汽车领域有一句常见的说法“没有什么能替代排量。”但这到底意味着什么呢？发动机的排量是通过所有燃烧室的总体积来衡量的——例如在一台V6发动机中，就是六个气缸的总体积。在数学上，圆柱体的体积取决于两个主要因素它有多宽，以及它有多高？成发动机术语，就是缸径（bore）和冲程（stroke）。
简而言之，发动机的缸径指的是气缸的宽度，冲程指的是活塞上下往复的行程距离。将两者相乘得到单个气缸的容积，再乘以气缸数即可得到发动机的总排量。听起来很简单，对吧？实际上，缸径和冲程对发动机功率输出的影响差异相当大。
发动机内部是一个复杂且剧烈的环境，燃烧产生的力量以巨大的压力压在金属结构上，产生动量；活塞随后把扭矩传递给曲轴，将上下运动转化为旋转运动，从而产生动力。直观上看，活塞越宽、行程越长，产生的动力就越大——毕竟更大的发动机会产生更大的功率。但其中涉及许多深层次的物理原理，本文将对此进行探讨。简化来说，缸径较大的发动机更倾向于产生马力而非扭矩；而冲程较长的发动机则更倾向于产生扭矩而非马力。这到底是如何运作的？让我们深入了解。
如前所述，发动机的缸径指的是气缸（以及活塞本身）的宽度。缸径越宽，气门机构可占据的空间就越大。阀门越大，进入燃烧室的空气就越多，燃烧后通过排气排出的气体也越多。缸径大于冲程的发动机被称为“超方”发动机（oversquare），相对的，缸径与冲程相等的则称为“方正”发动机（square），其燃烧室在侧视图上呈正方形。
经验法则是，超方燃烧室更容易产生高端马力而牺牲低端扭矩。这类发动机往往是高转速动力系统——比如一级方程式赛车、运动摩托以及许多性能和赛车车辆。记住扭矩与马力的关系的简单方法是扭矩决定轮子转动的容易程度，而马力决定轮子转动的速度。这是杠杆原理的体现；更长的冲程意味着活塞在上下行程中走的距离更大，从而对曲轴施加的力更大——因此产生更多扭矩。超方发动机缺乏这种杠杆优势，但通过在高转速时提供最佳的空气流量来弥补。
超方发动机更大的气门机构意味着在高转速时能够吸入更多空气——想象一下张大嘴巴大口吸气与用吸管吸气的区别。这使得发动机在高转速区间能够达到峰值马力，因为空气流动阻力更小，只是相应地在低转速时对曲轴的杠杆作用较弱。
与宽缸径发动机相对的是冲程更长的发动机，称为“欠方”发动机（undersquare）。这种结构的优缺点恰好与超方发动机相反在低转速时产生更大的扭矩，并且在功率曲线的较早阶段就能达到峰值马力。因此，典型的欠方发动机在牵引和拖曳方面表现出色，常见的例子包括卡车和船用柴油机。
这些发动机能够产生大量扭矩的原因正是前面提到的杠杆原理。活塞在每一次曲轴旋转中走的距离越大，活塞在任意转速下的行进速度就越快，从而空气流速也更高——就像快速拉动注射器的活塞一样。然而，由于气门机构较小，空气流动很快会成为瓶颈，因为欠方发动机的气缸较窄，阀门空间受限。这导致欠方发动机在高转速时效率低下，无法快速吸入足够的空气以维持燃烧。
此外，活塞行进速度越快，产生的动量也越大。简单来说，以极高速度抛动大量金属部件会把内燃机的工作方式逼近外燃机。因此，为了避免损坏，欠方发动机的红线转速较低。这也是为什么极端的超方发动机（如老式F1动力单元）可以转到20,000 rpm；相反，大型船用柴油机的工作转速极低，甚至低于普通乘用车的怠速转速。
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