Zasada działania
Silnik Stirlinga jest tłokową maszyną roboczą pracującą w obiegu zamkniętym z dowolnym gazem roboczym (np. hel, wodór, neon, powietrze) oraz z regeneracją ciepła przy stałej objętości. Jedną z pierwszych wersji takiego silnika skonstruował i opatentował w 1816r. Robert Stirling, w którym jako gaz roboczy zastosował powietrze. Silniki tego typu nazywane były silnikami na gorące powietrze.

W przestrzeni roboczej silnika Stirlinga zamknięta jest stała masa gazu roboczego, która uczestniczy w kolejnych cyklach jego pracy. Jeden z przykładów konstrukcji silnika Stirlinga przedstawiony jest na poniższym rysunku. Jest to silnik jednostronnego działania w układzie γ, na konstrukcji którego oparty jest prototypowy silnik SEPS-1 opracowany i zbudowany w Zakładzie Maszyn Cieplnych Okrętowych Wydziału Techniki Morskiej Politechniki Szczecińskiej. W silniku występuje tłok i wypornik, które poruszają się w dwóch oddzielnych cylindrach połączonych ze sobą dwoma kanałami. W jednym z kanałów znajduje się zespół wymienników ciepła: chłodnica K, regenerator R i nagrzewnica H. Wypornik wyprzedzający o kąt α ruch tłoka przemieszcza gaz roboczy między przestrzenią sprężania C a rozprężania E. Pod tłokiem znajduje się przestrzeń buforowa, której zadaniem jest zmniejszenie różnicy ciśnień na uszczelnieniach tłoka, w przypadku stosowania wysokich ciśnień gazu w przestrzeni roboczej.



Rozwiązanie konstrukcyjne silnika Stirlinga w układzie γ:
w – wypornik; t – tłok; pg – ciśnienie gazu; pb – ciśnienie w przestrzeni buforowej;
C – przestrzeń sprężania; E – przestrzeń rozprężania;
H – nagrzewnica; R – regenerator; K – chłodnica;
α – kąt przesunięcia fazowego; ω – prędkość kątowa


W celu zrealizowania obiegu cieplnego należy na przemian doprowadzać i odprowadzać ciepło z przestrzeni roboczej silnika, czyli nagrzewać i chłodzić czynnik roboczy. Realizacja tego procesu następuje w regeneratorze. Ze względu na to, że nie jest możliwa doskonała regeneracja ciepła, w celu zrealizowania odpowiedniej przemiany podczas trwania obiegu cieplnego należy doprowadzić do czynnika roboczego dodatkową ilość ciepła. Ponadto sprężanie i rozprężanie czynnika roboczego powinno przebiegać przy stałej temperaturze, dlatego należy nagrzewać gaz roboczy podczas przemiany rozprężania oraz oziębiać podczas przemiany sprężania. Realizacja tych procesów następuje odpowiednio w nagrzewnicy i w chłodnicy. Zachodzi zatem konieczność podzielenia przestrzeni roboczej silnika Stirlinga na przestrzeń nisko- i wysokotemperaturową oraz zapewnienia przemieszczania całkowitej masy gazu roboczego pomiędzy tymi przestrzeniami.

W rozwiązaniu konstrukcyjnym silnika Stirlinga przedstawionym na rysunku jako mechanizm roboczy zastosowano wodzikowy mechanizm korbowy zbudowany z dwóch wałów korbowych połączonych przekładnią zębatą. Jeden z nich współpracuje z tłokiem, a drugi z wypornikiem. Tłok oddziela niskotemperaturową przestrzeń sprężania od przestrzeni buforowej i zapewnia sprężanie czynnika roboczego, natomiast wypornik oddziela obie przestrzenie robocze, zapewniając przemieszczanie czynnika roboczego pomiędzy nimi. Z kolei oddzielenie przestrzeni roboczej od przestrzeni skrzyni korbowej umożliwiają dławnice trzonów tłoka i wypornika. Takie rozwiązanie wymaga zastosowania uszczelnień poszczególnych elementów mechanizmu roboczego, tj. tłoka i wypornika oraz dławnic trzonów tłoka i wypornika.

Informacje dotyczące silników oraz innych maszyn pracujących według obiegu Stirlinga będą sukcesywnie rozbudowywane, gdyż celem pracowników Zakładu jest propagowanie wiedzy na temat tych bardzo interesujących urządzeń.