の応用例の1つにすぎませんでした。例えば、船舶では2段式や3段式が使用されました。[ 3 ]

1880年代初頭から鉄道機関車で複式化が普及し、1890年代には一般的になりました。ドイツ、オーストリア、ハンガリー、アメリカ合衆国で、主に2気筒および4気筒の複式機関車が多数製造されました。メンテナンスの必要性が増すと認識されたため、人気は衰えました。しかし、複式マレットはノーフォーク・アンド・ウェスタン鉄道で1952年まで製造され、フランスでは1970年代に蒸気機関が終焉を迎えるまで設計・製造が続けられました。フランスの複式機関車は高度に発達し、最終的には高圧段と低圧段の間に再加熱装置が組み込まれ、過熱装置も初めて採用されました。その結果、史上最高の出力重量比と馬力対火格子面積比を達成した蒸気機関車となりました。

導入

複式機関の通常の配置では、蒸気はまず1つまたは2つの高圧（HP）シリンダーで膨張し、その後、熱と圧力をいくらか放出した後、より容積の大きい低圧（LP）シリンダー（1つまたは2つ、あるいはそれ以上）に排出されます。これにより、熱力学サイクルの膨張部分が延長されます。これらのシリンダーは、「並列」で動作する単膨張式機関車の通常の配置とは対照的に、「直列」で動作すると言えます。複式機関車のピストン推力のバランスをとるためには、高圧シリンダーと低圧シリンダーの容積比を慎重に決定する必要があります。これは通常、低圧シリンダーの直径を大きくするか、ストロークを長くするなどして行います。非凝縮式機関車の場合、高圧シリンダーと低圧シリンダーの容積比は通常1:2.25です。ギア式機関車では、低圧ピストンの速度を上げることで、シリンダー容積をほぼ一定に保つことができます。 複式とは、あらゆる多重膨張式機関を指します。[ 4 ]二重膨張式、三重膨張式、四重膨張式という用語によって、より深い理解が得られます。少なくとも3台の三段膨張式機関車が製造された。1878年にグリーンウッド・アンド・バトリー社が製造した垂直ボイラー式高圧0-4-0機関車[ 5 ] 、ロンドン・アンド・ノース・ウェスタン鉄道のフランシス・ウェッブが二段膨張式機関車を改造した2-2-2機関車、そして1933年にアメリカン・ロコモティブ・カンパニーとデラウェア・アンド・ハドソン鉄道が製造した実験的な4-8-0機関車LFLoreeである[ 6 ] [ 7 ]。

複動式の理由

複動式に求められる主な利点は、燃料と水の消費量の削減、そして排気バルブが開く前にシリンダー内でより多くの膨張が起こることで効率が向上するため、出力重量比が向上することです。さらに、トルクの滑らかさや、多くの場合、乗り心地の向上による線路や走行装置の摩耗の減少などの利点もあります。急勾配と低い車軸荷重が組み合わさった場合、複動式機関車は最も実行可能な解決策であるとしばしば考えられていました

複式機関車の設計には、他の機関車以上に熱力学と流体力学の深い理解が求められます。これらの知識の欠如は、特に20世紀初頭において、多くの最適とは言えない設計を生み出しました。複式設計は蒸気サイクルが長いため、長距離通過中の蒸気の温度低下と凝縮の影響を受けやすいという欠点がありました。1929年以降、アンドレ・シャプロンは古い機関車を改造する際に、蒸気回路の流れを改善し、同時に大型の過熱装置を搭載して蒸気の初期温度を上昇させ、低圧シリンダー内の凝縮を遅らせることで、低コストで「魔法のような」出力と経済性の向上を実現しました。

