ブースターエンジン

ブースターは、標準的な蒸気機関車の設計上の根本的な欠陥を補うことを目的としていました。ほとんどの蒸気機関車は、すべての車輪に動力を供給しません。レールに加えることができる力の量は、駆動輪の重量と車輪と軌道との粘着力によって決まります。動力のない車輪は、高速走行時の安定性を確保するために一般的に必要ですが、低速走行時には利点がなく、重量が増えるだけです。これまで動力が供給されていなかった車軸にブースターエンジンを適用することで、主機関の粘着力を損なうことなく、全体的な始動牽引力を高めることができました。

蒸気機関車の「ギア」は固定されているため（ピストンがロッドとクランクを介して車輪に直接接続されているため）、低速で高い牽引力を発揮する能力と、ピストン速度の過度な上昇や蒸気の枯渇を招くことなく高速走行する能力との間で妥協点を見出す必要があります。低速走行時、蒸気機関車はボイラーが生成できるすべての動力を利用することができません。ブースターエンジンは、この無駄になっていた潜在能力を有効活用する役割を果たします。

ブースターによって始動時の牽引力が増強されたことで、鉄道会社は場合によっては、重量のある列車において補助機関車の数を減らしたり、あるいは補助機関車の使用を完全に廃止したりすることができた。その結果、運行・保守コストが削減され、機関車の稼働率と生産性（トンマイル）が向上し、最終的には収益性の向上につながった。

ブースターは、柔軟な蒸気管や排気管、アイドラーギアなどを備えており、維持管理に費用がかさむ。また、不適切な操作は、ボイラー圧力の望ましくない低下やブースターの損傷につながる可能性もあった。ブースターとその関連部品は、機関車に数トンの重量を追加するため、使用可能な速度を超えると「デッドウェイト」とみなされた。さらに、ブースターが故障してアイドラーギアが解除できなくなった場合、修理のために機関車を運用から外すまで、機関車全体の速度が時速20マイル（32km /h）以下に制限され、機関車の稼働率が低下するという問題もあった。  

ブースターの牽引力のおおよその計算は、次の式で行うことができます。^{[ 5 ]}

$${\displaystyle t={\frac {cd^{2}spr}{w}},}$$

どこ

• tはポンド力単位の牽引力です
• cは平均有効圧力を表す係数で、通常は0.80に設定される。
• dはピストンの直径（ボア）をインチ単位で表したものです。
• sはピストンのストローク（インチ）です。
• pはポンド/平方インチ単位の作動圧力です。
• rはブースターギア比です
• wはブースターがギアで接続されている後輪の直径（インチ）です。

一般的な機関車用ブースターは、内径10インチ（250mm ）、ストローク12インチ（300mm ）のシリンダーを2基搭載していました。フランクリン社製C型およびE型ブースターの両モデルにおけるギア比とそれに対応する作動速度は、以下の表に詳述されています。  

このブースターは主に北米で使用された。その他の地域の鉄道システムでは、その費用と複雑さは正当化されないとみなされることが多かった。

北米でも、ブースター機関車の使用は限られており、普及状況も不均一だった。ブースターを多用した鉄道会社もあれば、そうでない鉄道会社もあった。ニューヨーク・セントラル鉄道は1919年にブースターを初めて使用し、その後もブースターの推進者として、すべての高駆動4-6-4ハドソン機関車にブースターを取り付け、旅客列車を牽引して駅から加速する速度を向上させた。しかし、ライバルのペンシルバニア鉄道は、ブースター搭載機関車をほとんど使用しなかった。チェサピーク・アンド・オハイオ鉄道は、主要路線の起伏の多い地形での牽引力を向上させるため、アレゲニーを除くすべてのスーパーパワー機関車にブースターを装備した。一方、ライバルのノーフォーク・アンド・ウェスタン鉄道は、ブースターを短期間試用したが、そのコストに見合わないと判断し、代わりにボイラー圧力を上げて機関車の牽引力を向上させる方法を選んだ。

1881年から1949年の間にカナダ太平洋鉄道が取得した3,257両の蒸気機関車のうち、ブースターを装備していたのはわずか55両だった。内訳は、H1型4-6-4が17両、K1型4-8-4が2両、そしてセルカーク2-10-4が36両すべてである。

オーストラリアでは、ビクトリア州鉄道が、1927年に小型のNクラス2-8-2で試験運用に成功したことを受け、1929年から1947年の間に製造されたXクラス2-8-2機関車のうち1両を除くすべてに「フランクリン」2気筒ブースターエンジンを装備した。 1929年以降、南オーストラリア州鉄道の500クラス4-8-2重量旅客機関車は、ブースター台車を追加して4-8-4に改造された。

ニュージーランド鉄道（NZR）の1939年型KB形機関車は、南島の一部の路線（特にミッドランド線のキャスバンク）の急勾配に対応できるよう、ブースター台車を装備して製造された。しかし、ギアの詰まりが原因で、後にブースターが撤去されたケースもあった。

イギリスでは、ロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道(LNER) の 4 つの異なるクラスの 8 両の機関車にナイジェル・グレスリーによるブースター ユニットが装備された。4 両は既存の機関車で、1923 年～ 1932 年の間にブースター付きで改造された。1 両はクラス C1 (1923 年) で、フランクリンタイプ C-1 ブースターが取り付けられた。 ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} 2 両はクラス C7からクラス C9 (1931 年)に改造され、 J. ストーン & Coタイプ C3ブースターが取り付けられた。 ^{[ 9 ]} 1 両はクラス S1 (1932 年) である。^{[ 10 ]}残りの 4 両はすべて新しい機関車に取り付けられた。2 両のP1 2-8-2機関車は、1925 年にフランクリン タイプ C-1 ブースター付きで製造された。^{[ 11 ]}および 1932 年に製造された 2 両の S1 型機関車。^{[ 10 ]} S1 型に取り付けられた 3 台のブースターは J. Stone & Co によって製造されましたが、C9 型に取り付けられた 2 台とは異なり、可逆式で、ギア比が 1:1 ではなく 3:1 でした。^{[ 12 ]} LNER は Stones から同時に 5 台のブースターを注文することで、1 台あたり 875 ポンドの価格を得ることができましたが、Franklin から購入した 3 台は 1 台あたり 1,100 ポンド以上かかりました。^{[ 13 ]}ブースターは 1935 年から 1938 年の間に取り外されましたが、^{[ 14 ] [ 15 ]} S1 型のブースターは 1943 年まで保持されました。^{[ 10 ]}

イギリスで使用された初期のブースターは蒸気テンダーで、1859年にカレドニアン鉄道のベンジャミン・コナーが4両の2-4-0機関車で試用した。グレート・ノーザン鉄道（GNR）のアーチボルド・スターロックは、 1863年5月6日に同様のシステムを特許取得した（特許番号1135）。これは50両のGNR 0-6-0機関車で使用された。30両は1863年から1866年の間に既存の機関車から改造され、20両は1865年に新造された（番号400～419）。この装置は1867年から1868年の間に50両すべてから取り外された。^{[ 16 ] [ 17 ]}