为什么大缸径可以使用更大的发动机？

我们都知道发动机有两个参数叫作缸径、冲程。缸径指的是气缸直径，冲程指的是活塞上下运动的距离。大部分家用车发动机都是小缸径、大冲程。也有个别车辆是缸径和冲程一样，或者缸径大于冲程。而那些缸径等于冲程或者缸径大于冲程的发动机往往性能更强悍，最极端的例子就是F1赛车的发动机，缸径甚至是冲程的两倍。为什么排量一定的前提下大缸径、小冲程能获得更大的马力呢？

1、小冲程可以实现更高的转速，有助于提高功率

我们经常说“马力不够转速来凑”，虽然这是一句玩笑话，但这可是有科学依据的。在排量不变的情况下，提高转速是提升发动机功率最简单有效的方法。因为转速越高发动机在单位时间内做功的频率越高。而大缸径小冲程的设计恰好可以实现更高的转速。

因为发动机在工作的时候活塞要快速往复运动，活塞运动时一方面要与气缸壁摩擦，另一方面活塞本身也有很大的惯性，所以活塞运行速度都有一个极限，不能超过这个极限。否则一方面会增加磨损，另一方面运动速度太快活塞惯性太大，活塞改变方向时会产生非常大的冲击。一般家用车的活塞极限速度为25米/秒。

而在相同转速下由于冲程越小活塞运行速度越低，所以在相同的活塞极限速度下小冲程设计能获得更高的转速，有助于提高最大功率。

我们可以举个例子，比如凯美瑞的2.5L发动机，缸径87.5mm，冲程103.4mm，如果按25米/秒的活塞极限速度计算，发动机最高转速可以达到7253转/分。

实际上该车发动机红线转速大概在6800转/分左右，虽然有误差，但毕竟我们选择的参数也是估算的，所以这个结论还是有一定参考性的。

如果增加缸径减小冲程，情况会怎样呢？

比如上图是本田研发的F1赛车用发动机，缸径97mm，冲程竟然只有40.52mm。如果活塞极限速度仍然按25米/秒计算，那么这个冲程能获得多高的转速呢？这个很好计算，25米/秒也就是1500米/分，活塞往复一次移动的距离为81.04mm，一分钟可以往复18509次，对应的发动机转速就是18509转/分。而实际上这台发动机最高转速可以达到19000转/分，这就是小冲程的威力。

所以当有人惊叹F1发动机转速那么高的时候你就可以告诉他：实际上活塞运行的速度和你的买菜车没太大区别。

2、大缸径可以使用更大的进排气门

我们都知道发动机气缸上面是气缸盖，气缸盖的燃烧室里安装着进排气门。早期发动机都是一个进气门一个排气门，就像上图那样。绿色的是进排气门，大的是进气门，小的是排气门。但是这种设计并没有充分利用缸盖上的空间，比如红色部分就浪费了。所以这些发动机在高转速下动力性能普遍不太好。因为高转速下发动机进排气频率非常高，过小的进排气门会限制发动机高转速时的进排气量从而影响性能。

所以后来人们发明了4气门结构，在燃烧室上设计四个气门，两个小的是排气门，两个大的是进气门。虽然单个气门变小了，但是气门数量增多了，充分利用了燃烧室的面积，发动机在高转速下的进排气性能得到了提升，因此高转速性能就更好了。