柴油机工作期间，气缸内燃烧温度高达1800～2000℃，瞬时温度高达3000℃。燃烧所产生的热量只有一部分转化为机械功，使柴油机运转并对外输出做功；另一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量(约占燃烧热量的三分之一)经各种传热方式传给柴油机组件。特别是直接与燃烧气体接触的气缸盖、活塞、气缸套和气门等零件，使之强烈受热，若不及时加以冷却或冷却不足，柴油机会过热、充气系数下降、燃烧不正常，易发生早燃和爆燃现象；其次，与高温接触零件过热，会导致材料力学性能降低和产生严重的热应力，导致变形和裂纹；第三，温度过高，会使润滑油变质、烧损和结焦失去润滑性能，破坏润滑油膜，零件的摩擦加剧和磨损加重。由此可见，机体温度过高易引起柴油机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。因此，柴油机不能在过高的温度下工作。
但如果系统的冷却能力过强，亦会影响柴油机的工作性能。润滑油有可能被燃油稀释(因缸壁过冷，可燃混合气体在缸壁冷凝并聚集，冲刷气缸壁上的润滑油膜，未蒸发的燃油经气缸壁流到油底壳，稀释润滑油)，恶化混合气体形成和燃烧，增加润滑油粘度和摩擦功率，造成零件间的磨损加剧、摩擦损失增加、柴油机工作粗暴。另外。通过冷却系统带走的热量是燃油燃烧产生的热量，一般约占燃烧热量的20%～30%，这是一种损失。冷却强度过大，散热损失增加，会降低柴油机的经济性。光明柴油发电机
因此，柴油机过冷或过热(即柴油机冷却系统冷却能力过强或过弱)都会对柴油机的经济性、动力性、工作可靠性带来不利的影响。冷却系统的功用是用来保证柴油机在最适宜的温度状态下工作(通常以气缸盖中冷却水的温度保持在80～90℃为宜)。起动时，应能使柴油机尽快加热到正常工作温度，并能在随后的工作中保持这一温度。
根据冷却介质的不同，柴油机的冷却系统有水冷和风冷两种形式。以空气为介质的冷却系统称为风冷系统，以冷却液为冷却介质的系统称为水冷系统。工程机械和车用柴油机普遍使用的是水冷系统。只有少数使用风冷系统。
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