Un moteur à combustion externe est un moteur à pistons dont la combustion a lieu à l’extérieur des cylindres. Un exemple précoce est la machine à vapeur, qui brûlait généralement du charbon à l’extérieur du moteur pour transformer l’eau en vapeur. Le moteur Stirling est un moteur à combustion externe qui utilise un fluide de travail pour déplacer les pistons dans les cylindres. Dans un moteur à combustion interne, par contre, un carburant est brûlé à l’intérieur des cylindres du moteur. Bien que les moteurs à vapeur aient été largement remplacés, les moteurs Stirling ont de nombreuses applications potentielles.
Bien que les gaz de combustion n’entrent pas dans les cylindres d’un moteur à combustion externe, ils doivent être en contact thermique avec le moteur pour qu’il fonctionne. Dans une machine à vapeur, la chaleur de la combustion du charbon est transférée à l’eau à travers les parois d’une chaudière. Cette chaleur transforme l’eau en vapeur, qui est dirigée dans les cylindres du moteur. Au moment opportun, la vapeur pousse sur un piston qui fait tourner un vilebrequin. De cette manière, une machine à vapeur transforme l’énergie chimique stockée dans le charbon en énergie mécanique d’un vilebrequin en rotation.
Le moteur Stirling est similaire à la machine à vapeur, sauf qu’il utilise un gaz contenu en permanence plutôt que de la vapeur jetable pour pousser les pistons. Il fonctionne en échangeant de la chaleur à différents endroits de ses cylindres. La chaleur passe à travers une paroi du cylindre et chauffe le gaz de travail, qui a tendance à pousser le piston pour créer de la puissance. Lorsqu’un piston doit revenir à sa position d’origine, un échangeur de chaleur permet au gaz adjacent de se refroidir.
Le moteur à combustion externe a eu une variété d’applications au cours des deux derniers siècles. La vapeur a été largement utilisée dans les usines ainsi que sur les navires et les trains pendant la révolution industrielle, remplaçant en grande partie les roues hydrauliques et les muscles animaux comme sources d’énergie. Alors que les moteurs à vapeur ont finalement été dépassés par les moteurs à combustion interne, ils sont restés la principale source d’énergie au XXe siècle.
Le moteur Stirling a été appliqué avec encore plus de souplesse. En convertissant l’énergie de rotation en électricité, il peut tirer parti d’une source de chaleur pour la production combinée de chaleur et d’électricité. Il peut également être utilisé à l’envers comme pompe à chaleur, en absorbant l’énergie électrique et en évacuant la chaleur.
Étant donné que le moteur Stirling ne transfère que de la chaleur, peu importe, dans ses cylindres, il ne nécessite pas de combustion pour être la source de chaleur. D’autres formes de chaleur non liées à la combustion, comme l’énergie nucléaire, pourraient tout aussi bien fonctionner avec ce type de moteur. En fait, il a été suggéré que les futures centrales nucléaires pourraient intégrer le moteur à combustion externe Stirling pour simplifier la conception et augmenter l’efficacité.