对置活塞式发动机的每个模块都有一对对置的气缸，每个气缸有两个对置活塞。两个活塞通过一长一短两个连杆与曲轴相连，两个气缸分置曲轴两侧，这样大大缩小了发动机的长度和体积。汽油和柴油对置活塞发动机主要用于船舶、军用坦克和工厂大型设备。
与使用传统设计的每缸一个活塞的现代二冲程发动机相比，对置活塞式发动机的优势在于：消除了气缸盖和气门机构，从而减少了发动机的重量，复杂性，成本，热损失和摩擦损失。
通过燃烧室产生气体的单向扫气运动，避免了与现代错流式扫气设计相关的缺点，降低了发动机的高度。
对置活塞式发动机的缺点是必须将来自两个相对活塞的动力耦合在一起。与仅使用单个曲轴作为动力输出的传统活塞发动机相比，这增加了重量和复杂性。
对置活塞式发动机最常见的布局是使用两个曲轴，使曲轴齿轮啮合在一起（沿相同方向或相反方向）。发动机在每个气缸中使用一个活塞露出进气口，而另一个在排气口露出活塞。每个活塞根据其在这方面的功能被称为进气活塞或排气活塞。
由于通过气缸的气流是轴向的而不是径向的，因此这种布局可提供出色的扫气效果，并简化了活塞顶的设计。在使用多个气缸的设计中，每个大端轴承都为一个进气口和一个排气活塞提供动力，并为排气活塞使用叉形连杆。
对置活塞式二冲程柴油机的工作原理与二冲程发动机相似，都是在曲轴旋转一周的时间内完成一个工作循环。
对置活塞式二冲程柴油机开始时，扫气口和排气口都已经完全打开。经过增压的空气从进气道和进气口进入气缸，扫除废气。废气经过另一侧的排气口排出。随着外活塞的向内移动进气口先关闭，换气过程进入排气阶段，之后内活塞向外移动使排气口也关闭，换气过程结束，气缸的空气开始被压缩。
内活塞从上止点移至下止点，外活塞从下止点移至上止点。压缩终了时，布置在气缸套上的喷油器向由内外活塞组成的燃烧室内喷油，并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体膨胀做功，推动活塞运动。
1882年的阿特金森差分发动机是最早的对置活塞发动机之一。阿特金森差分发动机在曲轴的每转上都有动力冲程。
▲阿特金森差分发动机
1898年，在Hoerde铁厂安装了Oechelhuser两冲程对置活塞发动机，可产生600 hp（447 kW）的功率。
▲Oechelhuser两冲程对置活塞发动机
法国公司Gobron-Brillié于1900年生产了一种早期的对置活塞汽车发动机。1904年4月，由对置活塞发动机驱动的Gobron-Brillié汽车是有史以来第一台时速超过150 km / h的汽车。
▲Gobron-Brillié对置活塞发动机
1904年7月17日，Gobron-Brillié汽车成为首个以每小时100英里（161公里/小时）的速度行驶的汽车。发动机在汽缸的一端使用了单个曲轴，在对置的活塞上使用了十字头。
第一台对置活塞式柴油发动机是在俄罗斯Kolomna工厂生产制造的。设计师雷蒙德·科雷沃于1907年11月6日在法国为该发动机申请了专利，并在国际展览会上展出了该发动机，但并未投入生产。Kolomna设计采用了两个通过齿轮连接曲轴的典型布局。
1914年，辛普森的平衡二冲程摩托车发动机在气缸中心下方使用单个曲轴，两个活塞均通过杠杆连接。该发动机是曲轴箱压缩设计，其中一个活塞用于打开吸气口，另一个用于打开排气口。这种设计的优点是避免了当时大多数二冲程发动机使用的活塞导流板拱顶。
▲1914年辛普森的对置活塞式发动机
英国多克斯福德发动机工厂制造了大型航海用的对置活塞发动机，第一台多克斯福德发动机于1921年安装在船上。该柴油发动机在汽缸的一端使用了一个曲轴，并在对置的活塞上使用了十字头。第一次世界大战后，这些发动机以多种型号生产，例如P和J系列，输出功率高达20,000 hp（14,914 kW）。1980年英国停止生产多克斯福德发动机。
▲USS潘帕尼托潜艇上的费尔班克斯莫尔斯38 8-1 / 8柴油发动机
1930年代，德国设计的费尔班克斯莫尔斯38 8-1 / 8柴油发动机曾在1940年代和1950年代的美国潜艇以及1930年代的船只中使用。从1944年起，它也被用于机车中。
▲费尔班克斯莫尔斯38 8-1 / 8柴油发动机
后来的对置活塞柴油发动机包括1932年在德国制造的Junkers Jumo 205飞机发动机，该发动机具有一个曲轴，其设计类似于1900–1922Gobron-Brillié发动机。
▲Junkers Jumo 205柴油飞机发动机
纳皮尔·德尔蒂奇发动机工厂1954年发布Deltic发动机，后来成为英国55级铁路机车和英国23级铁路机车的标配，并为快速巡逻艇和皇家海军扫雷车提供动力。
1959年，纳皮尔·德尔蒂奇发动机工厂推出了Leyland L60 19 L（1,159立方英寸）六缸柴油发动机。L60在英国生产，用于Chieftan坦克。从1963年至1987年生产的苏联T-64坦克也使用了此款对置活塞柴油发动机。
▲Leyland L60 六缸柴油发动机
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