對置活塞式發動機的每個模塊都有一對對置的氣缸，每個氣缸有兩個對置活塞。兩個活塞通過一長一短兩個連桿與曲軸相連，兩個氣缸分置曲軸兩側，這樣大大縮小了發動機的長度和體積。汽油和柴油對置活塞發動機主要用於船舶、軍用坦克和工廠大型設備。
與使用傳統設計的每缸一個活塞的現代二衝程發動機相比，對置活塞式發動機的優勢在於：消除了氣缸蓋和氣門機構，從而減少了發動機的重量，複雜性，成本，熱損失和摩擦損失。
通過燃燒室產生氣體的單向掃氣運動，避免了與現代錯流式掃氣設計相關的缺點，降低了發動機的高度。
對置活塞式發動機的缺點是必須將來自兩個相對活塞的動力耦合在一起。與僅使用單個曲軸作為動力輸出的傳統活塞發動機相比，這增加了重量和複雜性。
對置活塞式發動機最常見的佈局是使用兩個曲軸，使曲軸齒輪齧合在一起（沿相同方向或相反方向）。發動機在每個氣缸中使用一個活塞露出進氣口，而另一個在排氣口露出活塞。每個活塞根據其在這方面的功能被稱為進氣活塞或排氣活塞。
由於通過氣缸的氣流是軸向的而不是徑向的，因此這種佈局可提供出色的掃氣效果，並簡化了活塞頂的設計。在使用多個氣缸的設計中，每個大端軸承都為一個進氣口和一個排氣活塞提供動力，併為排氣活塞使用叉形連桿。
對置活塞式二衝程柴油機的工作原理與二衝程發動機相似，都是在曲軸旋轉一週的時間內完成一個工作循環。
對置活塞式二衝程柴油機開始時，掃氣口和排氣口都已經完全打開。經過增壓的空氣從進氣道和進氣口進入氣缸，掃除廢氣。廢氣經過另一側的排氣口排出。隨著外活塞的向內移動進氣口先關閉，換氣過程進入排氣階段，之後內活塞向外移動使排氣口也關閉，換氣過程結束，氣缸的空氣開始被壓縮。
內活塞從上止點移至下止點，外活塞從下止點移至上止點。壓縮終了時，佈置在氣缸套上的噴油器向由內外活塞組成的燃燒室內噴油，並自行著火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體膨脹做功，推動活塞運動。
1882年的阿特金森差分發動機是最早的對置活塞發動機之一。阿特金森差分發動機在曲軸的每轉上都有動力衝程。
▲阿特金森差分發動機
1898年，在Hoerde鐵廠安裝了Oechelhäuser兩衝程對置活塞發動機，可產生600 hp（447 kW）的功率。
▲Oechelhäuser兩衝程對置活塞發動機
法國公司Gobron-Brillié於1900年生產了一種早期的對置活塞汽車發動機。1904年4月，由對置活塞發動機驅動的Gobron-Brillié汽車是有史以來第一臺時速超過150 km / h的汽車。
▲Gobron-Brillié對置活塞發動機
1904年7月17日，Gobron-Brillié汽車成為首個以每小時100英里（161公里/小時）的速度行駛的汽車。發動機在汽缸的一端使用了單個曲軸，在對置的活塞上使用了十字頭。
第一臺對置活塞式柴油發動機是在俄羅斯Kolomna工廠生產製造的。設計師雷蒙德·科雷沃於1907年11月6日在法國為該發動機申請了專利，並在國際展覽會上展出了該發動機，但並未投入生產。Kolomna設計採用了兩個通過齒輪連接曲軸的典型佈局。
1914年，辛普森的平衡二衝程摩托車發動機在氣缸中心下方使用單個曲軸，兩個活塞均通過槓桿連接。該發動機是曲軸箱壓縮設計，其中一個活塞用於打開吸氣口，另一個用於打開排氣口。這種設計的優點是避免了當時大多數二衝程發動機使用的活塞導流板拱頂。
▲1914年辛普森的對置活塞式發動機
英國多克斯福德發動機工廠製造了大型航海用的對置活塞發動機，第一臺多克斯福德發動機於1921年安裝在船上。該柴油發動機在汽缸的一端使用了一個曲軸，並在對置的活塞上使用了十字頭。第一次世界大戰後，這些發動機以多種型號生產，例如P和J系列，輸出功率高達20,000 hp（14,914 kW）。1980年英國停止生產多克斯福德發動機。
▲USS潘帕尼託潛艇上的費爾班克斯莫爾斯38 8-1 / 8柴油發動機
1930年代，德國設計的費爾班克斯莫爾斯38 8-1 / 8柴油發動機曾在1940年代和1950年代的美國潛艇以及1930年代的船隻中使用。從1944年起，它也被用於機車中。
▲費爾班克斯莫爾斯38 8-1 / 8柴油發動機
後來的對置活塞柴油發動機包括1932年在德國製造的Junkers Jumo 205飛機發動機，該發動機具有一個曲軸，其設計類似於1900–1922Gobron-Brillié發動機。
▲Junkers Jumo 205柴油飛機發動機
納皮爾·德爾蒂奇發動機工廠1954年發佈Deltic發動機，後來成為英國55級鐵路機車和英國23級鐵路機車的標配，併為快速巡邏艇和皇家海軍掃雷車提供動力。
1959年，納皮爾·德爾蒂奇發動機工廠推出了Leyland L60 19 L（1,159立方英寸）六缸柴油發動機。L60在英國生產，用於Chieftan坦克。從1963年至1987年生產的蘇聯T-64坦克也使用了此款對置活塞柴油發動機。
▲Leyland L60 六缸柴油發動機
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