深刻な結露を防ぐため、LNERは水管ボイラー式の10,000番機関車に再過熱を施し、不十分な高圧過熱を補った。 [ 8 ]パリ＝オルレアン鉄道は、高圧段と低圧段の間に再過熱を備えた2-12-0の実証用機関車、160-A1号機（1948年から1951年にかけて試験）を設計した。また、シャペロン[ 8 ]によれば、複合機関車ではこれが初めてであったと考えられている、高圧/低圧シリンダーの両方に蒸気ジャケットが取り付けられた。再過熱は、ポルタが改造した4-8-0の試作機「ラ・アルヘンティーナ」（アルゼンチンで同時期に試験）にも採用された。

単純膨張の支持者は、シリンダー内の早期遮断を使用することで、各ピストンストロークで少量の蒸気を膨張させ、複式膨張や複数シリンダーの単一膨張の複雑さと初期費用の必要性を排除できると主張しているが、これは現在も議論が続いている。

複合構成

構成は多岐にわたりますが、高圧と低圧のピストンストロークの位相、つまり高圧排気が高圧から低圧に直接通過できるかどうか（ウルフ複合構成）、または圧力変動により蒸気室またはレシーバーと呼ばれるパイプの形で中間の「バッファ」空間が必要になるかどうか（レシーバー複合構成）によって、 2つの基本的なタイプを定義できます

複式蒸気シリンダーの永遠の課題は始動です。すべてのシリンダーがそれぞれの重量を支えるためには、高圧シリンダーを短絡させ、減圧された蒸気を低圧シリンダーに直接供給する何らかの方法が必要です。そのため、特許取得済みの複式システムの多くは、特別な始動装置を備えています。ド・グレン式4気筒システムは、高圧と低圧の独立した遮断機構と、ランタンと呼ばれる回転弁を備え、高圧グループと低圧グループの独立した作動または組み合わせを可能にする、おそらく今でも最も洗練されたシステムです。他のほとんどのシステムでは、さまざまな種類の始動弁が使用されています。もう一つの基準は、2つのグループのバルブギアが完全に独立しているか、それとも何らかの形で連結されているかです。

構成

ヴォークレーン製4気筒複合機関車、ミルウォーキー・ロードA2形919号機

2気筒複式

  • 2つのシリンダー、高圧と低圧を交互に繰り返す - 「連続膨張機関車」（サミュエル/ニコルソン）[ 9 ]
  • 高圧 1 つ、低圧 1 つ - これらは通常「クロスコンパウンド」設計と呼ばれ、多くのバリエーションがあります ( Mallet -1、Vauclain、Von Borries -1、 Lindner、Gölsdorf -1、 Herdner)

3気筒複式

3気筒半複式

  • 1. 高圧、2. 低圧；高圧は高圧ボイラーの過熱から、低圧は高圧排気と低圧ボイラーの過熱との混合から（カナディアン・パシフィック）[ 10 ]

3気筒三段膨張

4気筒三膨張複式

  • 高圧1気筒、中圧1気筒、低圧2気筒（LFローリー）

4気筒複式

6気筒複式

  • 高圧2気筒、低圧4気筒（シャペロン）

これらは、複数の車軸に駆動力をずらして配置することも、1つの車軸に集中させて直列に配置することも、共通のクランクを駆動する高圧と低圧の直列配置にすることもできます。後者のシステムは、20世紀初頭のアメリカ、特にサンタフェで多く採用されました

歴史

初期の実験

コーンウォールのニューコメンのエンジン製作者の一人の孫であるジョナサン・ホーンブロワーは、1781年に二重シリンダー複合往復ビームエンジンの特許を取得しました。彼はジェームズ・ワットによってそれ以上の開発を阻止されました。ワットは自分の特許が侵害されていると主張したのです。[ 11 ]

単膨張式蒸気機関の非効率性につながる継続的な加熱と冷却の影響を軽減する方法は、1804年にイギリスの技術者アーサー・ウルフによって発明されました。ウルフは1805年に定置式ウルフ高圧複合機関の特許を取得しました。

