Le moteur de Stirling est un moteur à combustion externe dont le fluide est un gaz soumis à un cycle de Stirling. Il est aussi connu sous le nom de moteur à air chaud.
Principe :
Le fluide qui produit le travail est un gaz qui décrit un cycle à 4 phases : chauffage isochore (à volume constant), détente isotherme (à température constante), refroidissement isochore et compression isotherme.
Avantages :
Comme la combustion est externe, on peut utiliser des combustibles les plus divers et optimiser celle-ci.
C'est un moteur silencieux. (pas d'explosions, pas de soupapes, pas de bruits d'échappement).
Rendement élevé pour les réalisations industrielles (voisin de 40 % à comparer aux 35 % des meilleurs moteurs à explosion).
C'est un système reversible. Quand il est entraîné par un moteur auxiliaire il se comporte en pompe à chaleur ou en réfrigérateur.
Inconvénients :
C'est un moteur difficile à commander. Il est difficile de faire varier sa vitesse de rotation car il faut agir sur le taux de compression. Pour modifier le couple il faut utiliser un coupleur externe. Ce moteur est donc très mal adapté pour les systèmes de propulsion.
C'est un moteur difficile à fabriquer. L'étanchéité des pistons est difficile à résoudre à cause des fortes variations de températures. Il faut optimiser la circulation de fluide et les échanges de chaleur.
C'est donc moteur onéreux.
Ce moteur a été utilisé pour la propulsion de quelques sous-marins et navires militaires mais son utilisation se limite actuellement à des liquéfacteurs.

Le moteur de Stirling de type b.
C'est un moteur doté d'un piston de travail (gris) et d'un piston déplaceur (marron). Seul le piston de travail est muni de joints d'étanchéité.
Un volant d'inertie (en gris) couple les bielles reliées aux pistons. Les deux pistons sont en quadrature.

Lors de ses déplacements le piston déplaceur chasse le gaz alternativement vers la zone froide et la zone chaude du cylindre.
Comme ce piston décrit un mouvement alternatif, le cycle du gaz s'écarte sensiblement du cycle de Stirling théorique.
Le volume balayé par le déplaceur ne peut pas être occupé par le piston de travail et constitue un volume "mort" : il est impossible d'obtenir un fort taux de compression ce qui limite le rendement.
Par contre la conception mécanique est simple et il est possible de coupler plusieurs cylindres avec un vilebrequin.

Moteur de Stirling didactique.