为了提高内燃机能量利用率,自主研发了1台可用于有机朗肯循环余热回收系统的单气缸自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG).在压缩空气试验平台上实现了FPE-LG的连续稳定运行,验证了单气缸FPE-LG工作原理的可行性.在大量试验基础上,分析了驱动压力、外接负载电阻对单气缸FPE-LG输出特性的影响机制.研究结果表明:FPE-LG输出功率呈现较为规律的正弦波动,对于该试验样机而言,当驱动压力为0.6　MPa、外接负载电阻为50　Ω时,峰值输出功率可达到58.7W;提高驱动压力可以明显提高均方根电压和峰值电流,但驱动压力的提高对FPE-LG自由活塞膨胀机膨胀功-直线发电机输出电能转换(简称功-电转换)效率影响很小;当外接负载电阻小于60　Ω时,随着外接负载电阻的增大,FPE-LG的功-电转换效率从13.4％上升到24.7％;对于该FPE-LG而言,当外接负载电阻为60　Ω时,单气缸FPE-LG的实际膨胀功最大,功-电转换效率最佳.