斯特林發動機的運作基于一個封閉氣缸內的氣體（工質）受熱膨脹和遇冷壓縮的原理。這種發動機是一種外燃機，意味著它利用外部熱源為工質提供能量。具體來說，在斯特林發動機中，氣缸一端連接到熱腔，另一端則連接到冷腔。當工質從冷腔被壓縮時，它被輸送到熱腔，在這里，燃料產生的熱量使工質溫度升高，體積膨脹，從而產生動力。這一過程會反復進行，推動活塞或旋轉曲軸，進而產生機械能。斯特林發動機的設計中，工質的選擇至關重要。通常，氫氣或氦氣等輕質氣體被用作工質，因為它們具有良好的膨脹系數。然而，也有一些設計使用了液體工質，例如某些類型的液體金屬。工質的選擇需要考慮到熱導率、膨脹系數和化學穩定性等因素。在熱腔中，工質吸收熱量并膨脹，而在冷腔中，它被壓縮并釋放熱量。這個過程可以使用外部循環系統來提高效率，通過循環泵將工質在熱腔和冷腔之間連續輸送。斯特林發動機的優點之一是其較高的熱效率，尤其是在低溫應用中。此外，由于它不需要點火系統，因此相對安靜且污染較小。然而，斯特林發動機也存在一些缺點，如結構復雜、啟動時間較長以及對熱源要求較高。盡管如此，它在一些特殊領域仍具有應用價值，例如在太陽能發電系統中，用于將太陽能轉化為機械能。斯特林發動機的工作原理涉及多個關鍵步驟：首先，工質在冷腔中被壓縮，隨后被輸送到熱腔；接著，工質吸收熱量并膨脹；最后，在冷腔中被再次壓縮并釋放熱量。這個循環過程不斷重復，推動活塞或旋轉曲軸，從而產生持續的動力輸出。通過優化設計和材料選擇，斯特林發動機能夠在各種環境中提供可靠的能源轉換。