Однотактный двигатель действует следующим образом. При пуске двигателя система управления подаёт топливо в камеру сгорания 1 форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 6 через открытый клапан 7 поступают в нижнюю (по рисунку) полость поршня 4. Под воздействием продуктов сгорания поршни 4, 5 и штоки 8, 9 начинают движение вверх. Так как площадь нижней поверхности поршня 4 больше площади поперечного сечения штока 8 на разность их площадей, то давление сжимаемого в верхней полости поршня 4 воздуха окажется больше давления продуктов сгорания в нижней полости поршня 4. Поэтому сжимаемый воздух из верхней полости поршня 4 через обратный клапан 10 поступает в камеру сгорания 1, поддерживая в ней процесс горения периодически подаваемого форсункой 2 топлива. Продукты сгорания из верхней полости поршня 5 через открытый клапан 12 выбрасываются в атмосферу. Кинетическая энергия продуктов сгорания через шток 9 и шатун 13 передаётся коленвалу 14. В нижнюю полость поршня 5 через обратный клапан 16 из атмосферы засасывается воздух. По прибытию поршней в верхнюю мёртвую точки система управления переводит клапаны 7 и 12 в закрытое, а клапаны 15 и 16 в открытое положение. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 17 через клапан 15 поступают в верхнюю полость поршня 5, в результате чего поршни начинает движение вниз и коленвал двигателя 14 продолжает вращение в прежнем направлении. Сжимаемый в нижней полости поршня 5 воздух через обратный клапан 18 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, обеспечивая горение топлива. Одновременно в верхнюю полость поршня 4 через обратный клапан 19 засасывается воздух из атмосферы, а из нижней полости отработавшие продукты сгорания через выпускной клапан 16 выбрасываются в атмосферу.       Клапаны 20, 21, 22 используются для организации процессов, улучшающих технические характеристики двигателя. К ним относятся. Увеличение эффективности расширения продуктов сгорания в цилиндре во всём диапазоне нагрузок на двигатель. Как видно из описания, расширение продуктов сгорания в основном происходит только при выбросе их из цилиндра в конце движения поршней, не производя никакой полезной работы, пат. 2543908  «Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре однотактного двигателя с внешней камерой сгорания». Управление рециркуляцией выхлопных газов на всех режимах работы положительно влияет на экономические и экологические характеристики двигателя на переходных режимах. Пат. 2525766 «Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания». Реализация указанных разработок позволяет значительно увеличить ресурс однотактного двигателя. За один ход поршней реализуются все четыре такта четырехтактного ДВС – такт всасывания, сжатия, рабочий ход и выброс отработавших продуктов сгорания. Это означает что двигатель однотактный. Число клапанов однотактного двигателя: 4 впускных, 4 выпускных и 6 перепускных клапанов. За один рабочий такт они срабатывают 16 раз, и перепускные клапаны 12 раз, всего 16 + 12, то есть 28 раз. В четырехтактном четырёхцилиндровом ДВС на один цилиндр как минимум имеется 4 впускных и 4 выпускных газораспределительных клапана, которые за один рабочий такт срабатывают (4 + 4) х 4 – всего 32 раза. Разность составляет 10 срабатываний. Следует иметь в виду, что перепускные клапаны однотактного двигателя действуют только на переходных режимах. Следовательно, на оптимальном режиме газораспределительные клапаны срабатывают 16 раз. Разность при этом составит 16 срабатываний.

Улучшаются эксплуатационные характеристики. Реверсирование вращения коленвала однотактного двигателя. Если перед пуском двигателя в одноцилиндровом исполнении поршни 4 и 5 находятся в верхней или нижней крайних точках, то коленвал 14 и шатун 13 двигателя могут оказаться в положении неустойчивого равновесия. Следовательно, и направление вращения коленвала при пуске окажется стохастичным, непредсказуемым или невозможным. Однотактный двигатель с двумя и более цилиндрами не нуждается в стартере. В многоцилиндровом исполнении двигателя, как минимум, в одном из цилиндров всегда окажется такой, в котором поршни находятся в положении, при поступлении продуктов сгорания в рабочие полости которых, обеспечивается вращение коленвала двигателя в любом задаваемом направлении. Пат. 2538429 «Способ реверсирования вращения коленчатого вала однотактного двигателя с внешней камерой сгорания».

Кроме указанных процессов, повышающих технические характеристики двигателя, могут реализовываться следующие процессы. Проблемы охлаждения поверхностей рабочих полостей поршней, поршней, их штоков и газораспределительных клапанов принудительным охлаждением, пат. 2427718. Другой подход - выполнение поверхностей рабочих полостей поршней и газораспределительных клапанов из жаростойких материалов с низким термическим градиентом. Патент 2476699 «Способ продувки камеры сгорания свободнопоршневого двухцилиндрового энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором», пат. 2388928 «Пневматический привод топливной форсунки свободнопоршневого двигателя», пат. 2349765 «Пневматический привод клапана однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания».                                                                                                                                                                                                                                                           А.РЫБАКОВ