随着资源短缺和环境污染问题越来越严峻,自由活塞内燃发电机因其具有节能环保性能好,功率密度高,制造与维护成本低以及燃料适应性好等潜在的优势引起了国内外许多研究机构的高度关注。本文针对现有结构四冲程单自由活塞内燃发电机在工作过程中存在严重的机械振动问题,提出了一种新型的对置四冲程自由活塞内燃发电机。在分析系统结构组成及工作原理的基础上,采用动力学和热力学微分方程组建立对置四冲程自由活塞内燃发电机的物理仿真模型,并制定相应的运行工作策略,完成了系统工作过程的仿真研究,给出了自由活塞的位移、速度、缸内压力等各个参数的动态变化规律。并在此基础上对系统动平衡特性、参数特性进行研究分析。完成样机结构设计,通过分析对置四冲程自由活塞内燃发电机的总体布局和运行工作特点,提出一种新型的能适用的配气机构,最后完成了样机的结构设计,并进行了样机的装配和运动干涉检查,对样机关键零部件以质量最小为目标进行尺寸优化。设计和仿真的研究结果表明,本文所提出的对置四冲程自由活塞内燃发电机的技术方案是可行的,可以作为自由活塞内燃发电机的一个发展与研究方向,继续展开更为深入和广泛的理论与样机实验研究。相对于现有报道的单活塞结构,对置四冲程自由活塞内燃发电机的工作频率和功率密度更高,并且机械振动小,具有良好的动平衡特性,是未来混合动力电动汽车车载发电机较为理想的选择。