液压自由活塞发动机是一种内燃机活塞与液压泵活塞直接相连,将燃料化学能直接转化为液压能输出的新型动力装置。作为完美契合液压复合驱动的动力装置,它结构简单,具有可变的压缩比,燃料适应性广；而液压系统易于实现能量回收。因此,液压自由活塞发动机尤其适应于频繁起停的行走机械。本论文以双缸四冲程单活塞式液压自由活塞发动机为研究对象,针对测试试验结果中压缩比不足的问题展开研究,建立活塞组件的动力学方程,分析单活塞式液压自由活塞发动机不对称运动的机理,建立系统的仿真模型,分析单活塞式液压自由活塞发动机的运动特性以及外部参数对发动机性能的影响规律,在此基础上提出系统的优化方案。论文内容分6章,结构安排如下：第一章,介绍了液压自由活塞发动机的技术背景以及国内外研究现状,阐述自由活塞发动机的动特性对发动机稳定工作的重要性,指明了本文的研究意义。第二章,详细介绍四冲程单活塞式液压自由活塞发动机的工作原理以及试验测试平台,开展相关性能试验研究,指出其中存在的问题,明确本文的研究内容。第三章,建立活塞组件的动力学方程,研究单活塞式液压自由活塞发动机活塞组件运动关于上止点不对称的机理,分析了发动机运行的稳定性。第四章,建立自由活塞发动机的仿真模型,分析活塞组件的运动特性与发动机的输出特性,研究外部参数对发动机性能的影响规律。第五章,针对原发动机存在的问题进行优化设计,提出利用齿轮齿条结构消除翻转力矩的优化方案,改进压缩腔的结构,并根据能量平衡原理优化结构参数。第六章,总结了全文的主要研究工作和成果,对未来的研究工作和方向进行了展望。