4-2-2

La locomotora número 3020 Cornwall del ferrocarril London and North Western fue construida como una 4-2-2 en los talleres de Crewe en 1847, pero fue reconstruida en gran parte y convertida a una 2-2-2 en 1858.

El único ámbito donde este tipo de locomotora demostró ser útil fue en las locomotoras de vía ancha , donde las curvas pronunciadas representaban un problema menor. Daniel Gooch construyó 29 ejemplares de su clase de locomotoras expresas Iron Duke para el Great Western Railway entre 1847 y 1855. ^{[ 1 ]} Tenían un diámetro de rueda motriz de 2,4 m (8 pies ) . Veinte ejemplares de un diseño similar fueron construidos para el Bristol and Exeter Railway después de 1849 por Stothert & Slaughter en Bristol . ^{[ 2 ]} Debido a que ambos juegos de ruedas delanteras están montados independientemente en los bastidores en estas clases, a veces se las describe como (2-2)-2-2 en lugar de 4-2-2. ^{[ 3 ]}  

La primera locomotora 4-2-2 con bogie fue construida por Archibald Sturrock del Great Northern Railway (GNR) en 1853. Tenía ruedas motrices sin pestaña de 2,286 m ( 7 pies 6 pulgadas ) y tuvo un éxito moderado, con tendencia a descarrilar. ^{[ 4 ]} Para la década de 1870, el diseño mejorado de los bogies, que proporcionaba mayor flexibilidad, permitió a los diseñadores crear locomotoras de pasajeros exprés de ancho de vía estándar y alta velocidad de este tipo. En el GNR, Patrick Stirling construyó 53 ejemplares con cilindros exteriores en Doncaster Works entre 1870 y 1895, para su uso en la East Coast Main Line entre London King's Cross y York . Corrieron a una velocidad media de más de 97 km/h (60 mph ) durante la Race to the North y fueron llamadas "ocho pies" debido a la rueda motriz , que tenía más de 2,4 m (8 pies ) de diámetro. El sucesor de Stirling, Henry Ivatt, construyó otras doce locomotoras individuales entre 1898 y 1901 antes de pasar a diseños más grandes de configuración 4-4-2 .       

El atractivo de la locomotora de una sola rueda motriz (4-2-2 o de otra configuración) radicaba en que, gracias al efecto de engranajes de sus grandes ruedas motrices, podía alcanzar altas velocidades mientras que la velocidad de los pistones y el mecanismo de distribución se mantenía relativamente baja. Esto era importante debido a los sistemas de lubricación relativamente rudimentarios de la época, ya que muchas de las piezas del mecanismo requerían lubricación con la locomotora parada antes y después de cada trayecto, o, en viajes largos, un miembro de la tripulación debía subirse al estribo para lubricar las piezas necesarias en movimiento. La baja velocidad de los pistones también implicaba una demanda de vapor relativamente baja en la caldera, lo que permitía utilizar una caldera más pequeña y ligera.

Antes del desarrollo de los diseños de "grandes calderas" en la década de 1890, muchas calderas no podían mantener el suministro de vapor necesario para una locomotora de ruedas pequeñas que operaba a alta velocidad, lo que requería las grandes ruedas motrices de una locomotora simple. A 110 km/h (70 mph ) , las ruedas motrices de una locomotora simple de ocho pies giraban a 245 revoluciones por minuto, en comparación con las 327 revoluciones de las ruedas motrices de una locomotora de seis pies. Una locomotora con ruedas acopladas también sufría una resistencia adicional a la rodadura debido a la presencia de bielas entre las ruedas motrices, que generaban una resistencia leve pero medible derivada de las pequeñas variaciones en el diámetro de las ruedas motrices, que nominalmente eran del mismo tamaño. Esto significaba que, sin las bielas, para una velocidad dada de la locomotora, las ruedas motrices girarían a una velocidad ligeramente diferente, pero las bielas y los ejes las obligaban a girar a la misma velocidad, con el trabajo adicional ejercido como fuerza de fricción en los cojinetes de las bielas. Además de esta fuerza, los cojinetes de las bielas generaban resistencia a la rodadura. Asimismo, cada eje motriz de la locomotora debía apoyarse en grandes cojinetes lisos , lo que requería lubricación adicional, introduciendo un posible punto de fallo mecánico por sobrecalentamiento y una considerable fuente de fricción. Con un solo eje motriz, una locomotora de un solo eje presentaba mucha menos resistencia a la rodadura que una de cuatro ejes, requiriendo menos vapor para alcanzar una velocidad determinada y, además, era más fluida al descender pendientes.  

La configuración de ruedas 4-2-2 presentaba otras ventajas específicas: el bogie delantero soportaba el peso de grandes cilindros y una caldera larga que podía superar los límites de carga de un solo eje delantero, a la vez que proporcionaba una estabilidad y un agarre en curvas superiores a altas velocidades. Al no estar restringida por un eje motriz trasero ni ruedas, se podía utilizar un hogar ancho y profundo , sostenido por el pequeño eje trasero único, lo que proporcionaba buenas propiedades de generación de vapor y un gran cenicero, haciendo que estas locomotoras fueran adecuadas para recorrer largas distancias a altas velocidades.

