相关资料来源：CP, JE, Wesco, Engine Builder。资料收集、翻译Simon Feng, 转载请附出处

今天我们来聊聊关于引擎工程的一些机械比例性能。我们知道众多高性能引擎制造商一直在寻找可以做出的更多性能提升的改进，这些更动将使他们的引擎在各项竞争中脱颖而出，而连杆比则是可能带来一些额外差距的因素之一。在某些情况下，根据曲轴的冲程改变连杆的长度会带来一些优势，并且可能允许相同的容积效率提供更大的动力或更长的活塞环寿命。但是，众多专家们对于改变连杆比是否真的有很大差异确有着不同的意见。

连杆比是连杆总长度和曲轴冲程之间的数学关系。用连杆长除以曲轴冲程，就可以得到这个连杆比。例如：假设您手中有一颗正在建构的引擎，它具有140mm 的连杆长度和83.5mm 的曲轴冲程。那么该发动机的连杆比为140 (连杆长度) 除以83.5 (冲程)，则得到1.676。

如果您使用更长的145mm 连杆长度在同一个引擎上，则杆比将变为1.736。但是如果您将145mm 的连杆使用在更大冲程(例如88mm) 的引擎上，则由于更长的冲程，连杆比将降低为1.64。

这些数字是什么意思？

它们表示连杆，曲轴和活塞之间的几何关系。连杆比越低，活塞对气缸壁施加的侧向力就越大。这会增加活塞裙和气缸壁的磨损，并在发动机内部产生更高的振动。摩擦力的增加也会升高冷却液和机油的温度。

长连杆vs 短连杆

较低的连杆比确实具有一些优势。较短的连杆意味着引擎中缸的整体高度可以更短，那么整体重量可以更轻。引擎通常会在较低的转速区间中产生更大的真空度，这可带来更好的油门反应和低转扭矩。在部分引擎中较低的连杆比有助于稳定引擎运作，在相同点火正时内可能比较不容易让引擎出现异常震动或是暴震，这在涡轮增压，增压或是氮气应用中可能是一个优势。

而使用更长的连杆在相同曲轴行程上可减少活塞上的侧向载荷，从而减少摩擦。这会增加在上死点的活塞停留时间。在TDC 处将压缩保持曲轴转数的一半时间可以提高燃烧效率，并从空气/燃料混合物中挤出更多动力。通常，具有较高连杆比的引擎可以从中转速区域到峰值转速区间产生更多动力。

较长的连杆需要将活塞梢定位在活塞中较高的位置(通过客制)。较长的连杆也表示可以使用更短，更轻的活塞，因此连杆的额外重量或多或少地由减少的活塞重量来抵消。

更长的连杆和更高连杆比的缺点之一是低转速进气真空度会有所降低。降低进入引擎的空气速度会损失部分低速节气门响应和扭矩，对于需要日常街道用途的车辆可能会比较不适合，但在高转速赛车引擎上效果将会非常好。

一些性能引擎制造商表示，“良好” 的连杆比必须大约等于1.6 或大于1.7。四个气缸的连杆比通常较低(1.5 至1.7 之间)，而许多V6 的杆比则较高，为1.7 至1.8。对于V8，它们通常在1.7 到1.9 之间。通常连杆的比例取决于气缸的设计和中缸整体高度以及可用于装配的活塞，连杆和曲轴。

最佳连杆比？

有些人说使用适合该引擎的最长连杆来获得最大的中高转速峰值功率，而部分人则说这并不重要。斯莫基·尤尼克(Smokey Yunick) 是早期长连杆的支持者之一，他们在NASCAR 赛车中建构的引擎为他提供非常优异的工作。但即使这样，某些具有较低杆比的引擎仍然胜过具有较高连杆比且相同排量的引擎。怎么会这样呢？那是由于汽缸盖的设计和进气方式不同，气门尺寸和气门角度不同，凸轮轴扬程和持续时间不同，进气系统和其调整方式不同带来的差异。

例如，新型BMW M3 的连杆比为1.48，仅凭数字来说听起来并不理想。但其引擎提供每立方英寸的功率为2.4 马力(在涡轮增压的帮助下)，这几乎是一般街道性能车款如Chevy 350 或小型日用轿车功率比的两倍甚至更高。

这里的重点不是涡轮增压器产生很大的动力(即使它们确实如此)，而是很多时候连杆比并不是决定一颗引擎好坏的关键，因为除了连杆比外，现今还有更多不同的科技应用来提高引擎工作效能。通常在较早期的性能NA 引擎上会比较要求连杆比的配置，因为仰赖转速的NA 引擎需要在中高转速提供更优异的动力输出以及峰值延伸性。

在自然进气的引擎中，动力输出决定的因素往往来自于各项设计精细数据的累积而成(如上诉差异)，这与增压引擎不同。一般通常情况下、我们会期望连杆比落在1.65~1.8 的范围内，因为他可以提供优异的低转速真空度又可以达到中高转峰值区间的动力输出，他可以算是一个均衡且良好的基准范围。