鉄道機関車への応用

記録に残る最初の複合鉄道機関車の設計はトーマス・クラドックによるもので、彼は1846年に凝縮複合機関車の設計特許を取得しました。[ 12 ]：9–10

1850年、英国特許第13029号は、イースタン・カウンティーズ鉄道の技師ジェームズ・サミュエルに「連続膨張式機関車」という蒸気機関車の複合化方式に関する特許として付与されたが、このアイデアは線路の運転士ジョン・ニコルソンから着想を得たものと思われる。このシステムでは、2つのシリンダーが高圧と低圧を交互に切り替え、各ストロークの途中で切り替えが行われた。旅客用機関車と貨物用機関車それぞれ1台ずつ、計2台の機関車がこのシステムに改造されたが、その後の応用例はなかった。[ 13 ]

上記の機関車が、厳密に言えば、複式機関車であるかどうかは議論の余地がある。最初に認識できる複式機関車の適用は、エリー鉄道の122号機で、これは1867年にJFレイの特許第70341号に従ってタンデム複式シリンダーを装備した普通のアメリカ型であった。[ 14 ]この機関車のその後の活躍については何も知られておらず、再現されたようには見えない。

クロスコンパウンド

最も単純な形の複合機関車は、片側に高圧シリンダー、もう片側に低圧シリンダーの2つのシリンダーを備えています。この名前は、機関車全体にわたって高圧シリンダーから低圧シリンダーへの蒸気の流れを反映しています。初期の複合機関車の試みのほとんどは、クロスコンパウンド設計のバリエーションであり、注目すべきものとしてはバクスター（1870年）とハドソン（1873年）のものがあります。[ 12 ]：12 もう一つの試みは、1876年にバイヨンヌ＝アングレット＝ビアリッツ鉄道向けに小型2シリンダー複合0-4-2タンク機関車のシリーズを導入したアナトール・マレット によるものでした。これらは非常に成功し、長年にわたり稼働しました

クロスコンパウンド機関車には、高圧シリンダーが「中央」で停止すると機関車が始動できないという根本的な設計上の問題があります。この問題を解決するため、実用化されたクロスコンパウンド機関車はすべて、始動時に高圧蒸気を低圧シリンダーに取り込むための何らかの始動弁を備えています。この弁は機関士が手動で操作する場合もあれば、自動で操作される場合もあります。自動で操作される場合、この弁はしばしば「インターセプティングバルブ」と呼ばれます。様々なクロスコンパウンド機関車の主な違いは、インターセプティングバルブの設計と動作にあります。

クロスコンパウンド機関車の2つ目の設計上の問題は、エンジンをショートカットオフで運転すると、高圧シリンダーで蒸気が完全に膨張し、低圧シリンダーでは仕事が全く行われないため、エンジンに不均一な応力が生じることです。この問題は、エンジンが3気筒または4気筒であれば回避できます。これは、後続の形式の開発の原動力となりました。

マレット

マレットは、高圧と低圧を独立して駆動する複合エンジンの計画も考案しました。中には、製造されることのなかった単一の剛性シャーシを備えたものや、高圧シリンダーを搭載した剛性後部シャーシと、連結式の低圧前部エンジンユニットを備えたものもありました。後者の配置は世界中で採用されました。最初の適用は、600 mm（1フィート 11インチ）のシリーズでした+1889年のパリ万博のためにドコーヴィル社が特別に製造した5⁄8インチ ゲージの機関車。この設計は1900年にB&O No.2400で北米の鉄道に導入され、急速に人気を博しました。アメリカの慣習は「シンプル・マレット」へと進化し、同じ連節構造を採用しながらも複式化を廃止しました。シンプル・マレットと複式マレットの両方の機関車は、蒸気機関の終焉まで存続しました

