赛车发动机与普通轿车发动机的区别主要在于缸径行程比，F1发动机的缸径行程比可达2.5，使得引擎能够保证高转速。场地赛车需要高转高功率输出特性，因为规则要求统一进气形式和排量，转速的提升可以获得更大的功率输出，更适合场地赛。此外，在高转速下的额外要求包括材料要求高、精密加工、散热困难等，这些设计和建造都是为了在极高转速下逼出惊人的高转功率。然而，由于FIA对最高转速的限制，F1发动机的转速已经降至15000，不再能听到当年的两万转V12发动机的嗓子了。

简单说来，就是缸径行程比比民用发动机高很多。

一般民用内燃机的缸径行程比都在1左右，可能小于1也有可能大于1，但是偏差不会太大，即缸径与活塞行程基本相同。而F1发动机的缸径行程比，我在Wiki上查到的数据是可以达到2.5，也就是说缸径是活塞行程的2.5倍。这样的设计是F1引擎可以保证炒高转速的基础。

====先说缸径行程比====

缸径×行程是发动机的一种标示方法，比如大名鼎鼎的F20，缸径行程标示为86×86mm，即气缸直径86mm，行程86mm。

话说缸径和行程不用我来解释了吧。。。

上图中的“Bore”即为缸径，而LengthofStroke就是活塞行程。

根据缸径/行程的比值，我们可以将发动机分成三大类：

第一类：等径程发动机(SquareEngine)：缸径与行程相等。

第二类：短行程发动机(Over-SquareEngine或Short-StrokeEngine)：缸径大于行程。

第三类：长行程发动机(Under-SquareEngine或者Long-StrokeEngine)，缸径小于行程。

这三类发动机各有侧重。

====不同缸径行程比的侧重点====

我们都知道，现在使用最为广泛(F1发动机也不例外)的往复活塞式内燃机，是透过曲轴(Crankshaft)将活塞的往复运动转变成转动的，具体说来就是上图最下边那个东西。从上图不难看出，曲轴的力臂等于活塞行程的1/2。那么，在一般运转的时候，长行程发动机由于曲轴的力臂比较长，因此可以在低转的时候就获得相对充分的扭矩。但是相应的，由于活塞的行程比较长，曲轴的力臂较长导致曲轴的转动惯量也较大，在高转速下，长行程发动机的运转就比较辛苦。

而短行程发动机则正好相反，由于力臂短，低转的扭矩难以得到保证，但是由于活塞的行程短，在高转速的时候负担比长行程发动机小，因此短行程发动机可以将转速拉到很高。而在转速很高的时候，单位时间内的做功次数可以很多，高转功率便可以很高。

表现在工况图上，就是长行程发动机的扭矩峰和功率峰都比短行程发动机要靠前。

这里就不贴图了，主要是找不到典型而且对比强烈的的长行程发动机和短行程发动机的工况图。

而等径程发动机的表现则比较均衡。

一些栗子：

等径程发动机：16缸怪兽，VAG的W16四涡轮发动机便是86×86mm；

丰田2JZ、4U系列也都是86×86mm；

上代BMW直列6缸M52，缸径冲程是84×84；

短行程发动机一般用于追求高转速的引擎上，

BMWN45，钢筋行程比便为1.167，

摩托车发动机属于民用发动机里相当追求高转速的分支，DucattiPanigale的缸径冲程比高达1.84.

而长行程发动机则装于对扭矩比较敏感但是对速度不甚敏感的车上，尤其是载重车辆和越野车辆。一般自吸民用车为了照顾日用比较重要的低扭也常用长行程引擎。比如WillysJeep，它的缸径行程比是0.714，船用内燃机的缸径冲程比就可以更低，可以低到0.3，那是对转速要求很低但是对扭矩要求极高的工况。

当然，上面所说的是一般性的规律。也有特例，比如本田的B18C5，虽然采用的是长行程设计，但是红线转速依旧高达8400RPM。

====场地赛车为何需要使用高转高功率输出特性====

很简单：规则压迫。

场地赛对扭矩的要求，其实没有想象中那么高。特别是低扭特性，对于场地赛车来说其实无关紧要，用得上的时候就是起步。而且场地赛的路面状况相对理想，不像Rally随时需要有充分的扭矩储备以备随时加减速和克服Understeer，车手可以将发动机维持在较高的亢奋转速上。相反，场地赛的平均速度远高于日常行车和Rally要高很多，对于功率的要求更甚于扭矩的要求。

之所以说是规则压迫，一般场地赛都要求统一的进气形式和排量，F1这种水准的比赛，节气门尺寸同样有严格的规定。在这样的前提下，想要获得更大的功率，就需要提升发动机的转速，如上一段所说，提升单位时间内的做功次数。这样可以获得更高的功率输出，更适合场地赛的发挥。

====达成高转速的额外要求====

在破万转的极限工况下，活塞、连杆受到的冲击剧烈而且频繁，活塞环的摩擦同样极为剧烈，这就要求发动机内材料要求极高。锻造不嫌好，钛合金也不过分。

所以FIAGT中低等级组别明令限制赛车中“昂贵材料”的使用。

对于F1来说，大量使用高强度锻造铝、钛合金、镁合金、碳纤维，毕竟爷有钱。。

然后就是精密加工。气缸活塞对中、高转速下的气密性都是巨大的挑战。F1的发动机产量就那么几台，慢慢磨出来。

散热同样是一个巨大的困难，因此F1两侧都安装了硕大的散热器。

在一些细节的设计上同样是为超高转速服务，比如气门，都知道VTEC很NB，但是放在F1上也是不够用的。一般的钢制气门弹簧根本不敷使用，“昂贵材料”如钛合金，又做不了弹簧，因此F1的气门采用的是气动回位，完全靠气门中的气流将气门“冲”到位置。气门——当然是钛合金的了。

进排气系统同样有独到的设计，比如可变长进气道、分段排气。

总之，一切设计和建造都是为了发动机可以在极高转速下逼出惊人的高转功率。一度F1的引擎转速可以达到20000，最终FIA不得不对这种转速竞赛画上句号，提出了最高转速的要求，先是限制到19000，然后18000，现在降到了15000。

于是再也听不到当年两万转V12发动机的金嗓子了。

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