在发动机中用齿轮传动替代连杆曲轴转换热能为机械能，齿轮传动式活塞发动机的基本结构中，汽缸左右对称，水平横置，中间用齿板连接两个活塞工作。齿板上下各有一个带齿轮的轴，齿轮轴的圆周只有120°左右有齿，其余均比齿轮的基圆直径小。上下两齿轮轴均顺时针同步转动。
当上面轴上的齿与齿板上的圆柱型齿接触后，带动两个活塞从右至左，右边的活塞作功或吸气，左边的活塞压缩或排气；当下面轴上的齿与齿板上的齿接触后，带动两个活塞从左至右，此时左边的活塞作功或吸气，右边的活塞排气或压缩，齿轮轴转动360°，左右活塞各行驶了两个冲程。
对二冲程来说，当右边的活塞作功时，左边的活塞被压缩；当左边的活塞作功时，右边的活塞被压缩。活塞通过齿板传递给齿轮轴的力，均转变为输出功率。在压缩、进、排气行程由飞轮向活塞反输入负功。所以这种设计方案用以设计二冲程发动机是一种较好的方案。
这种发动机的活塞冲程，不是现代发动机用曲轴转动的半径来衡量，而用齿轮转过的节圆弧线长度来计算。齿轮轴继续在转动，而活塞在上止点或下止点有702的时问是与上下两齿轮轴脱离接触，受上下止点定位装置的限制静止不动。
