Преимущественное распространение получила схема СП ДВС с двумя расходящимися поршнями в одном цилиндре.
Поршни кинематически связаны через синхронизирующий механизм (рычажный или реечный с паразитной шестерней); в отличие от кривошипно-шатунного механизма синхронизирующий механизм воспринимает только разность сил, действующих на противоположные поршни, которая при нормальной работе СП ДВС сравнительно мала. Один поршень управляет открытием впускных окон, а другой — выпускных. Поршни компрессора и поршни буферных ёмкостей жёстко связаны с соответствующими поршнями двигателя.
К достоинствам свободно-поршневых ДВС относится сравнительная простота их конструкции, хорошая уравновешенность, долговечность, компактность.
Недостатки — сложность пуска и регулирования, неустойчивость работы на частичных нагрузках (с развитием
микропроцессорных
систем управления последний недостаток стал неактуальным).