Эффективность работы двигателя оценивается, как правило, мощностью, экономичностью и токсичностью отработавших газов. Экономичность характеризуется расходом топлива, затрачиваемого на получение единицы мощности. Токсичность определяется количеством вредных для окружающей среды и человека веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработавшими газами.

Теплота, выделяемая при сгорании топлива не полностью переходит в полезную работу. Частично теплота отводится системой охлаждения в атмосферу, частично выводится из двигателя с отработавшими газами и только 40…48 % преобразуется в полезную работу.

Полезная работа, совершаемая за один цикл внутри цилиндра двигателя в процессе расширения, называется индикаторной. Чтобы оценить мощность, развиваемую двигателем, необходимо работу за цикл сопоставить с числом циклов, происходящих в единицу времени, числом цилиндров двигателя и средним давлением за цикл:

,

где   - мощность двигателя, кВт;

    - индикаторное давление (среднее условное давление в цилиндре за цикл), МПа;

     - частота вращения коленчатого вала двигателя, 1/мин;

    - рабочий объем одного цилиндра, л;

      - тактность двигателя;

       - число цилиндров.

Часть индикаторной мощности затрачивается на преодоление трения в кривошипно-шатунном механизме, на привод вспомогательных механизмов (механизма газораспределения, топливного насоса и др.), на совершение газообмена в двигателе, т.е. на впуск и выпуск. Эти затраты индикаторной мощности определяются как мощность механических потерь, которая составляет обычно 10…12 % индикаторной мощности и определяет совершенство конструкции двигателя.

Полезная мощность, которую можно получить на коленчатом валу, называется эффективной.

Экономичность рабочего цикла оценивается индикаторным КПД, представляющим собой отношение теплоты , преобразованной в индикаторную работу, к общему количеству теплоты , подведенной за цикл:

.

Более экономично протекает цикл в дизеле =0,42…0,48, у бензиновых двигателей =0,28…0,39.

Вследствие потери части теплоты на преодоление механических потерь индикаторный КПД снижается на величину механического КПД, оцениваемого преобразованием индикаторной мощности в эффективную:

.

Оценка количества теплоты, преобразованной в эквивалентную эффективную работу, определяется эффективным КПД:

,

где  - количество теплоты, преобразованной в эффективную работу.

Эффективный КПД для дизеля =0,35…0,40, для бензиновых двигателей =0,25…0,33.

Расход топлива на единицу эффективной мощности оценивается удельным эффективным расходом топлива:

,

где  - часовой расход топлива, кг/ч.

По удельному расходу можно сравнивать экономичность двигателей независимо от их типа, тактности, числа цилиндров и т.д. У дизелей в среднем =240…260 г/кВт·ч, у бензиновых двигателей =300…320 г/кВт·ч. Одним из показателей совершенства конструкции, оценивающим использование рабочего объема цилиндра, является литровая мощность, т.е. мощность, приходящая на 1 л рабочего объема.

В процессе сгорания топлива в цилиндре двигателя при высоких температурах и давлениях проходят окислительные реакции, сопровождающиеся образованием веществ, образующих отработавшие газы.

Кроме продуктов полного сгорания (углекислого газа и паров воды) в выпускных газах в небольших количествах содержаться токсичные вещества. К ним относятся продукты неполного сгорания топлива: оксид углерода СО, углеводороды различного состава СН, а также оксиды азота NO_x и сажа.