但现今引擎科技日新月异，增压引擎对于动力来源的变量太多，则不需要太过着重在连杆比的数据上。大部分情况下不要低于1.45 即可，过度异常低的配置可能会对引擎其他机件带来危害。而过度强调的高连杆比则可能不会带来太大的差异。

大部分情况下可达到的最大杆比始终受到缸体的物理尺寸(中缸高度)、可用的最长连杆尺寸、以及可用的活塞尺寸等因素所限制。与连杆比比起，连杆和活塞的总重量对运动量和节气门响应的影响更大。此外如果透过订制将活塞销移到较高位置并使用较短的活塞，一旦没有计算准确而移得太远，可能会造成一些活塞摆动和不稳定等问题。因此，错误而过度的提高杆比实际上可能对发动机性能有害。

所以实际上，连杆比的配置还是要与其他相关参数设置取得平衡、在合理可接受的点火正时、活塞运作平顺性、稳定性、或是冲程以及连杆活塞运作惯性质量比、活塞、连杆总重量平衡性等等。

相关课题：汽缸的正方比、超方比、长方比(长冲程、短冲程、等效冲程)

与连杆比相关的技术项目为缸径冲程比。如果引擎的缸径和冲程尺寸相同(例如缸径为84mm，冲程也为84mm)，则称引擎汽缸结构为“正方比”。如果缸径大于冲程，则发动机为“超方比”，如果行程长于孔径，则称为“长方比”。

如果将冲程除以缸径，则会得到缸径冲程比的数值。许多量产的房车、跑车引擎的冲程缸径比在0.8 到1.1 之间。卡车的冲程缸径比通常较高(1.0 到1.4)，用以提高效率和低速扭矩。冲程缸径比越高，引擎可以处理的安全转速极限越低，产生的最终扭矩也越低。

2017 款福特GT 350 配备5.2 升引擎，带有一个平面曲柄，转速极限在8,250 RPM。它具有94mm 的缸径和93mm 的冲程，使其略呈正方比形式。相比之下，配备6.2 升LT1 引擎的C7 Corvette 的缸径和冲程为103mm x 91mm，虽然有些夸张，但极限转速仅在6,600 RPM (由于液压顶桶)。两者都是出色的发动机，具有很大的性能潜力，但由于其顶置式凸轮，福特的转速更高，并且具有更大的马力(526p 与460p）。

与连杆比一样，缸径与冲程之间的几何关系也会影响引擎的功率和极限转速潜力。即便如此，在生产引擎或为赛车而专门设计的引擎中，这种通用性数据通常并不适用。通常，大缸径，短冲程的配置是高转速，高功率引擎，非常适合公路赛车和赛道应用。Pro Stock 赛车手和NASCAR 引擎制造商一样，也喜欢这种组合。另一方面，小缸径，大冲程发动机更适合低转速扭矩，日常街道性能，但极限转速的潜力有限。

一级方程式引擎的冲程非常短，只有将近40mm。缸径最大为趋近98mm。这是一个超方比的设计，但可以使这些发动机转速提高到令人难以置信的20,000 RPM，并从2.4 升排量中压榨出800p 马力！他们之所以能够以极高转速运行的原因之一就是极短的冲程。活塞在其汽缸中上下移动幅度非常短。冲程缸径比仅为0.4，不到典型市售车引擎的一半。在20,000 RPM下，一级方程式引擎的相对活塞速度为每分钟5,248 英尺。一级方程式发动机还使用了比任何机械气门机构都快的气动气门系统。

相比之下，一台358 立方英寸的NASCAR 引擎，缸径为106mm，冲程为90.9mm (仍然是偏向正方比，但不如一级方程式发动机那么夸张)，其活塞速度为每分钟5,416 英尺，极限转速为10,000 RPM。再拿拥有500 立方英寸的Pro Stock 拖曳电动机可能正在运行的缸径为120mm，冲程为89.41mm。在10,000 RPM下，使得他的活塞速度与NASCAR 引擎大致相同。但如果它们运行的是较小的缸径且增加冲程(例如95.25mm)，则活塞速度可能高达每分钟6,250 英尺。这个增加的活塞速度将使得他的引擎极限转速成比例幅度的降低。

较高的活塞速度不仅会增加引擎内部的摩擦力和活塞环磨损，还会明显的增加连杆上的负载。在更长的杆上使用较短较轻的活塞可以帮助减少这些应用中连杆上的应力。最佳的连杆比和缸径冲程比组合在很大程度上取决于缸头，进气流道和增压室的流动特性。较短的连杆最适合可以流经大CFM 数的喷头和进气系统。连杆越长，缸头和进气系统的气流就会越慢。根据一些研究资料显示，几年前在Pro Stock 比赛中提供最佳性能的连杆比约为1.8。

总结：

打造一个赢得比赛的引擎没有神奇的公式或是固定的基准方针。连杆比和缸径冲程比可以有很大的不同、很多的配置。在某些赛制中可能会有限制最大引擎排量的规范、也可能会限制最大缸径和冲程长度。但在这些规范中通常都还会保留一些提供不同组合实验的空间，不要一昧的把重点放在单一项目或是特性上，透过正确的基础知识不断的尝试才是制造一颗具有竞争力引擎的秘诀。