圧縮比
圧縮比は以下のような式で求められる。
CR = π 4 b 2 s + V c V c {\displaystyle {\mbox{CR}}={\frac {{\tfrac {\pi }{4}}b^{2}s+V_{c}}{V_{c}}}}
b = シリンダーのボア(直径)
s = ピストンのストローク長
Vc = ピストンが上死点に達した時の内燃室の最小容積。この数値は燃焼室容積とは必ずしもイコールになるとは限らないため、ピストンと燃焼室が複雑な形状をしていることが目視で明らかな場合や、フルノーマルエンジンでも出来るだけ正確な現状の容積を求めたい場合には、ピストンとシリンダーヘッドをシリンダーブロックに組み付けた上で圧縮上死点を出し、プラグホールから灯油などの液体を注入して、燃焼室満杯まで注入できた量を直接測定して算出することが望ましい。
点火プラグを用いない圧縮点火機関であるディーゼルエンジンは圧縮上死点にて燃焼室に噴射ポンプを用いて直接燃料を噴射し、圧縮によって得られる高温によって着火させるため、ガソリンエンジンの限界とされる圧縮比 14:1 を大きく超えることが普通である。
ディーゼルエンジンの適切な圧縮比は燃料噴射方式とシリンダーヘッドの副燃焼室形状、ピストンキャビティ(主燃焼室)形状などに依存するため、旧式の副燃焼室式エンジンでも 20:1~22:1 前後、コモンレール式登場以前の直接噴射式エンジンでは 18:1 から 20:1 前後の圧縮比が採用されることが一般的であった。ターボエンジンでも、ガソリンエンジンと違い、過早着火の心配がないため、圧縮比を下げる必要がなく、高圧過給による熱効率の向上が可能である(ただし構造物の強度上の過給圧の限界はある)。
ただし、現在ではエンジン自体の軽量化や排気ガス性能の向上のため、圧縮比を下げる傾向がある。マツダのSKYACTIV-Dには圧縮比 14:1 のものも存在する。
エンジンの状態を診断するために点火プラグを取り外してコンプレッションテスター(圧力計)を接続し、クランキングすることで圧縮圧力の測定を行い、エンジンを分解することなくシリンダーヘッドやピストンリングの状態診断を行うことが出来る。
シリンダーの圧縮圧力から圧縮比を知ることは不可能であるが、カタログに記載されたスペック表などから圧縮比が判明している場合や、チューニング後に圧縮比を計算や測定で算出している場合など、エンジンの圧縮比が事前に分かっている場合には、以下の計算式から燃料に点火爆発しない場合の上死点における圧縮圧力を求めることが出来る。
p = p 0 C r γ {\displaystyle p=p_{0}C_{r}^{\gamma }}
p0 は、ピストン下死点(Bottom Dead Center/BDC)でのシリンダー圧力であり、通常は大気圧である1気圧である。Cr は圧縮比。γは混合気の比熱比であり、通常は空気の値である1.4かメタン混合物の1.3の間の数値を用いる。
例えば、ガソリンエンジンで圧縮比が 10 : 1 に設定され空気を圧縮する場合、上死点(TDC)の圧縮圧力は下記の通りとなる。
p T D C = ( 1 b a r ) × 10 1.