瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。
瓦特受j.布莱克的潜热学说启示，找到了纽科门蒸汽机耗煤量大、效率低的原因，即汽缸在使气体膨胀和用水冷凝时一热一冷，损耗大量热量。
瓦特于1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。
1768年他制成了一台单动作蒸汽机（活塞单方向推动做功），这台蒸汽机还采用了汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞等各种新措施，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有纽科门机的1／4，动作也更迅速。
1781年，他发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往运动变为旋转运动，并利用飞轮解决了蒸汽机运转的稳定性问题。
1784年他发明了平行运动连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。
1788年他发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了蒸汽机配套用压力计。
到此为止，瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程。经过他的一系列重大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合实用。
后来，瓦特又不断改进他的机器，使它成为能够带动各种工作机的蒸汽动力机。这就是万能蒸汽机。万能蒸汽机的效率远远超过了畜力和水力，而且不受地区和季节的限制。
当然了，以现代的科技造出的曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部件还比较粗糙，还需要进一步的打磨才行。制造这些部件倒没有太大的困难，然而最困难的是汽缸和活塞。
瓦特为什么花了20多年才让蒸气机走向成功，其中关键一环是什么呢？是材料，是加工的工艺。
虽然人类在瓦特发明蒸汽机之前已经由铜器时代进入了铁器的时代，但对于铁的加工仍是相当原始、相当简陋的手工生产方式，而且有相当多的工具和简单的机械还停留在木制阶段。
拿18世纪初出现的纽科门蒸汽机来说，仍旧是工匠出身的手艺人用手工攒合起来的工匠工艺水平的产物，比中古时代的制作水平高不了多少。
他的那种蒸汽机，28英寸口径的汽缸和活塞之间压根儿没有能紧密吻合，而存在着0.5英寸左右的间隙。
为了弥补纽科门蒸汽机的这种缺陷，人们在活塞的顶部浇一层水来封闭缝隙。这样做的结果，蒸汽机虽说可以工作，但却降低了机器的效率，因为水使汽缸的温度降低，势必要浪费其中的一部分蒸汽。
瓦特加以改进的蒸汽机，目的就是要使汽缸始终保持着它的高温，以免蒸汽散失，造成燃料的浪费，所以不能再沿用纽科门
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