全球能源短缺问题随着汽车工业的发展而日趋严重，如何利用汽车尾气余热能量也愈发引起研究人员的兴趣。斯特林发动机作为节能装置，具有燃料广泛、转换效率高、噪音低等优点。国内外许多学者对其在汽车尾气能量的回收上展开了研究。而应用斯特林发动机来回收汽车尾气能量，在解决能源短缺，提高能量利用率等方面具有不可言喻的重要意义。本文主要研究针对汽车尾气能量，设计斯特林发动机的换热系统，通过性能实验测试、理论模型分析及数值模拟，找出斯特林发动机效率影响的主要因素，为优化斯特林发动机提供理论依据。本文针对汽车尾气能量，设计一台能够利用汽车尾气余热驱动的斯特林发动机换热系统，并在此基础上，对小型斯特林发动机进行性能实验测试。实验研究内容主要包括在恒扭矩和变扭矩时，对应的充气压力为5bar、10bar、12bar及14bar共8组实验工况下，分别测量加热温度，充气压力对输出功率的影响，斯特林发动机的动力输出特性及能量的分析。仿真计算及数值模拟主要研究内容包括应用MATLAB软件仿真计算斯特林发动机的工作过程（循环压力17bar）并且计算不同工况时（充气压力为5bar，10bar，12bar，14bar）发动机的指示功率；应用ANSYS软件模拟回热器的压力场，并对影响回热器压降的因素进行分析。实验研究发现：1.热源温度：斯特林发动机的输出功率随热源温度的增加而增大；2.充气压力：不同的热源温度，对应着不同的最佳充气压力，在最佳充气压力之前，斯特林发动机的输出功率随着充气压力的增加而增大，达到最佳充气压力后，若继续充压，则会使输出功率下降，同时发动机产生较大震动；3.循环过程中换热器总压力损失最大值接近7bar，这说明换热器内的流动阻力比较大，换热器的尺寸还可进行优化；4.发动机最大输出扭矩为5.39N m，是在充气压力为14bar时获得的，当负载逐渐增加时，速度也逐渐减少；5．随着充气压力的增加，指示效率与有效效率均增加。模拟研究发现：1.实验样机的指示功率与模拟结果相差较大，说明实验样机还需要进一步优化；2.由于无益容积、回热器流阻损失等使得实际斯特林循环功与理想斯特林循环功相差较大；3.回热器丝网目数的增加，会导致回热器流阻损失增大；丝网直径的增加，则使回热器流阻损失减小。综上所述，在设计斯特林发动机时，加热器的制造应选择耐高温材料；同时，确定循环压力参数时，应重点考虑工质的密封性能。斯特林发动机的实际循环与理想循环具有较大差别，且主要是由回热器的存在而引起的，回热器的性能优劣是影响斯特林机性能好坏的关键因素。