Le générateur à pistons libres fonctionne comme un moteur Diesel 2 temps qui ne transforme pas le mouvement linéaire alternatif de ses pistons en mouvement circulaire continu, car il ne dispose ni de bielles ni de vilebrequin.
Il n’en résulte donc que des cycles compression-détente.
L’admission et l’échappement se font par l’intermédiaire de lumières qui se découvrent en fin de course.

Il est constitué de deux pistons doubles qui s’approchent et s’écartent l’un de l’autre.
La première partie du piston, de plus faible diamètre, est la partie motrice.
La seconde partie, d’un plus grand diamètre et située en arrière, est la partie compressive.
Sur sa face arrière il comprime de l’air dans un volume appelé matelas, dont la vocation est d'une part, de limiter la course de l’ensemble et d'autre part, de renvoyer les pistons l'un vers l'autre dès que la pression motrice chute après que les lumières d'échappenent soient ouvertes.
Sur sa face avant, il comprime de l’air dans le cylindre compresseur.
Cet air comprimé sera utilisé soit pour gonfler des bouteilles d’air de réserve, soit pour assurer le balayage du cylindre moteur après la phase d’échappement et la suralimentation lors de la phase d’admission.

Les matelas communiquent entre eux de manière à équilibrer les pressions et les courses des deux ensembles de pistons.
Lors du démarrage du générateur, une forte pression d’air comprimé, provoquée grâce à un distributeur, lance les ensembles pistons l’un vers l’autre pour engendrer une compression dans le cylindre moteur permettant à l’air comburant d’atteindre au moins 600°C.
A ce moment le carburant pulvérisé par un injecteur se consume et provoque le forte montée en pression des gaz qui va chasser les ensembles pistons vers le point mort bas ; le cycle est amorcé.


- Fonctionnement -
La combustion du mélange carburant (fioul)-comburant (air) se fait à pression constante.
En effet, tant que dure l’injection, la pression sur le piston moteur reste quasi-constante alors que le volume occupé par les gaz augmente consécutivement à l’éloignement des pistons vers leur point mort bas. Lorsque est atteint le rendement maximum, la pression d’air dans les matelas est égale à celle exercée par la combustion dans le cylindre moteur.

- Utilisation -


A la fin de la Seconde guerre mondiale, la Marine nationale a reçu au titre de dommages de guerre des sous-marins de construction allemande qui étaient équipés de compresseur d’air Junker fonctionnant selon ce système.

A la même époque, la tendance étant de remplacer les moteurs à pistons par des moteurs rotatifs du genre turbines à gaz, des ingénieurs de la société SIGMA et de la société Rateau eurent l’idée d’utiliser les gaz d’échappement de ce système pour faire fonctionner une turbine à gaz ; le dispositif fut alors appelé «Générateur de gaz à pistons libres»

Au début des années 1950, la Régie Nationale des Usine Renault dans ses ateliers de Choisy-le-Roi (94), construisit un prototype de locomotive mue par ce matériel : le 15 mars 1952, le 040 GA 1 sortait des ateliers de construction.
Il pouvait développer une puissance de 750 kW (1 020 ch) en régime continu et avait des très bonnes performances.

La SNCF ayant annoncé son intention de remplacer son parc vapeur en totalité, la Régie Nationale des Usine Renault associée à la Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire (CAFL) entreprit de lancer la construction d’un autre prototype plus puissant, le 060 GA 1.
Il était équipé de deux groupes composés chacun d’un générateur de gaz à pistons libres SIGMA-PESCARA GS 34 et d’une turbine à gaz Rateau à 6 étages.
La puissance de l’engin était annoncée pour 1 770 kW (2 400 ch).
Le générateur « battait » entre 350 et 600 cycles par minute pour une course du piston comprise entre 400 et 500 mm.
La température de sortie des gaz d'échappement était de l'ordre de 2 000°C, mais cette température était plus basse (T° < 1000 °C) lors de l'admission dans la turbine.
La vitesse de rotation de cette dernière était de 12 280 t/mn.
Un second prototype, le 060 GA 2 fut mis en chantier.

Ces machines, les CC 80001 et CC 80002, dont la vitesse sur rail était comprise entre 74 et 128 km/h, seront construites à seulement deux exemplaires.
En réalité la puissance de 1 100 kW (1 500 ch) ne fut jamais dépassée et les pannes se succédèrent non sans avoir au passage brisé quelques vitres dans les gares traversées…

Ce type de propulsion ne fut pas spécialement une réussite pour le transport ferroviaire.

Également dans le courant des années 1950, la Marine Nationale mit en chantier une série de dragueurs de mines (M701 à M759) portant des noms de constellations ou d'étoiles, dont la propulsion était assurée par des générateurs de gaz à pistons libres SIGMA-PESCARA accouplés à des turbines à gaz développant 2 000 ch.
Ces navires, appartenant à la 10ème division de dragueurs de mines, étaient basés dans le port militaire de Cherbourg.
Ils étaient tellement bruyants lors du démarrage à froid (car il fallait garder les purges de balayage ouvertes assez longtemps ), qu’ils avaient la réputation, assurément surfaite, de «réveiller tout Cherbourg» mais aussi d'être très pénibles aux oreilles des mécaniciens de quart.
Quelques uns de ces navires ré-affectés comme patrouilleurs côtiers (comme le P741 Eridan entres autres) furent ensuite attachés à la base sous-marine de La Pallice et chargés de missions dans le Golfe de Gascogne pour le Centre d'Essais des Landes.

Ces bâtiments sont restés en service jusqu’à la fin des années 1970.