发动机是机动车的“心脏”，它的基本原理是利用燃烧化学反应，将燃料和空气混合、压缩、点火，产生高温高压气体推动汽车运动。其燃烧原理是氧化还原反应，即燃料与氧气反应，放出热能，使不稳定的键被断裂，重新组成更稳定的物质，产生能量释放。在发动机中，通常使用的是汽油、柴油等易燃物质作为燃料，空气中的氧气作为氧化剂。
发动机的燃烧原理和燃烧效率直接决定了发动机的性能和排放，为了提高燃烧效率，发动机通常采用压缩点火式或者压燃式来提高热效率、降低污染物排放。
发动机的循环原理是指将燃料和空气经过特定的循环，推动活塞往复运动，驱动曲轴旋转，从而带动汽车前进。目前常见的循环方式包括四冲程循环和两冲程循环。
四冲程循环是指在一个循环中，活塞做了两次往复运动，燃油供给、压缩、点火、排气这四个过程需要进行两次，被称为“四冲程”。而两冲程循环则是在一个循环中只有一次燃油供给和一次排气，即“两冲程”。
发动机的效率主要包括燃料利用率和功率输出率两个方面。燃料利用率表示发动机在工作中输出的功率和消耗的燃料之间的比例关系，是衡量发动机节能性能的重要指标。功率输出率则是指发动机在规定条件下所输出的功率大小，一般以马力或者千瓦为单位。
常见的提高发动机效率的方式有优化燃烧过程、增加进气量、降低排放等。近年来，新型燃料电池发动机也成为节能环保的重要代表，其效率可以达到高于传统发动机。
发动机材料的选择和应用直接关系到发动机的寿命和性能。常见的发动机材料包括铸铁、铝合金、钢材以及陶瓷等材料。
铸铁具有良好的耐磨性、抗热性和抗腐蚀性，是制造发动机缸体和缸盖的重要材料；铝合金则具有轻质、强度高、散热快等优点，在制造汽车发动机的缸体、曲轴箱和散热器等部件中得到广泛应用；钢材则主要用于曲轴、连杆等高强度部件，以保证发动机的长期可靠性和耐久性；陶瓷则因其高温耐受性和抗腐蚀性，在制造特殊部件时得以应用。
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