가열·냉각의 2가지 등적변화(等積變化)와, 압축·팽창의 2가지 등온변화(等溫變化)로 구성되는 밀폐 사이클을 갖는 용적형(容積型) 외연기관.

1816년 R.스털링이 최초로 시작(試作)하였기 때문에 스털링 기관이라 한다. 그 당시에는 작동가스로 공기를 사용하였으므로 열공기기관이라고 하였다. 19세기 초기에는 증기기관과 성능을 겨루었으나 효율이 낮기 때문에 후기에는 내연기관에 밀려나게 되었다.

그러나 그 후 적합한 작동 가스(수소 또는 헬륨)의 채택, 효율이 좋은 열교환기의 연구 등에 의해 현재는 열효율이 40 %인 것이 시작되어 있다.

【원리】 출력 피스톤의 상승으로 실린더 저온부에 있는 작동가스는 등온압축(A → B)된다. 다음에 배제 피스톤이 하강해서 실린더 저온부에서 고온부로 부피가 일정한 상태에서 가스는 가열되면서 이동한다. 이 때 이전 사이클에서 미리 가열되어 있는 재생기에서 예열되고 가열 코일에서 가열된다. 이것을 등적가열(B → C)이라고 한다.

다음에 실린더 고온부에 있는 가스는 등온팽창(C → D)하고, 배제와 출력의 두 피스톤은 함께 하강해서 일을 한다. 끝으로 출력 피스톤은 그대로 있고, 배제 피스톤만이 상승하기 때문에 작동가스는 실린더 고온부에서 저온부로 일정한 부피를 유지한 채 재생기와 냉각 코일에서 냉각되면서 이동한다. 이것을 등적냉각(D → A)이라고 한다.

【구조】 실린더의 상부에는 연소실과 가열 코일이 있고, 실린더의 외주(外周)에는 축열형(蓄熱型)의 재열기와 냉각 코일이 장치되어 있다.실린더 속은 배제 피스톤에 의해 고온부와 저온부로 구분되어 있고, 배제와 출력의 두 피스톤운동은 마름모꼴 구동기구(驅動機構)에 의해 규정되어 있다.

【용도】 스털링 기관은 외연기관이므로 연료를 자유롭게 선택할 수 있고, 배기가스가 깨끗하며 배기음(排氣音)도 전혀 나지 않는다. 또 마름모꼴 구동기구에 의해 완전히 균형이 잡혀 있으며, 가스 압력을 바꾸어서 쉽게 출력을 조절할 수 있다. 이러한 특징 때문에 공해가 없는 자동차 엔진, 선박의 주기관 또는 보조기관, 유전지대의 다연료기관이나 우주항공용에 이용되리라 기대된다.