功能

自由活塞式发动机的工作特性不同于传统的曲轴发动机。主要区别在于自由活塞式发动机中的活塞运动不受曲轴的限制，从而导致可变压缩比的潜在价值。但是，这确实也带来了控制挑战，因为必须精确控制死点的位置，以确保燃料点火和有效燃烧，并避免缸内压力过大，或者避免活塞撞击汽缸盖。自由活塞发动机具有许多独特的功能，其中一些赋予其潜在的优势，而另一些则代表着必须克服的挑战，自由活塞发动机才能成为传统技术的现实替代方案。

由于端点之间的活塞运动不受曲轴机构的机械限制，因此自由活塞发动机具有可变压缩比的宝贵功能，可以提供广泛的运行优化，更高的部分负荷效率以及可能的多燃料运行。通过适当的控制方法，通过可变的燃油喷射正时和气门正时来增强这些功能。

通过适当的频率控制方案（例如PPM（脉冲暂停调制）控制[1]）可实现可变的冲程长度，其中使用可控液压缸作为回弹装置，在BDC处暂停活塞运动。因此，可以通过在活塞到达BDC的时间与释放下一个冲程的压缩能量之间施加间隔来控制频率。

由于运动部件较少，因此减少了摩擦损失并降低了制造成本。因此，简单而紧凑的设计需要较少的维护，从而延长了使用寿命。

纯线性运动导致活塞上的侧向载荷非常低，因此对活塞的润滑要求降低。

自由活塞式发动机的燃烧过程非常适合均质充量压缩点火（HCCI）模式，在该模式下，预混合的充量被压缩并自燃，从而燃烧非常迅速，同时对精确点火正时控制的要求也较低。而且，由于几乎恒定的体积燃烧以及燃烧稀薄混合物以降低气体温度并因此降低某些类型的排放的可能性而获得了高效率。

通过并联运行多个发动机，可以减少由于平衡问题而引起的振动，但这需要对发动机转速进行精确控制。另一种可能性是使用配重，这将导致设计更加复杂，发动机尺寸和重量增加以及额外的摩擦损失。

由于没有像传统发动机中的飞轮那样的储能装置，因此它将无法驱动发动机旋转数圈。因此，如果发动机无法建立足够的压缩或其他因素影响喷射/点火和燃烧，则发动机可能会停止运转。这导致点火失败，并且需要精确的速度控制。

自由活塞概念的潜在优势包括

• 简单的设计和很少的运动部件，使紧凑型发动机的维护成本低，并减少了摩擦损失。
• 通过可变压缩比的操作灵活性允许针对所有工况和多种燃料的运行进行优化。自由活塞式发动机还非常适合均质充气压缩点火（HCCI）操作。
• 围绕上止点（TDC）的高活塞速度和快速的动力冲程扩展可增强燃油与空气的混合，并减少可用于传热损失和形成依赖温度的排放物（例如氮氧化物（NOx））的时间。

自由活塞发动机的主要挑战是发动机控制，这只能说对于单活塞液压自由活塞发动机是完全解决的。双活塞发动机在瞬态运行期间燃烧过程中的逐周期变化的影响以及发动机性能等问题是需要进一步研究的主题。曲轴发动机可以连接交流发电机、机油泵、燃油泵、冷却系统、启动器等传统配件。

可以从位于废气流中的涡轮机捕获旋转运动，以旋转传统的汽车发动机配件，例如交流发电机、空调压缩机、动力转向泵和防污染装置。