为什么汽油发动机不断追求更高的压缩比，柴油发动机不断地降低压缩比？未来是否会接近一致的压缩比？
这个问题很酷，预示了发动机未来可能的发展方向。十分赞同 @无往 和@何先生 的回答，我想补充一些知识基础让这个问题更加开放，然后会写一些有意思的内容。 大致包括： 一，什么是压缩比，为什么汽油机压缩比要增大，柴油机压缩比要减小？ 压缩比，题目中围绕的这个关键词，实际上反应了柴油机和汽油机的主要区别之一。那么什么是压缩比，指的是热机燃烧室最大体积与最小体积的比例。以柴/汽油机为例，燃烧室最小体积的位置就是活塞上行到最高处（被称作上止点，TDC），最大体积出现在活塞下行的最低位置（下止点，BDC），这两个位置对应的燃烧室/汽缸体积就被称为压缩比。 （发动机压缩比示意图，图片来源：http://www.drawfolio.com/en/portfolios/ramongarciagonzalez/picture/50163） 更大的压缩比，通常意味着更高的热效率，更低的油耗，但油耗并不是发动机性能的唯一追求。 典型的汽油机，油和空气在进气道就混合（PFI，进气道喷射）进入汽缸后通过火花塞点燃（SI，火花塞点燃）。通常压缩比在对于汽油机而言，进气道就混合好的油气混合气一经点燃就会迅速燃烧，大的压缩比会导致汽油燃烧更加剧烈，引起发动机爆震，不仅影响燃烧效果，对机体也会有所损害。 随着汽油机缸内直喷技术的普及（DI，缸内直喷），汽油机在缸内直接喷射汽油，与空气预混合后再被点燃。汽油机的油气混合方式由均匀的混合气转变为部分预混的混合气，这使得这一团气体更加“耐压”了，因此压缩比也可以随之增大，提高输出性能与热效率。 而对于有着大压缩比的柴油机而言，柴油是直接喷入汽缸（DI），接着随着压缩被压燃（CI，压缩燃烧）。更大的压缩比会导致燃烧温度更高，在高温环境下容易产生的氮氧化物（NOx）就随之增多。随着排放法规的日益严格，压缩比适当的下降，有助于降低NOx排放。 以上的这一段，与无往的观点是一样的。之所以赘述，是想介绍粗体字的几个概念，用于引申回答汽油机和柴油机未来是不是会趋向于一致。这也是内燃机研究者们的感兴趣的热点方向。 二，未来的发动机会是什么样子？发动机燃烧方式这些年来都有什么研究进展？ 那么从汽油机的PFI SI到DI SI，到柴油机的DI CI，这中间会发生技术的融合让他们成为一种发动机么？ 上一张我喜欢的概念图，来自GM（D. Edwards in Dynamics Days 2008 Knoxville, TN,2008）： 请看！在这张图中，出现了比第一节中更多的“新鲜”概念： 最左侧是汽油机PFI SI （进气道喷射点燃）到DI SI（缸内直喷点燃），最右侧是柴油机的DI CI（缸内直喷压燃）。将汽油与柴油的特征结合，出现了中间的这幅图——火了十几年的HCCI（均质充量压燃），也就是将汽油均匀混合后，通过压缩着火的方式压燃。HCCI全面着火、迅速的燃烧过程会让燃烧进行的快速而充分，高效率的同时，颗粒物与氮氧化物的排放同时降低。但HCCI可以压燃的工况范围太小，由于没有了火花塞，对于燃烧的开始时刻与燃烧过程也缺乏可以控制的手段。因此随着经年累月的研究，改造HCCI，成为了研究的热点方向： 1. 将HCCI与SI结合，出现了SACI（火花塞辅助压燃），在有些工况，汽油压不着，这时候启用火花塞，让缸内形成一个局部的热点，促进压缩着火的过程。这就是SACI。火花塞并不直接点燃那一团混合气，而是通过引燃的方式，促进压燃的发生。SACI的概念拓宽了HCCI的工作范围，与直喷汽油机一样，发动机在汽缸内同时需要装备火花塞与喷油器，只不过在HCCI模式，火花塞不工作；在SACI模式，火花塞引燃；在SI模式下，使用火花塞点燃。这种HCCI-SACI-SI或是HCCI-SI的模式切换发动机实际上已经装上了一些车型，作为研究的成果。例如无往介绍的GM制造的HCCI发动机，并造出了HCCI-SI发动机的样车（图片来源：HCCI Technology）： 2. 将HCCI与CI结合，出现了PCCI（部分混合充量压燃），PCCI的概念是说，既然HCCI混合的太均匀不好控制，那么我就部分混合，不那么均匀。这种研究同样拓宽了HCCI的工作范围，但实际上也并没有完全解决高负荷爆震和低负荷失火的问题，研究者们发现，在这团混合气中如果有完全混合的成分，可以在获得降低排放的优势的同时，同样易于控制，于是PCCI在2010年左右逐渐转变为新的概念：PPCI（部分预混压燃）。那么HCCI/PCCI/PPCI的区别是什么呢，如果打一个不一定恰当的比方，将油气混合气比作一面镜子，那么HCCI就是完全光滑的一面镜子，PCCI是一面完全模糊的铜镜，而PPCI则是半边光滑，半边模糊的镜子。 随着概念越来越多，研究者们追求的不外乎是两点：1）低NOx与颗粒物排放；2）易于控制。