ウェッブ

マレットの前述の固定軸ベースの分割駆動方式は、実際には採用されなかったものの、イギリスのフランシス・ウェッブに影響を与えた可能性があります。1878年に古い単動機関車を2気筒複動機関車に改造する試験を行った後、彼は1882年に同様の分割駆動方式、つまり2つの小さな外側の高圧シリンダーからフレーム間の1つの大きな低圧シリンダーに排気する非連結の駆動輪を備えた3気筒複動機関車を導入しました。その後、同様のクラスが次々と登場し、徐々に大型化していきました。非連結の駆動輪は、機関車が列車にバックしていた場合、始動時に2組の車輪が反対方向に回転する可能性があるため、問題がありました。この配置はスペース不足のために採用されたようですが、タプリンは、ヴァルシャートのバルブギアが取り付けられていれば、駆動輪は通常の方法で連結できたはずだ と指摘しています

車輪配置は多様で、2-2-2-0、2-2-2-2、2-2-2-2T、2-2-4-0T、そして0-8-0と多岐にわたりました。0-8-0は貨物用機関車で、この型式の中で唯一、全輪が連結されていました。ウェッブの次の段階は、4気筒複合機関車2種（4-4-0型1種、4-6-0型1種）、そして最終的に0-8-0型がさらに増えたことです。後者はウェッブの複合機関車の中で最も成功したと考えられており、中には1920年代まで元の状態で使用されたものもありました。

ヴォークレイン

1889年、ボールドウィン機関車工場のサミュエル・M・ヴォークレインがヴォークレイン複合機関車を考案しました。この設計では、機関車の従来の単膨張エンジンが占めていたスペースに二重膨張エンジンを搭載し、従来のギアを備えた単一のピストンバルブを使用して高圧シリンダーと低圧シリンダーの両方を制御しました。高圧シリンダーは低圧シリンダーの上または下に配置でき、それぞれに共通のクロスヘッドに接続された独自のピストンロッドがあったため、シリンダーのペアごとに1つのコネクティングロッドとクランクが必要でした。[ 15 ]大幅な燃料効率は達成されましたが、メンテナンスの難しさがこのタイプの機関車を阻みました。ほとんどが従来のエンジンに改造されました

タンデム

タンデム複合エンジンのシリンダー（左が低圧、右が高圧）とバルブ（上）の断面図

タンデム式コンパウンドは1867年にエリー鉄道で初めて登場した。ヴォークレン式コンパウンドと同様に、タンデム式コンパウンドは高圧シリンダーと低圧シリンダーの2つのシリンダーが共通のクロスヘッド、コネクティングロッド、クランクを駆動する。しかし、ヴォークレン式コンパウンドとは異なり、シリンダーは互いに前後に配置されている。前側シリンダーの後壁は通常、後側シリンダーの前壁と同じである。後側シリンダーのピストンロッドは通常の方法でクロスヘッドに接続されるが、前側シリンダーのピストンロッドは2つの形態をとる。後側シリンダーのピストンロッドが前方に延長され、前側ピストンも駆動する。前側シリンダーが低圧シリンダー（つまり、後側の高圧シリンダーよりも直径が大きい）の場合は、共通クロスヘッドに到達するために高圧シリンダーの上下または両側を通る2本の長いピストンロッドが設けられる。[ 16 ]

イギリスには、タンデム複合機関車が3台あった。最初のものはノース・ブリティッシュ鉄道の224号で、1871年に車軸配置4-4-0の単純膨張式機関車として製造され、 224クラスの先駆けとなった。1885年にタンデム複合に改造されたが、1887年に単純膨張式に戻された。複合機関車であるため、高圧シリンダーの直径は13インチ (330 mm) で、直径20インチ (510 mm) の低圧シリンダーの前に配置されていた。共通ストロークは24インチ (610 mm) であった。他の2台はグレート・ウェスタン鉄道(GWR)の2-4-0機関車で、 7号は1886年2月に標準軌用に、8号は1886年5月に広軌用に製造された。 7号機の高圧シリンダーは直径15インチ（380 mm）、低圧シリンダーは直径23インチ（580 mm）であった。8号機のシリンダーは若干小さく、高圧シリンダーは直径14インチ（360 mm）、低圧シリンダーは直径22インチ（560 mm）であった。GWRの両機関車とも低圧シリンダーは前方に配置され、ストロークは21インチ（530 mm）であった。7号機は1887年に運用を停止し、1890年に解体された。8号機は試験運用中に故障し、定常運用には投入されず、1892年に一部解体された。両機関車とも1894年に標準軌の単純膨張式4-4-0機関車としてリニューアルされた。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

