در موتورهای احتراق داخلی انرژی آزاد شده ناشی از احتراق سوخت به سه بخش کلی تقسیم می‌شود: حدود یک سوم از انرژی سوخت تبدیل به کار مفید خروجی از میل‌لنگ شده، یک سوم از طریق گازهای خروجی از موتور خارج شده و مابقی توسط انتقال حرارت تلف و باعث بالا رفتن دمای اجزای مختلف موتور می‌شود. بالا رفتن دمای قطعات موجب ایجاد مشکلاتی از قبیل آسیب و خرابی قطعات، پاره شدن فیلم روغن، بروز پدیده‌ی کوبش (knock)و غیره می‌شود که سیستم خنک‌کاری با دفع انتقال حرارت در موتور از افزایش بیش از حد دما در قطعات جلوگیری می‌نماید. البته باید این نکته را در نظر داشت که دفع حرارت بیش از حد در موتور باعث افت توان خروجی موتور می‌شود و سیستم خنک‌کاری باید گونه‌ای طراحی شود که با دفع به اندازه‌ی حرارت از موتور، از کاهش یا افزایش بیش‌از حد دمای قطعات جلوگیری نماید.

سیستم خنک‌کاری تقریبا در تمامی خودروها از نوع آب‌خنک است؛ یعنی در این نوع سیستم‌ها از سیالی مانند آب برای پایین آوردن دمای قطعات استفاده می‌شود. سیستم خنک‌کاری آب‌خنک خود شامل دو مدار می‌باشد، مدار داخلی خنک‌کاری که شامل راه‌گاه‌های آب در بلوک و سرسیلندر است و مدار خارجی که شامل اجزایی چون رادیاتور، پمپ، ترموستات و غیره می‌باشد.

مدار داخلی

همان طور که پیشتر بیان شد مدار داخلی سیستم خنک‌کاری شامل راه‌گاهای آب داخل بلوک و سرسیلندر می‌باشد. الگوهای مختلفی برای عبور جریان آب از بلوک و سرسیلندر وجود داردکه به عنوان مثال می‌توان به الگوی 1 و 2 اشاره نمود: 1- در برخی از موتورها، آب پس از عبور از بلوک وارد سرسیلندر شده و نهایتا پس از خنک‌سازی سرسیلندر از موتور خارج می‌شود. 2-در برخی از موتورها آب به صورت جداگانه از سرسیلندر و بلوک عبور کرده و از موتور خارج می‌شود. وجود الگوهای مختلف برای مسیر آب داخل بلوک و سرسیلندر دلایل مختلفی (از جمله کاهش مدت گرم شدن موتور) دارد که در مقالات بعدی ضمن معرفی الگوهای بیشتر، دلایل استفاده از الگوهای مختلف نیز بیان خواهد شد.

مدار خارجی

شکل زیر نمای کلی از سیستم خنک‌کاری متداول را نشان می‌دهد. همان طور که مشاهد می‌شود مدار خارجی شامل قطعاتی چون رادیاتور، پمپ آب، موتور، بخاری، ترموستات، منبع انبساط و فن می‌باشد. طرز کار این مدار بدین صورت است با عبور آب از راه‌گاه‌های آب داخل موتور، دمای آن افزایش پیدا کرده و از موتور خارج و وارد محفظه‌ی ترموستات می‌شود. ترموستات یک شیر حرارتی است میزان باز شدن آن به دمای آب بستگی دارد. اگر دمای آب کمتر از دمای باز شدن ترموستات باشد ترموستات بسته و آب از طریق لوله برگشت (bypass) و شاخه بخاری به ورودی پمپ برمی‌گردد. اگر دمای سیال از دمای باز شدن ترموستات بیشتر باشد ترموستات باز شده و بخشی از جریان را به سوی رادیاتور هدایت می‌کند و مابقی جریان از لوله بازگشت و شاخه بخاری عبور کرده به محفظه پمپ آب وارد می‌شود. توازن دبی سیال در شاخه رادیاتور، برگشت ترموستات و بخاری بسیار به دمای آب بستگی دارد، هر چه دمای سیال بیشتر باشد ترموستات بیشتر باز شده و دبی بیشتری به سمت رادیاتور حرکت می‌کند به طوری که در دماهای بالا اکثر دبی از شاخه رادیاتور عبور می‌کند. رادیاتور یک مبدل حرارتی است که با دفع حررات آب به هوای عبوری از کاپوت موجب خنک شدن آب می‌شود. میزان کاهش دمای آب وابسته به دبی هوا است که در خودروها وظیفه تامین دبی هوای مورد نیاز بر عهده فن است. جریان آب پس از عبور از رادیاتور وارد محفظه پمپ آب شده و توسط پمپ آب دوباره به سمت موتور هدایت می‌شود. وقتی فشار مایع داخل سیستم بیش از حد مجاز افزایش می‌یابد، سوپاپ فنری رادیاتور باز شده و مایع از رادیاتور به سمت یک مخزن دیگر به نام منبع انبساط هدایت می‌شود تا فشار مایع کاهش یابد. همچنین وقتی فشار مایع در سیستم خنک‌کاری اتومبیل کاهش می‌یابد، خلاء در داخل رادیاتور و لوله‌های سیستم خنک‌کاری به وجود می‌آید و مایع از منبع انبساط به طور خودکار به داخل سیستم بازمی‌گردد.