對(duì)外不直接輸出機(jī)械功﹐僅提供壓縮空氣或一定壓力﹑溫度的工作氣體的內(nèi)燃機(jī)。它的工作循環(huán)與對(duì)置活塞二沖程柴油機(jī)相似。這種發(fā)動(dòng)機(jī)除有動(dòng)力氣缸外還帶有空氣壓縮機(jī)和氣墊缸。動(dòng)力活塞與壓縮機(jī)活塞做成一體﹐構(gòu)成活塞組。動(dòng)力氣缸與壓縮機(jī)之間動(dòng)力的傳遞靠活塞組完成。所謂“自由活塞”是指發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有通常內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(見(jiàn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu))﹐活塞組運(yùn)動(dòng)規(guī)律由作用在它上面的氣體壓力決定﹐并隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化。活塞組運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是內(nèi)﹑外止點(diǎn)位置都可以改變﹐由同步機(jī)構(gòu)保持左﹑右活塞組對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力氣缸膨脹行程時(shí)﹐氣墊缸內(nèi)空氣被壓縮﹐暫時(shí)貯存動(dòng)力氣缸向外所作的全部功。在隨后的回復(fù)行程中﹐氣墊缸內(nèi)的氣體膨脹﹐將貯存的功全部轉(zhuǎn)移給空氣壓縮機(jī)。當(dāng)無(wú)氣墊缸時(shí)﹐則壓縮機(jī)氣缸余隙容積中貯存的能量能起同樣的作用。 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究始于1920年左右。30年代開始出現(xiàn)不同類型的試驗(yàn)機(jī)型﹐至50年代才有正式工業(yè)產(chǎn)品。它按用途可分為自由活塞發(fā)氣機(jī)和自由活塞壓縮機(jī)兩類﹔按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為對(duì)稱式和非對(duì)稱式﹐以及有氣墊缸的和無(wú)氣墊缸的。這種發(fā)動(dòng)機(jī)除燃用柴油外﹐也可燃用重油﹑原油和天然氣等燃料。 自由活塞發(fā)氣機(jī) (free-piston gas generator)常與燃?xì)廨啓C(jī)共同組成自由活塞-燃?xì)廨啓C(jī)組(見(jiàn)圖 自由活塞-燃?xì)廨啓C(jī)組示意圖 )。在機(jī)組中﹐發(fā)氣機(jī)只起工作氣體發(fā)生器的作用。在動(dòng)力氣缸中對(duì)置裝著兩個(gè)動(dòng)力活塞﹐分別與相應(yīng)壓縮機(jī)活塞相連接。起動(dòng)時(shí)﹐假定動(dòng)力活塞迅速?gòu)耐庵裹c(diǎn)向內(nèi)運(yùn)動(dòng)﹐壓縮機(jī)氣缸內(nèi)的空氣即被壓縮﹐并通過(guò)輸氣閥壓入儲(chǔ)氣箱﹐供動(dòng)力氣缸掃氣之用﹔同時(shí)動(dòng)力氣缸內(nèi)的空氣也被壓縮﹐空氣壓力和溫度均增高。當(dāng)相對(duì)的兩個(gè)活塞接近內(nèi)止點(diǎn)時(shí)﹐經(jīng)噴油器將燃料噴入燃燒室而燃燒。高溫高壓燃?xì)庀蛲馔苿?dòng)動(dòng)力活塞﹐即膨脹過(guò)程。活塞向外運(yùn)動(dòng)時(shí)使壓縮機(jī)氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空而從大氣吸入新鮮空氣﹐同時(shí)氣墊缸內(nèi)的空氣被壓縮﹐儲(chǔ)存的能量用以推動(dòng)活塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在膨脹行程終了時(shí)﹐右活塞首先開啟排氣孔﹐隨后左活塞又打開進(jìn)氣孔。燃?xì)饨?jīng)排氣孔排入儲(chǔ)氣罐﹐而新鮮空氣則從掃氣儲(chǔ)氣箱經(jīng)進(jìn)氣孔送入動(dòng)力氣缸﹐并清掃殘留的廢氣。燃?xì)庥蓛?chǔ)氣罐供入燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)膨脹作功﹐由渦輪軸輸出功率。 自由活塞－燃?xì)廨啓C(jī)組熱力循環(huán)的高溫高壓階段在間歇工作的動(dòng)力氣缸內(nèi)完成﹐低溫低壓膨脹階段在燃?xì)廨啓C(jī)中完成。它比單獨(dú)的柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)有更高的總壓縮比和總膨脹比﹐因此理論熱效率較高。 采用自由活塞發(fā)氣機(jī)時(shí)﹐機(jī)組布置和功率選擇有較大的靈活性﹐可用一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)氣機(jī)與一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)配套。同時(shí)﹐機(jī)組連續(xù)運(yùn)行的可靠性也增高。在多臺(tái)發(fā)氣機(jī)中﹐若某一臺(tái)發(fā)生故障﹐不會(huì)造成整個(gè)機(jī)組停止運(yùn)行。但機(jī)組直接膨脹作功的工作氣體的壓力和溫度相應(yīng)變低﹐致使單位功率的氣體流量大﹐因而增加了流動(dòng)損失和傳熱損失。此外﹐它由于布置分散﹑附屬設(shè)備多﹐應(yīng)用范圍受到限制﹐主要用作船舶動(dòng)力或電站﹑動(dòng)力站等固定作業(yè)。 自由活塞壓縮機(jī)是將發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)連結(jié)成一體的自身驅(qū)動(dòng)的一種空氣壓縮機(jī)。