On rencontre usuellement les machines de Stirling suivantes :

-    Machines de « type alpha » : elles utilisent 2 cylindres à 90° avec un piston oscillant dans chaque cylindre. Chaque piston est attaché à un seul et même maneton du vilebrequin dont l’axe de rotation se trouve à l’intersection des axes des 2 cylindres. Les pistons oscillent ainsi en quadrature. Ces machines sont généralement équipées d’un régénérateur qui est placé entre les 2 têtes des cylindres. Ces machines ne nécessitent pas de « piston déplaceur ». Par exemple, elles sont actuellement industrialisées par la société allemande SOLO (Singelfinden) pour des puissances mécaniques de 10 kW dans le cadre d’installations solaires de type « Dish Stirling ».











moteur SOLO161 10kW

De superbes animations de machines (moteurs, machines à vapeurs...) à voir sur www.keveney.com


Autre animation ci-dessous tirée du site  www.moteurstirling.com
Auteur: Pierre GRAS








                            Une installation Dish Stirling à moteur alpha (cliquer pour en savoir plus)





-    Machines de « type pistons en série » : elles nécessitent la mise en série de N pistons, généralement actionnés par N bielles et un vilebrequin commun. Sur le vilebrequin, le déphasage entre 2 manetons consécutifs est d’environ 90°, de manière à ce que deux pistons consécutifs soient en quadrature. Entre 2 pistons consécutifs est intercalé un régénérateur. Les pistons sont à double effet, c’est à dire qu’ils travaillent sur leurs 2 faces : il y a ainsi N volumes distincts de fluide caloporteur. Le k-ième volume transite uniquement et sans arrêt entre la machine k et k+1 via le k-ième régénérateur. Généralement, les têtes de cylindres (« haut moteur ») constituent la source chaude et les pieds de cylindres (« bas moteur ») sont la source froide (l’inverse est aussi possible).



-    Machines de « type beta » à embiellage simple : elles utilisent un seul cylindre dans lequel coulissent à la fois un piston de « travail » et un piston « déplaceur » . Ces deux pistons sont connectés sur le vilebrequin via 2 bielles, attachées sur 2 manetons décalés de 90° sur le vilebrequin. Le piston de travail est destiné à récupérer la puissance mécanique tandis que le piston déplaceur permet de chasser périodiquement, à volume à peu près constant, le fluide de la zone chaude vers la zone froide ou inversement. Ce transport se fait de préférence via un régénérateur placé sur le flanc du cylindre.


-    Machines de « type beta » à embiellage rhombique (ou rhomboïdal) : elles fonctionnent de la même manière, mais avec un embiellage à losange déformable permettant de mieux piloter le piston déplaceur et le piston de travail, et ainsi d’avoir un volume approximativement constant durant les phases idéalement isochores.





-    Machines de « type gamma » : elles utilisent 2 cylindres et 2 pistons qui ont chacun leur propre actionneur. Chaque piston est à la fois « déplaceur » et « de travail ». Un régénérateur peut être monté sur le côté. La synchronisation entre les pistons se fait notamment par engrenages, chaînes, courroies et/ou embiellages. Les machines de « type gamma » peuvent être vues comme une hybridation entre le « type alpha » et le « type beta ».


En complément de ces machines habituelles existent des machines de Stirling non conventionnelles, moins diffusées, restant au stade de prototype ou destinées à des applications très spécifiques (spatiales…):

-    Moteurs à piston libre « type Martini » : le piston moteur se déplace en fonction de la pression du moteur. Quand la pression monte, il est poussé dans un sens. Quand la pression baisse, il revient dans l'autre sens à sa position initiale. Ceci nécessite la présence d'une force moyenne sur la face "extérieure" du piston, elle est générée par un gaz enfermé dans une enceinte ou par le tarage d'un ressort. Si le piston moteur est un aimant, on peut installer en périphérie un alternateur linéaire et générer du courant électrique.



-    Moteurs à déplaceur libre « type Ringbom » : à l'inverse du précédent, le piston moteur est entraîné mécaniquement. Par contre, le déplaceur se positionne en fonction de la pression du gaz enfermé dans une chambre auxiliaire et de la pression du moteur.









-    Moteurs de type « pistons libres » : ils font la synthèse entre les deux précédents. Il n'existe aucune liaison mécanique avec l'extérieur. L'énergie produite est évacuée par au moins un alternateur linéaire.

Exemple de moteurs à pistons libres développés aux Etats-Unis:



-    Machines thermoacoustiques : version modernisée du type précédent, elles utilisent un gradient thermique entre les 2 extrémités d’un tube qui contient une membrane poreuse et un gaz. Un système d’ondes acoustiques s’établit dans le tube produisant un son convertible en électricité par un microphone.

-    Moteurs rotatifs dans une enceinte sensiblement elliptique : une approche 4 quadrants, avec une alternance chaud/froid entre 2 quadrants consécutifs,  isole 4 chambres à l’intérieur de l’ellipse (avec un rotor possédant 4 contacts tangents et permanents avec l’ellipse). La rotation relative entre le rotor et l’ellipse provoque des dilatations/contractions du gaz produisant ainsi du travail mécanique : un exemple est  la Quasiturbine Stirling de la famille SAINT HILAIRE.
                                                                                                                                                4 poles Quasiturbine Stirling concept

Auteur : Pierre GRAS                                                        Auteur : Famille SAINT HILAIRE www.quasiturbine.com