Der Stirling-Zyklus ist eine Art regenerativer thermodynamischer Zyklus, der in der Lage ist, ein in sich geschlossenes Arbeitsfluid und eine interne Wärmeaustauschkomponente zu verwenden, um entweder Wärme in mechanische Bewegung umzuwandeln oder umgekehrt. Das macht den Stirling-Zyklus in Motoren, Wärmepumpen, Kältemaschinen und zahlreichen anderen Anwendungen nützlich. Eine Reihe verschiedener Motorkonstruktionen verwenden den Stirling-Zyklus, von denen die meisten entweder einen oder zwei Zylinder enthalten. Unabhängig von der spezifischen Konstruktion durchläuft ein Motor, der diesen Zyklus verwendet, die vier Schritte Kompression, Wärmezufuhr, Expansion und Wärmeabfuhr.
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Verbrennungsmotoren, von denen jeder eine andere Art von thermodynamischem Zyklus verwendet. Dampfmaschinen arbeiten nach den Prinzipien des Rankine-Zyklus, bei dem ein Arbeitsfluid wie Wasser sowohl in flüssigem als auch in gasförmigem Zustand verwendet wird. Von Zeit zu Zeit müssen zusätzliche Flüssigkeiten hinzugefügt werden, was die Effizienz dieser Systeme verringert. Der Stirling-Zyklus, der ursprünglich 1816 als Konkurrent des Rankine-Zyklus erfunden wurde, verwendet ein im System eingeschlossenes Arbeitsfluid. In den meisten Fällen ist das in Stirling-Motoren verwendete Arbeitsfluid Luft.
Die Grundidee des Stirling-Zyklus dreht sich um das Erhitzen und anschließende Abkühlen eines einzigen Volumens an Arbeitsflüssigkeit. Dadurch kommt es zur thermischen Ausdehnung und Kontraktion des Fluids, die zur Verrichtung mechanischer Arbeit genutzt werden kann. In den meisten Fällen wird dies durch Anbringen von Kolben an einem Schwungrad erreicht. Wenn sich die Flüssigkeit im System ausdehnt und zusammenzieht, werden die Kolben auf und ab bewegt, wodurch sich das Schwungrad dreht. Der Stirling-Zyklus wird als regenerativer Zyklus bezeichnet, da das Fluid in sich geschlossen ist und das gleiche Fluidvolumen sowohl in der Kompressionskammer als auch in der Expansionskammer verwendet wird.
Die Anwendung des Stirling-Zyklus ist nicht auf Motoren beschränkt, da der Prozess auch reversibel ist. Das heißt, es ist möglich, dass ein Gerät, das diesen Kreislauf nutzt, bei mechanischer Leistung als Wärmepumpe fungiert. In diesem Fall wird eine externe mechanische Kraft zum Antrieb der Kolben verwendet, die das Arbeitsmedium zwischen Expansionsraum und Kompressionsraum pumpen. Je nach Einrichtung eines Gerätes kann diese Kreislaufumkehr in einer Wärmepumpe, einem Kältegerät oder jeder anderen Anwendung verwendet werden, die die Übertragung von Wärmeenergie erfordert.