Algemeen
De schotse domine Robert Stirling (1790-1878) is de uitvinder van dit soort motoren, reden waarom die naar hem zijn vernoemd. Op Internet zijn hiervan vele beschrijvingen te vinden, meer of minder diepgaand.
Mijn beschrijving op deze pagina betreft enkel het meest elementaire basisprincipe, waarop ook al mijn modellen zijn gebaseerd.
De globale motor constructie
Bij de Stirling motor is er altijd sprake van een zgn. warme cilinder met daarin een verdringer en een zgn. koude cilinder met daarin de werkzuiger. De motor construktie is altijd zodanig dat deze twee cilinders atmosferisch met elkaar in verbinding staan en samen een vaste hoeveelheid lucht omsluiten. De drijfstangen van de verdringer en die van de werkzuiger zijn ieder verbonden aan een eigen excentriek, die samen met een vliegwiel op een licht gelagerde as zijn gemonteerd. De excentrieken zijn altijd 90º t.o.v. elkaar verschoven. Dit kan uiteraard op twee manieren hetgeen bepalend is voor de draairichting van de motor.
Voor de verwarming van de warme cilinder wordt doorgaans een spiritus brander toegepast, maar elke andere keuze is goed zolang er voldoende warmte wordt toegevoerd.
De globale procesbeschrijving
De diameter van de verdringer is kleiner dan de inwendige diameter van de warme cilinder en wel in de ordegrootte van1 tot 2 mm. Bij het op en neer gaan van de verdringer wordt de lucht in het systeem langs deze spleet cyclisch verplaatst van de warme zone in de warme cilinder naar de relatief koude zone waar de koude cilinder zich bevindt met daarin de werkzuiger. Aldus wordt de lucht afwisselend verwarmd en afgekoeld waardoor die ook afwisselend uitzet en weer inkrimpt. Dit veroorzaakt een in richting wisselende kracht op de werkzuiger en daarmee het vermogen van de motor. De werkzuiger moet goed passen in de werkcilinder maar wel zodanig dat die daarin met minimale wrijving kan bewegen. Het vliegwiel helpt de beweging door het dode punt, waardoor de cyclus zich herhaalt zolang er warmte wordt toegevoert.
Rechts van deze pagina wordt aan de hand van een viertal posities van de verdringer en de werkzuiger het proces nader toegelicht in de 360º cyclus.
De motorprestaties
De wissende luchtdrukken in het systeem zijn slechts een gedeelte van een absolute atmosfeer. Het motor vermogen is daardoor ook relatief gering. Daarom is het belangrijk dat de draaiende elementen zeer licht lopen, waarbij het toepassen van van (vetvrije) kogellagers voor de snel draaiende onderdelen de voorkeur verdienen boven glijlagers. Ook moet alles goed worden uitgelijnd om wringing en wrijvingen tot een minimum te beperken.
Aldus kunnen toerentallen tot ca 1000 omwentelingen per minuut gemakkelijk worden gehaald. Afhankelijk van de omvang van de motor en de toegepaste vertraging kunnen daarmee eventueel licht lopende tuigjes worden aangedreven.
De afstellingen
Afstellingen en gebruikte materialen kunnen kritisch zijn bij dit soort lichtvoetige motortjes.
Zie de pagina "Ervaringen & Tips" voor Stirling motoren.
De lucht in de warme cilinder wordt verwarmd in het gedeelte links van de verdringer en zet daardoor uit. De lucht kan vrij expanderen langs de spleet tussen verdringer en warme cilinder, waardoor een kracht naar rechts wordt uitgeoefend op de werkzuiger.
De warme lucht wordt langs de spleet tussen verdringer en warme cilinder naar het relatief koudere (rechter) gedeelte van het systeem verdrongen. De lucht begint af te koelen, waardoor de druk ervan weer lager wordt.
De lucht rechts van de verdringer en in de werkcilinder is nu maximaal afgekoeld, waardoor er een onderdruk is ontstaan. De buitenluchtdruk oefent nu een kracht naar links uit op de werkzuiger.
De afgekoelde lucht wordt hierdoor weer verdrongen naar het hete linkergedeelte van de warme cilinder en wordt zodoende weer opnieuw opgewarmd. Aldus herhaalt zich de cyclus, waarbij het vliegwiel de beweging over twee dode punten heen helpt.
