在發動機工作期間，最高燃燒溫度可能高達2500℃，即使在怠速或中等轉速下，燃燒室的平均溫度也在1000℃以上。因此，與高溫燃氣接觸的發動機零部件被強烈加熱。若不及時地將這些高溫零件上的過多熱量散發掉，將出現潤滑不良、機件燒蝕、卡滯等現象。因此，發動機必須設計合理的冷卻系統，以確保發動機在適宜的溫度范圍內工作，既可防止發動機溫度過高，又能保證發動機冷起動時快速升溫，使發動機獲得良好的經濟性和動力性，且減少排放。
1. 冷卻系統的作用
冷卻系統既要防止發動機過熱，又要防止發動機過冷。過熱和過冷都會使發動機運動部件的正常間隙被破壞，潤滑狀況惡化，加速發動機磨損。發動機溫度過高，會導致冷卻液沸騰，嚴重降低熱傳遞效率，混合氣過早燃燒，發動機可能發生爆震，最終損壞發動機的氣缸蓋、氣門和活塞等部件。發動機溫度過低，會導致燃燒不充分，油耗增大，發動機使用壽命降低。
2. 冷卻系統的組成
發動機的冷卻系統一般有風冷式與水冷式兩種形式，汽車發動機大多采用水冷式。汽車發動機的水冷系統均為強制循環系統，利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發動機冷卻液管路中循環流動。發動機冷卻系統一般由散熱器、冷卻風扇、節溫器、水泵、膨脹水箱（或儲液罐）、冷卻液管路、氣缸體和氣缸蓋中的水套及其他附屬裝置等組成。
發動機冷卻液有大、小循環兩條路徑。大循環即冷卻液流經散熱器的循環，氣缸蓋水套中的冷卻液從節溫器主閥門流向散熱器，通過散熱器冷卻后流入水泵進水口，被水泵加壓后流入氣缸體水套，進而回到氣缸蓋水套。小循環即冷卻液不流經散熱器的循環，氣缸蓋水套中的冷卻液從節溫器旁通閥流向旁通管道，直接流入水泵進水口，被水泵加壓后回到氣缸體水套，進而回到氣缸蓋水套。大、小循環冷卻液流量的比例由節溫器控制。當氣缸體水套中的冷卻液溫度高時，節溫器開度大，流向散熱器的冷卻液多，防止發動機過熱；當氣缸體水套中的冷卻液溫度低時，節溫器開度小，流向散熱器的冷卻液少，防止發動機溫度偏低。這樣可以保證發動機始終保持在一個最佳的溫度下工作。
（1）散熱器
散熱器一般安裝在車輛前部，車輛行駛時，迎面而來的低溫空氣不斷流經散熱器，帶走冷卻液的熱量，確保散熱效果良好。
散熱器是一個熱交換器，它將氣缸蓋水套中流出的高溫冷卻液分成許多股小水流，增大散熱面積，加速其冷卻。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣從散熱器芯外流過，高溫冷卻液與低溫空氣發生熱傳遞，實現熱交換。為了獲得良好的散熱效果，散熱器與冷卻風扇配合工作。冷卻液經過散熱器后，其溫度可降低10~15℃。
（2）膨脹水箱
膨脹水箱一般由透明塑料制造，以便于觀察其內部冷卻液液位。膨脹水箱的主要作用是為冷卻液提供膨脹和收縮的空間，以及冷卻系統集中的排氣點，因此它的安裝位置略高于其他冷卻液通道。
（3）冷卻風扇
冷卻風扇通常安裝在散熱器后方。冷卻風扇旋轉時吸入空氣使其通過散熱器，增強散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度。
在發動機運轉初期或低溫時，電動冷卻風扇不運轉，當冷卻液溫度傳感器檢測冷卻液溫度超過一定值時，ECM控制風扇電動機運轉。
（4）節溫器
節溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門，它根據冷卻液的溫度打開或關閉冷卻液流向散熱器的通道。當發動機冷起動時，冷卻液的溫度較低，節溫器將冷卻液流向散熱器的通道關閉冷卻液經水泵直接流回氣缸體和氣缸蓋水套內，以使冷卻液能夠迅速升溫。當冷卻液溫度上升到一定值時，節溫器將冷卻液流向散熱器的通道打開，冷卻液經散熱器降溫后流回水泵。
大多數發動機的節溫器布置在氣缸蓋出水管路中。這種布置方式的優點是結構簡單。有些發動機的節溫器安裝在水泵入水口，這種設計能夠防止發動機氣缸體內的冷卻液溫度急劇降低，從而減小發動機內部應力的變化，避免發動機損壞。
（5）水泵
汽車發動機一般采用離心式水泵，其結構簡單，尺寸小、排量大且工作可靠。離心式水泵由帶有冷卻液進口和出口通道的殼體和葉輪等組成。葉輪軸由一個或多個密封軸承支承，軸承不需要潤滑。使用密封的軸承，可以防止潤滑脂泄漏及臟物和水的進入。水泵殼體安裝在發動機氣缸體上，水泵葉輪固定在水泵軸上，水泵泵腔與氣缸體水套相連接。
水泵的作用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統中循環流動。
（6）暖風水箱
大多數汽車裝有暖風系統，發動機冷卻液是該系統的熱源。暖風系統中有一個加熱器芯，也叫暖風水箱，它由水管和散熱器片組成，且兩端分別連接冷卻系統的出口和入口。發動機高溫冷卻液進入暖風水箱，加熱流經暖風水箱的空氣，然后返回發動機冷卻系統。
（7）冷卻液
汽車會在不同的氣候下行駛，通常要求車輛在-40~40℃的溫度環境中能夠正常工作，因此發動機冷卻液必須具有低冰點和高沸點。
冷卻液是軟水、防凍劑和少量添加劑的混合物。軟水中不含（或含少量）可溶性鈣、鎂化合物，能夠有效防止水垢產生，保證冷卻效果。防凍劑既可以防止冷卻液在寒冷季節結冰，避免散熱器、氣缸體、氣缸蓋脹裂，又可以適當提高冷卻液的沸點，保證冷卻效果。最常用的防凍劑是乙二醇，乙二醇是一種無色、透明、稍有甜味、具有吸濕性的黏稠液體，它能以任何比例與水相溶。冷卻液中還添加有防銹劑、泡沫抑制劑、殺菌防霉劑、pH調節劑、著色劑等。
