تاريخچه :
موتور استر لينگ توسط دكتر ارجمند ، رابرت استرلينگ وبرادر مهندس اش جيمز در سال 1816 اختراع شد و گستر ش يافت .موتور استرلينگ معروف به صرفه جو كننده و بهبود دهندة مصرف سوخت بود.
پيكربندي موتورهاي استرلينگ:
1) پيستون قدرت گاز را فشرده كرده لذا پيستون جابجا كننده به طرف مبدل حرارتي حرکت می کند.

2)حرارت گاز فشار را افزايش داده و باعث راندن پيستون درون سيلندر مي شود اين عمل را توان ضربه زني (كوبش) گويند .

3) اكنون پيستون جابجا شده و گاز را به انتهاي سرد سيلندر منتقل مي كند

4) گازسرد شده در اين ناحيه بوسيله حركت چرخ طيار (فلايويل) فشرده مي شود. اين عمل باعث كاهش انرژي وافت فشار مي شود.

مهندسين موتورهاي استرلينگ را به سه دستة متفاوت تقسيم بندي مي كنند :
1) موتور استرلينگ نوع آلفا
يك موتور استر لينگ آلفا شامل دوپيستون توان در دو سيلندر مجزا كه يكي پيستون داغ وديگري پيستون خنك است . سيلندر پيستون داغ در كنار مبدل حرارتي با دماي بالا واقع است وسيلندر پيستون خنك در كنار مبدل حرارتي با دماي پايين قرار دارد.اين نوع موتورها نسبت توان به حجم بسيار بالايي رادارنداما معمولاًٌ داراي مشكل تكنيكي خاصي هنـگام كاردر دماي بالاو به طور مداوم در پيستـــون داغ هستند.در موتور هاي استر ليـــنـــگ دو سيلندره يا ساختار آلفا يك سيلندر به طور كامل براي گرما وسيلندر ديگر براي نـــــگه داشتن قسمت سرما به كار مي رود.در شكل با شعله ورشد ن سوخت ، قسمت پايين تر وچپ سيلندر گرم شده است و سيلندر ديگر سرد نگه داشته مي شود .

**يك سيكل استرلينگ ممكن است از چهار فاز متفاوت ايجاد شود :
۱- انبساط : در اين نقطه اكثر گاز موجود در سيستم به سيلندر هدايت مي شودگاز داغ و منبسط شده هردو پيستون را به حركت در مي آورد .

۲- انتقال :در اين نقطه گاز منبسط شده (در حدود سه برابر اين مقدار دراين مثال ). بيشتر گاز (در حدود rds 2.3 ) موجود در سيلند رحرارتي در اين قسمت واقع شده است. حركت چرخ طيار (فلايويل) باعث مي گردد به اندازه 90 در جه حركت كند . مقداري از گاز به سيلندر خنك كننده انتقال خواهد يافت .

۳- انقباض : اكنون بيشتر گاز منبسط شده به سيلنر خنك كننده انتقال مي يابد ؛ اين گاز سرد ومنقبض است كه در شكل براي هر دو پيستون به طرف خارج رسم شده است .

۴- انتقال : اكنون گاز منقبض شده در سيلندر خنك كننده به صورت ثابت قرار دارد (بي حركت است ). لذا با حركت (قدرت ) فلايويل باعث مي شود بار ديگر ميل لنگ را به اندازه 90 درجه جابجا كند (حمل كند ) در اين حالت گاز به عقب منتقل شده وبه سيلندر گرم (جايي كه از پايين به سيلندر حرارت داده شده است) مي رسد تا چرخه كامل شود.

