私自更换汽车发动机是违法的，除非按照法定程序进行登记与备案。以下是对这一问题的详细分析：
一、法律法规依据
《中华人民共和国道路交通安全法》第十六条：
- 明确规定任何单位或者个人不得擅自改变机动车已登记的结构、构造或者特征，这包括发动机这一关键部件。因此，未经许可的私自更换行为直接违反了此法律规定。
《机动车登记规定》及相关法规：
- 进一步强调了擅自改装发动机（如更改型号、提升排量或改变燃料类型）是非法的，因为这样的操作可能危及车辆的安全性能、环保标准以及车辆识别信息的一致性。
二、非法更换发动机的后果
车辆管理方面：
- 私自更换发动机的车辆将无法通过年检。年检时，车辆必须与注册登记时的技术参数相符，而更换后的发动机显然不符合这一要求，因此无法取得检验合格标志，也就无法合法上路行驶。
上路行驶方面：
- 若驾驶私自更换发动机的车辆上路行驶，一旦被交警查获，将面临严厉的处罚。根据相关法律法规，罚款金额通常在500元以上1500元以下，并需将车辆恢复原状。情节严重的，还可能面临暂扣车辆的处罚。
其他法律后果：
- 非法改装机动车的，还可能会被处以吊销营业执照等更严重的处罚。此外，非法改装的车辆也无法通过交警部门的日常检查，存在被扣留和收缴非法装置的风险。
- 如果私自更换发动机的行为涉嫌其他违法犯罪活动，如使用盗窃的发动机、拼装报废发动机等，将可能面临更严重的刑事处罚。
三、合法更换发动机的前提与流程
获得合法来源的发动机：
- 更换的发动机必须来源合法，通常应从汽车生产厂家或正规配件供应商处购买，并确保附有相应的合格证明。
申请变更登记：
- 根据《机动车登记规定》，已注册登记的机动车若更换发动机，车主必须在变更后十日内向登记地车辆管理所申请变更登记。
- 申请时需提交的材料包括：机动车所有人的身份证明、机动车登记证书、机动车行驶证以及更换发动机的相关证明（如发动机合格证明、购车发票等）。
审核与验车：
- 车辆管理所将对提交的材料进行审核，并安排车辆进行查验，以确保更换后的发动机符合相关规定。
- 验车通过后，车管所将更新车辆档案信息，并重新核发行驶证。
遵守相关标准：
- 更换的发动机应符合国家相关标准和规定，确保不影响车辆的安全性能和环保性能。
四、建议与预防措施
- 了解相关法律法规：车主在更换发动机前应充分了解相关法律规定，确保自己的行为合法合规。
- 选择正规维修厂：应前往正规的维修厂进行发动机更换，并由维修厂出具更换发动机的技术证明。
- 及时办理变更手续：在更换完成后，及时前往车管所办理机动车注册登记本和行车证的变更手续。
总结：私自更换汽车发动机是违法的，且面临多重法律制裁。车主应严格遵守相关法律法规，确保车辆的安全与合法性。若确有必要进行更换，应依法依规进行申报和审批，并确保更换后的车辆符合所有安全和环保标准。如有任何疑问或需要进一步的法律帮助，请直接向我咨询。