Las locomotoras Stirling de ocho pies tuvieron mucho éxito, pero se adaptaban mejor a la línea principal de la GNR, predominantemente recta y plana, en Cambridgeshire y el Valle de York . Otros ferrocarriles fueron reemplazando gradualmente sus locomotoras originales de una sola vía con locomotoras 4-4-0 que ofrecían mejor tracción a costa de la velocidad máxima. Sin embargo, en 1886, Francis Holt, gerente de los Talleres de Derby del Ferrocarril Midland, inventó un práctico sistema de lijado a vapor que permitía a las tripulaciones de las locomotoras detener el patinaje de las ruedas de forma rápida y eficaz. Esto llevó al Midland a revivir la locomotora de una sola vía en forma de las distintivas "Spinners" de cilindros internos ; se construyeron ochenta y cinco según cinco diseños de Samuel Waite Johnson entre 1887 y 1900. ^{[ 5 ]} Una locomotora de la clase 115 , la número 673, se conserva en el Museo Nacional del Ferrocarril en York. Paralelamente a la invención de Holt, tuvo lugar la llamada Carrera hacia el Norte , en la que grupos de compañías ferroviarias de las rutas de la Costa Este y la Costa Oeste entre Londres y Edimburgo competían entre sí por lograr los tiempos de viaje más rápidos. Para su tramo de la ruta de la Costa Oeste, el Ferrocarril Caledonio utilizó su singular locomotora 4-2-2, la número 123. Esta había sido construida en 1885 como pieza de exhibición para la Exposición Universal de Edimburgo de 1886 , más que para satisfacer una necesidad de tráfico del ferrocarril, por lo que utilizaba la configuración 4-2-2 «Single», ahora en desuso. Pero cuando se puso en servicio durante la Carrera hacia el Norte, el alto rendimiento y la fiabilidad de la número 123 hicieron que otros ingenieros de locomotoras reconsideraran las ventajas de la locomotora de una sola rueda motriz, especialmente al combinarse con el nuevo sistema de lijado a vapor (la número 123 tenía un sistema de lijado similar que funcionaba con aire comprimido).

Estos factores llevaron a un resurgimiento del interés en el 'single' para el trabajo rápido de pasajeros expresos en las décadas de 1880 y 1890. William Dean del Great Western Railway construyó cincuenta ejemplos de la clase Achilles 3031 de ancho estándar entre 1893 y 1899. ^{[ 6 ]} El n.° 3065 Duke of Connaught contribuyó al recorrido récord del tren expreso Ocean Mail de Plymouth a Paddington en 227 minutos el 9 de mayo de 1904, cuando tomó el tren en Bristol del n.° 3440 City of Truro y completó el viaje a Paddington en 99 minutos 46 segundos. Para 1900, las cargas promedio de los trenes habían crecido más allá de la capacidad incluso de un 'single' equipado con lijadoras y su desarrollo se detuvo. En la GNR, las famosas locomotoras de Stirling de ocho pies requerían doble tracción con locomotoras 4-4-0 antes de ser reemplazadas por las locomotoras 4-4-2 'Klondyke' diseñadas por Henry Ivatt , mientras que en el Midland Railway Samuel Johnson desarrolló una potente locomotora compuesta 4-4-0 para reemplazar sus 'Spinners'.

Otros ejemplos notables de la configuración 4-2-2 en el Reino Unido incluyen la GER Clase P43 , una de las primeras locomotoras de combustión de petróleo , desarrollada por el pionero de las calderas de petróleo , James Holden . La última locomotora británica de vía única que se diseñó fue la Clase 13 del Great Central Railway , diseñada por Harry Pollitt en 1900 para trabajar en la nueva línea principal de la compañía a Londres. Las locomotoras de vía única Ivatt Clase A5 del GNR, diseñadas antes que las locomotoras del Great Central, continuaron entrando en servicio durante 1901, siendo las últimas de su tipo en circular por las vías en Gran Bretaña.

La locomotora TD Judah fue construida como una 4-2-4 por Cooke Locomotive and Machine Works en 1863. Fue adquirida para su uso en el Ferrocarril Central del Pacífico y fue reconstruida como una 4-2-2 en 1872.

Hacia 1900, la carga típica en los trenes expresos había superado la capacidad de las locomotoras 4-2-2 y esta configuración fue reemplazada por la 4-4-2 .

En 1910, el fabricante británico de locomotoras Kerr, Stuart and Company produjo cuatro locomotoras 4-2-2, que pesaban 120 toneladas y tenían  ruedas motrices de 7 pies, para el ferrocarril Shanghai-Nanjing . ^{[ 7 ] [ 8 ]} Estas fueron las últimas 'singles' registradas construidas y casi con toda seguridad las más grandes.