موتور آلفا همچنين مي تواند بايك ساختار سيلندر فشرده چندگانه تركيب شده باشد كه توانايي ايجاد توان خروجي بالايي را دارد.بایدتوجه داشت كه هر چهار سيلندر به يكديگر متصل هستند بنابراين فضاي منبسط شده از يك سيلندر كه در تماس با فضاي فشرده شده از سيلندر مجاور كه بايك سري گر مكن ، بازياب و خنك كن به يكديگر متصل هستند .پيستون معمولاً بوسيلة جابجا كننده هدايت شده ومنجر به حركت سينوسي كامل با فاز 90 درجه بين دو پيستون مجاور مي شود. (بايكديگر به اندازه زاويه 90درجه اختلاف دارند.)
شركت ويسپرتيك در نيوزلند در حال ساخت يك ماشين جفت– ارتــــعاشي (wobble- yoke )براي كار بردهاي توليد قدرت كه چند منظوره هستند
طرح ديگري از ايــــن موتور (موتور استرلينگ آلفا) STM-4-120 است كه از موتور استــرلينگ حرارتـــي ساخته شده است .
اخيراً ويليام ازشركت سان پور طرحي ابداع كرد كه در آن وي چـــهار سيلندر پيستون-آزاد ،موتور آلفا را با يك توربين گازي با خروجي مرحله به مرحله تركيب كرد چهار سيلندر از لحاظ فيزيكي با اختلاف 90 درجه نسبت به هر پيستون به كمپرسور گاز متصل هستند. كمپرسور گاز باعث مي شود كه گاز توربين همانند شكل منبسط شودمزيت اصلي اين سيستم آن است كه قدرت بسياربالاوهمچنين مهمتر آنكه قابليت اعتماد بالا ونيز طول عمر بالاي قطعات در اثر تحمل بارهاي سنگين رادارد زيرا كه هيچ بار جانبي بر ياتاقانهاوارد نمي شود اما ماشين واقعي با دو كمپرسور كار مي كند لذا در اين حالت هشت جهش گازي در توربين براي هر سيكل از چهار سيلندر ماشين اتفاق مي افتد.
موتور استرلينگ نوع بتا
بتا استرلينگ نتها يك پيستون توان (قدرت) دارد كه در همان سيلندر همانند شفت به عنوان جابجاكنندة پيستون قراردارد.پيستون جابجاكننده آزادانه مي تواند حركت كند ولي هيچ تواني را از گاز منبسط خارج نمي كند بلكه به تنهايي در انتقال گاز عامل از مبـــدل حرارتي گرم به مبدل سرد كمك مي كند.یكي ديگر از مهمترين موتورهاي بتا ماشيـــــن لهمن است كه گوسا واسميت اولين تركيب اين موتور را(استرلينگ نوع بتا)درســـــال 1817انجام دادند.اخيراًيك مدل كوچك از ماشين لهمن را كه براساس موتور هوايي كار مي كند ساخته است كه هردوي آنهابراساس ساختار موتورتك سيلندر بتا به صورت زير نمايش داده شده است.
موتور استرلينگ تك سيلند ر
اين نوع از موتور هاي استر لينگ به موتور استر لينگ گروه بتامعروف هستندكه بخش عمده آن تنها با گرم وسرد كردن انتهاي سيلندر انجام مي گيرد.گاز عامل بوسيله دستگاهي كه به آن جابجاكننده (displacer) گفته مي شود (كه در شكل با رنگ آبي نشان داده شده است ) از يك انتها به انتهاي ديگر هدايت مي گردد. جابجاكننده شبيه يك پيستون بزرگ است جز آنكه قطري كمتر از سيلندر دارد، بدينسان حركت آن حجم گاز موجوددر سيلندر را تغيير نمي دهد بلكه به تنهايي باعث انتقال گاز درون سيلندر مي شود:
اين

چهار حالت سيكل استرلينگ( تك سيلندر) درزير وجود دارد :
1۱۱)انبساط : در اين نقطه بشتر گاز درون سيستم به قسمت داغ انتهاي سيلندر هدايت مي شود .لذا گاز داغ و منبسط شده وپيستون رابه بيرون مي راند.

(2انتقال : در اين نقطه گاز منبسط مي شود .بيشتر گاز در قسمت انتهاي سيلندر مي ماند؛حركت چرخ طيار (فلايويل )باعث مي شود كه ميل آن به اندازه ربع دوربچرخد.مقداري از از طراف جابجاكننده به قسمت انتهاي سرد سيلندر منتقل مي شود .

(3انقباض: اكنون قسمت منبسط شده به اننهاي سرد منتقل مي شوددر اين حالت گاز منقبض شده كه (بافلش)در شكل به طرف داخل پيستون نشان داده شده است .

(4انتقال : گاز منقبض شده در نزديكي انتهاي سرد سيلندر قرار مي گيرد. حركت چرخ طيار ( فلايويل) باعث مي شود كه ميل لنگ ربع چرخش ديگري بزند كه به نوبه خود باعث حركت جابجاكننده (displacer) مي شودومقداري ازآن گاز به انتهاي سيلندر(انتهاي گرم سيلندر ) منتقل مي شود.