研究者们公认：这一类燃烧概念都可以统称为LTC（低温燃烧），或者GDCI（汽油直喷压燃）。这几年来，比较突出的研究成果是Delphi研发的GDCI发动机，加强了机体、改造了喷油器等等，从而使用常规汽油在绝大部分工况可以实现低排放的压燃，机器如下图所示（图片出处：Developmentof a Gasoline Direct Injection Compression Ignition (GDCI) Engine，2014）： 2.5 将HCCI再推进一步：RCCI（活性控制压燃），在GM的第二张图中，还有一个概念，叫做RCCI，这个概念是由内燃机研究大户UW Madison的学术权威Rolf Reitz教授提出的，是用一种活性高的燃油（例如柴油）用于引燃另一种活性较低的燃油（比如汽油），概念如下（图片来源：High Efficiency RCCICombustion，Derek Splitter，2012）： 这一研究通常在较大型的柴油机上进行，更大的缸径便于组织复杂的燃烧过程。在燃烧开始的时刻，首先是已经喷入活塞凹坑的柴油被压燃，形成第一阶段的HCCI，接着燃烧产生的燃烧压力，实际上增大了汽油混合气的压缩比，使得汽油被压燃，形成第二阶段的HCCI。这一燃烧过程，实际包括了两阶段的燃烧放热，在Reitz的研究中，实现了接近60%的指示热效率！（现在的柴油机指示热效率最高约为55%，去除泵气损失与摩擦损失后，有效热效率最高约46%）。RCCI的研究引起了不小的热潮，目前是发动机燃烧领域的另一热点。当然，它也可以归类为LTC（低温燃烧）。 三，汽油机和柴油机如果会趋于一致……那么汽油和柴油会不会发展成一种油？ 事实上，如果脱离开燃料来谈发动机燃烧，无异于耍流氓。因为燃烧的效果一方面取决于发动机与控制，另一方面更取决于燃料的性质。再深究一下，发动机的结构与控制策略更是燃料性质所决定：从一百年前汽油机和柴油机分别被发明出来的时候，它们不同的结构就源于汽油与柴油的不同。汽油着火温度高，因此给汽油机加上火花塞；柴油着火温度低，蒸发性差，因此让它一边喷射一边压燃……一百年过去了，汽柴油机都发生了不断的迭代与进化，汽柴油也经过了不断的改制，让燃烧更加的清洁高效，对发动机更加友好。 然而，汽油柴油真的是如此独特，非它们不可么？实际上，它们不是总会发光的金子，也不是永久流传的钻石。汽油和柴油原本在大自然并不存在，它们的出现甚至显得十分地偶然。 石油最早的产物，是点灯的煤油，在十九世纪，当通过蒸馏提炼出高沸点的煤油后，其余成分都会被抛弃。 四冲程发动机的发明人尼古拉斯·奥托先生，最早使用了煤气实现了发动机。之后，汽油这种更轻的馏分被发现更加适用于发动机，因此汽油发动机正式登场。Gasoline的名字和中文名汽油一样，源于它易于气化，变成Gas。 而鲁道夫·狄塞尔先生的想法更酷，由于当时的点火线圈十分不可靠，他认为完全可以免去这一装置，使用压缩着火来将燃料压燃。但是汽油一压就爆，怎么破？狄塞尔先生尝试了植物油，之后又在被石油裂解的废弃物中找到了难以点着的柴油。最初，这种油是没有名字的，但是自从狄塞尔发动机发明之后，它就被称作为Diesel。而柴油机黑烟滚滚的景象，使它被形象地翻译为：柴油。 （鲁道夫·狄塞尔，柴油先生，图片来源：Rudolf Diesel） 从这一历史看来，其实汽油和柴油并非指定燃料，只是恰好分别适合了当时的汽油机和柴油机。 随着上述发动机燃烧研究的深入，汽柴油特征结合的发动机，用什么燃料最适合呢？答案是性质介于柴油与汽油之间的燃料。 近年来，研究者们在HCCI到PCCI再到PPCI、RCCI的研究中，新的燃料不断被提出和验证。越来越多的研究证明，拥有汽油的蒸发性和柴油的抗爆性的燃料更加适合新概念的燃烧方式。 是否有最合适的燃料？研究者们还没有确切的回答。但是若干种适用于未来发动机的燃料已经涌现出来，简单的制备方案有：混合汽柴油、添加添加剂等等；从炼油过程中来看，以石脑油（Naphtha）为代表的短链燃料，冶炼成本更低，也更适用于压燃。 （石油蒸馏及各种成分，图片来源：http://www.bbc.co.uk/bitesize/standard/chemistry/materialsfromoil/fractional_distillation/revision/3/） 也许未必会有一种最适合发动机的“终极燃料”，然而只需要一类合适的燃料得到普及，新概念燃烧的发动机或许就有机会与消费者见面。 总而言之，从研究的大方向来看，汽油机和柴油机未来可能会成为一种机器，汽油和柴油未来甚至可能成为一种油。但研究者们走过了十多年，消费者们还是迟迟没有能看到它的问世……这条路是不是Dead End，工程师们是不是点错了技能树？……发动机的未来，也许并不仅仅取决于技术本身。