第一次世界大戦以前のアメリカ合衆国では、タンデム複合機関車が非常に一般的で、サンタフェ鉄道など一部の鉄道会社は、複数の車輪配置で多数を保有していました。大型のタンデム複合機関車の特徴は、煙室の両側に「Aフレーム」クレーンが設置されていたことです。これは、後部シリンダーのメンテナンスが必要になった際に、前部シリンダー（通常はLPシリンダー）を取り外すことができるようにするためのものでした。

デ・グレン

ノルド701、現在は4-2-2-0

フランスの鉄道で長らく親しまれてきた形式に、4気筒の de Glehn 複合機関車がある。プロトタイプのNord 701 は、 Société Alsacienne de Constructions Mécaniques (SACM)の技師、 Alfred de Glehnによって設計され、 Nord Railway の主任技師、Gaston du Bousquetによって発注された。 [ 20 ] [ 21 ]当初はラーメン構造の 1AA / 2-2-2-0 として製造されたが、後に旋回台車の 2′AA / 4-2-2-0 として改造され、現在もその状態で保存されている。駆動輪が分離した 4気筒レイアウトで、表面的には Webb 複合機関車に似ているが、内側の HP シリンダーが先頭の駆動車軸を駆動し、外側の LP シリンダーが従車軸を駆動する点が異なる。 1891年、ノール2.121と2.122という2両の機関車が、デュ・ブスケの強い要望によりシリンダー位置が反転した状態で運用開始された。すなわち、高圧側が外側、低圧側が内側である。このうち1両は当初、従来通り駆動軸が非連結であったが、連結型に比べて性能が劣ることが判明した。合計60両が製造された。

典型的な初期の de Glehn の機関車 ( 1894 年のBaden IV e )。高圧シリンダーが前部台車の後ろに配置され、2 番目の車輪セットを駆動します。

この形式はデュ・ブスケによって大きく改良され、フレームの内側に沿ってロッドと弁装置の配置を改良することでアクセスを容易にしました。後に彼は、スロットルを低減するための蒸気通路の研究を行い、これが27年後のシャペロンの研究への道を開きました。この非常に効率的なレイアウトは、フランス、ベルギー、ドイツ、イギリスの多くの鉄道会社によって模倣されました。[ 22 ]

そのため、ド・グレン型はフランス国内および海外で運用するために、様々な車輪配置で大量に製造されました。ドイツとベルギーでも数台が製造されました。その多くは長期間運用されました。例えば、1909年に導入されクレイユに駐留していた4-6-0の230.D機関車は、1960年代後半でもパリ北駅でよく見かけられました。

4-4-2型はグレート・ウェスタン鉄道によって3台購入された。1台は1903年に、2台はやや大型のもので、機関車監督ジョージ・ジャクソン・チャーチワードの指揮下で1905年に購入された。チャーチワードは比較試験に使用し、チャーチワード自身の設計と比較試験を行った。後のド・グレンの複合機関車と比較するため、4気筒の単純な4-4-2機関車、ノース・スター40号が特別に製造された。これらの試験の結果、グレート・ウェスタン鉄道はフランスの技術を数多く採用したが、ド・グレンの複合機関車はその中には含まれていなかった。1904年、ペンシルバニア鉄道はペンシルバニア鉄道向けに「フレンチ・アリストクラット」と呼ばれるノルド・アトランティックのコピーを発注したが、車体が軽量すぎたため牽引力が不足し、出力不足に陥った。この機関車は1912年に廃車となった。[ 23 ]

ニュージーランドでは、1906年に現地で製造されたNZR Aクラスと1908年に製造されたNZR Xクラスがド・グレンの複合機関車であったが、後に大部分が単純な過熱機関車に改造された（Aクラスは2気筒のみ）。