موتور گاما استرلينگ
موتور گامااسترلينگ ازموتور بتااسترلينگ ساده تراست زيراكه درآن پيستون قدرت برروي سيلندر مجزادرطول حركت پيستون جابجاكننده سوارشده است نسبت تراكم كمتري داردلذاازلحاظ مكانيكي ساده تر بوده ومعمولاًدرموتورهاي استرلينگ كاربردمتفاوتي دارد.بايد توجه داشت كه حجم مرده (لقي)اندكي بيشتر ازدونمونه ديگر(آلفاوبتا)است.
سيكل استرلينگ
سيكل استرلينگ داراي چهار فرآيند موثر ترموديناميكي روي سيال عامل مي باشد:
1)تراكم همدما
2)حجم ثابت (به صورت گرماگير)
3)انبساط همدما
4) حجم ثابت (به صورت گرمازا)
1-تحليل ايده آل حالت د ما ثابت
در ابتدا گاز منبسط شده و گرمكن در دماي در دماي ثابتي بالا تر از منبع حرارتي قرار داردو گاز در هنگام فشرده شدن حجم اش كم شده ودر دماي ثابتي زير دماي سرد كننده قرار دارد اين فرض همدما براي ساده سازي توصيف رفتار گاز عامل بالاخص فشار گاز عامل به عنوان تابعي از تغييرات حجم بكاربرده مي شود
2- تحليل ايده آل حالت آدياباتيك(برگشت پذير)
در ماشينهاي واقعي فضاي كار به عنوان آدياباتيك در نظر گرفته مي شود نه همدما زيرا كه انتقال حرارت خالص بيشتر از سيكل توسط يك مبدل حرارتي مهيا مي شود.در شكل زيرجهت پيكان (فلش) در سطح مياني در جهت مثبت جريان،ترجيحاً تراكم وانبساط فضا را نشان مي دهد.توجه شود كه از روي نمودار دماي حالت انبساط وتراكم (Tc , Te) ثابت نيست اما بسيار بالاتر از دماي سيكل در حالت انقباض و دمادر فضاي كاري مي باشدپس جريان آنتالپي از خلال لايه مياني (CK) انجام مي گيردونيز باقسمتي كه دماي آن بسيار بالاست رابطه دارد (Tck)

امتيازات موتورهاي استرلينگ
۱- حرارت ازبيرون تامين مي شود واشتعال سوخت وهوابادقت بيشتري كنترل مي شود.
2- موتورهاي استرلينگ مي توانند مستقيماًبا هر نوع منبع حرارتي (منابع خورشيدي ،زيست محيطي (بيولوژيكي) ويا هسته اي )كار كنند.
3-فرآيند تركيب همواره مي تواند حرارت را مهيا كند بنابراين سوخت غير مشتعل
مي تواند به طور عمده كاهش يابد.
4- اغلب انواع موتور استرلينگ در قسمت خنك كننده داراي ياتاقان آب بندي شده هستند.لذا اين عامل باعث مي شود روانكاري كمترودر مقايسه باموتور هاي رفت وبرگشتي (احتراق داخلي ) بهتر باشند.
5-به طور كلي اين موتورها ازپيچيدگي كمتري نسبت به موتورهاي رفت وبرگشتي برخوردارنديعني نياز به سوپاپ نداشته وسيستم سوخت رساني بسيار ساده است.
6-درفشار نسبتاً پاييني كار مي كنند لذا در مقايسه با انواع موتورهاي بخار مطمئن تر هستندوبه علت كاركرد درفشار پايين نيروي وزن كمتري به سيلندر وارد مي شود.
7- اين موتور ها مي توانند براي راه اندازي بسيار آرام وبدون هوادر زير درياييها ويا در فضا پيما ها ساخته شوند.(سروصدا ندارند)
8-آنها به آساني در آب وهواي خنك باراندمان بالا برخلاف موتورهاي احتراق داخلي هم ردة خودكار مي كنند .
9-يك موتور استرلينگ كه آب را پمپاژ مي كند مي تواند از آب پمپاژ شده براي خنك كردن بخش خنك كن خود استفاده كند.
10-آنها بسيار انعطاف پذير هستندلذا مي توانند درزمستان به عنوان CHP (تركيب حرارت وقدرت ) ودر تابستان به عنوان يك خنك كننده مورد استفاده واقع شوند
معايب موتورهاي استرلينگ:
1- طرحهاي موتور استرلينگ نيازمند ورودي وخروجي هستندكه هركدام شامل فشار سيال عامل در دماي بالا ومقاومت دربرابر اثر خوردگي ناشي از منابع حرارتي واتمسفرمي باشد.
2- موتورهاي استرلينگ كه در دماهاي پايين وناهمسان كار مي كنند لذا دراثرافزايش اين دماهاي ناهمسان يا فشار باعث مي شود كه موتور استرلينگ توان بيشتري را نياز مند باشد.
3-بررسي اتلاف حرارتي بسيار پيچيده است زيرا دماي خنك ساز (سرد كن) پايين نگه داشته مي شود تا بازدةحرارتي افزايش يابد
4- موتور استرلينگ به طور خودكار،كار نمي كنندلذا نيازمنددومرحله گرمايش است
5- موتور استرلينگ تنها به عنوان يك موتوربا سرعت ثابت به كار مي رود.
6-قدرت خروجي در موتور استرلينگ همواره ثابت بوده وملحقات آن نيازمند طراحي بسيار پيچيده ودقيق تر وگاهي اوقات مكانيزمهاي اضافي مي باشد.