Un motore a vapore a pistone è un tipo di motore che incorpora un pistone cilindrico che si muove all’interno di un cilindro chiuso. Come in tutti i motori a pistoni, l’espansione del gas caldo viene utilizzata per spostare il pistone e la forza di questo movimento viene convertita, mediante mezzi meccanici, per eseguire un qualche tipo di lavoro. A differenza dei motori a combustione interna, tuttavia, un motore a vapore a pistoni si basa sul vapore generato all’esterno del cilindro, in una caldaia, per spostare il pistone all’interno del cilindro.
Il primo motore di questo tipo fu inventato nel 1690 da un inventore e ingegnere francese di nome Denis Papin. Il suo semplice motore a vapore a pistone a un cilindro era una dimostrazione del concetto di progetto che dimostrava che una simile macchina era possibile. Ha funzionato ma non è stato in grado di ripetere la sua azione da solo e ha dovuto essere smontato e resettato dopo ogni ciclo. Non aveva mezzi per trasferire il lavoro generato dall’azione del pistone, ma ha dimostrato che un tale motore era possibile.
Tutti i motori a pistoni utilizzano bielle per collegare il pistone o i pistoni a un albero motore. L’albero motore converte il movimento in linea retta del pistone in movimento di rotazione, che viene trasferito a un meccanismo di trasmissione, come le ruote di una locomotiva o l’elica di una nave. Nella maggior parte dei motori a combustione interna, il gas caldo formato dall’accensione e dalla combustione del carburante spinge solo su un lato del pistone. In un motore a vapore a pistone, il cilindro è spesso progettato con una valvola scorrevole, che consente al vapore di lavorare su entrambi i lati del pistone, alternandosi da un lato all’altro.
Le parti per motori di questo tipo devono essere fabbricate con precisione per garantire un funzionamento efficiente. Pistoni e cilindri devono adattarsi allo spazio minimo possibile tra loro. I pistoni di un motore a vapore a pistone, come altri motori a pistoni, sono spesso dotati di anelli che fungono da guarnizione per alte temperature per garantire una buona tenuta tra pistone e cilindro, prevenendo perdite, che riduce l’efficienza.
Molti diversi tipi di motori a vapore a pistoni sono stati sviluppati sin dal primo progetto di Papin, ma tutti i vari miglioramenti e variazioni non hanno cambiato il principio di base dell’utilizzo del vapore per spostare un pistone all’interno di un cilindro per eseguire il lavoro. I motori a vapore a pistone venivano utilizzati nelle prime locomotive ferroviarie, nei motori delle navi e persino in alcuni dei primi tipi di automobili. Una serie di veicoli prodotti da Stanley era nota come “piroscafi Stanley.