ロシアでは、1906年からプチロフ社（後のキーロフ工場）が4気筒U型機関車を製造しました。2つの高圧シリンダーはフレームの外側に配置され、2つの低圧シリンダーはフレームの内側に配置されています。U型機関車のうち1両がU-127として現存しており、モスクワ鉄道博物館に保存されています。

グラスゴーのノース・ブリティッシュ・ロコモティブ社は、 1906年にインドのベンガル・ナグプール鉄道向けにデ・グレン機関車を製造しました。この機関車は水力発電の効率性が高く、非常に成功を収めました。1929年にはさらに大型の機関車が製造されました。

プランチャー

1900年、イタリアの技術者エンリコ・プランチャーは、新しくて珍しい複合エンジンの設計を開発し、これが初めてレーテ・アドリアティカ500クラスの急行機関車に採用されました。この設計の特徴は非対称の4気筒設計で、高圧シリンダー2個と低圧シリンダー2個が1つのグループにまとめられ、各シリンダーには1つのピストンバルブが取り付けられ、2つのシリンダーの反対側に同時に蒸気を送り込んでいました。このクラスのプロトタイプは1900年にパリで開催された国際鉄道会議で発表され、大きな成功を収めたわけではありませんでしたが、興味深く見守られました。しかし、長い目で見ると、非対称設計はシンプルですが、機関車の両側の作業を均等にするのが難しく、ハンチングを引き起こすという、かなり扱いにくいものであることが判明しました。プランチャーエンジンは、FSクラス680急行機関車やFSクラス470大型貨物機関車など、一部のフェロヴィエ・デッロ・スタート設計で再び使用されたが、過熱装置が広く採用された後は、それ以上の応用は承認されなかった。[ 24 ] [ 25 ]

シャプロン

アンドレ・シャプロンによる1929年以降の有名な改造は、主にド・グレーン複合機関車でした。シャプロンは、ガストン・デュ・ブスケやマルク・ド・カソといった他のフランス人技術者とともに、これらの機関車の性能を最高峰にまで引き上げました

ミュンヘンのマッファイ社は、主にフォン・ボリーズの後継システムを採用した、ドイツの4気筒複式機関車（S 3/6など）の大部分も製造しました。国鉄による大規模な標準化政策により、単純な拡張は認められませんでしたが、1908年設計のマッファイ・パシフィックは、車軸荷重制限が厳しい丘陵地帯の路線には不可欠とみなされ、1931年という遅い時期まで新造されていました。

ポルタ

1948年、リヴィオ・ダンテ・ポルタは「アルゼンティーナ」のためにシャペロンの4700/240Pの改造からインスピレーションを得ました。彼の最初の作品は、古い英国製のメーターゲージ・パシフィックを未来的な4-8-0に改造した4気筒複合機関車でした

ソヴァージュ

歴史的に重要なもう1つの構成は、数は少ないものの、フランスに起源を持つものです。3気筒複合機関車で、外側の2つの低圧シリンダーは90°に設定され、フレーム間の1つの高圧シリンダーから給油され、クランクは他のシリンダーから135°に設定されていました。これは、1887年にエドゥアール・ソヴァージュの設計により、フランス北鉄道の試作機に初めて組み込まれました。北3.101は1台のみでしたが、それでも42年間運用されました

スミス、ジョンソン、ディーリー

イギリス北東鉄道では1898年に、ウォルター・マッケルシー・スミスの設計による、これと同じレイアウトの試作4-4-0複合機関車1619号機（NERクラス3CC ）が登場した（この機関車自体は、1893年のウォースデル/フォン・ボリーズによる2気筒複合試作機から改造されたものである）。[ 26 ]これが、サミュエル・ウェイト・ジョンソンがミッドランド鉄道向けに設計したミッドランド鉄道1000クラス機関車の初期バッチ5台の基礎となった。1905年以降には、スミスの設計装備をすべて簡素化した始動装置に置き換えた拡大版が40台生産された。これはジョンソンの後継者であるリチャード・ディーリーの設計によるものである。オリジナルのジョンソン機関車は1914年以降ディーリーの複合機関車として改造され、過熱装置が取り付けられた。

1923年にロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道が設立され、各社の機関車との比較試験が行われた後、ミッドランド・コンパウンドが最良と判断され、若干の改良を加えたLMSコンパウンド4-4-0が1925年から1932年にかけてLMS標準クラス4急行機関車として採用され、最終的に合計245両が製造されました。LMS機関車は、特に旧ロンドン・ノース・ウェスタン鉄道区間において、ミッドランド鉄道が構成する会社によって強制された運用方法と相まって、広く受け入れられたわけではありませんでしたが、スコットランドでは、急行機関車に蔓延していた深刻な問題に対する解決策として受け入れられ、概ね好評を博しました。

1932年、グレート・ノーザン鉄道（アイルランド）は、ダブリン・ベルファスト間の急行列車用に、ベイヤー・ピーコック社（GTグローバー設計）が設計した3気筒エンジンを搭載した大型機関車5両を、同じ基本設計で製造しました。現存する機関車としては、復元された試作型ミッドランド・コンパウンド1000形（BR 41000）と、グレート・ノーザン鉄道（アイルランド）の85号機マーリンがあります。

ヴァイマン

1896年、ヴァイマンはスイスのジュラ・シンプロン間の勾配の激しい路線向けに、分割駆動と120°クランクを備えた3気筒2-6-0型を導入しました。最終的に147台が製造されました

実現しなかった機関車プロジェクト

シャプロンの戦後中止された機関車代替計画には、ソヴァージュ式3気筒複合機関車の全シリーズが含まれていた。唯一実現したのは242A 1で、 1946年に不成功に終わった4-8-2の3気筒単純機関車から改造された4-8-4の試作機であった。242A 1はおそらく史上最も重要な複合機関車で、わずか145.6トンのエンジンユニットで5,300気筒馬力 (4,000 kW) という驚異的な出力を発揮した。[ 27 ]史上最も効率的な蒸気機関車の一つで、3,000馬力 (2,200 kW) の出力時、石炭消費量はわずか850 g/hp (1.1 g/W)/時、水消費量は6.45 L/hp (8.6 mL/W)/時であった。[ 27 ]典型的な単純拡張型機関車は、同じ出力を生成するためにこれらの量の約2倍を消費する可能性があります。

高圧シリンダーと低圧シリンダーを備えたバレル道路機関車。

アルゼンチンの技師L.D. ポルタは、ほぼ 120° のクランク設定で (最終設定は経験的に決定される)、HP シリンダーを左側に配置するレイアウトを、新型の蒸気機関車用に全面的に開発しました。これらの機関車はすべて多重膨張式を採用し、一部はこの 3 シリンダー複合システムに従っていました。これらには2-10-0ホイール配置の機関車が含まれ、そのうちの 1 台は米国での高速貨物輸送用で、高圧の 3 シリンダー膨張機でした。このレイアウトは奇妙に思えるかもしれませんが、ピストンの推力を均等化し、蒸気通路を配置するという観点から、多くの利点がありました。適切な保守と操作手順を踏めば、このような機関車は現代の牽引方法と競合できると主張されました。他のプロジェクトは小型の 2 シリンダー複合式で、特にキューバの砂糖農園向けの、バガスを燃焼させる機関車が挙げられます。

道路機関車

イギリスでは、鉄道よりも道路機関車（蒸気ローラー、トラクションエンジン、蒸気トラック）で複合構造が広く使用されていました。通常の配置は高圧シリンダー1つと低圧シリンダー1つ（ダブルクランク複合構造）でしたが、重ね合わせたヴォークレン式のシングルクランク複合構造も存在しました

参考文献

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  • ウィンチェスター、クラレンス編（1936年）「化合物の進化」『世界の鉄道の驚異』、pp.  1046-1051複合機関車の発展に関する図解説明
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