冷卻系統是柴油發電機組的一個重要系統，它的作用是保證柴油發電機在最適宜的溫度范圍內工作，進入發動機的能量約30%用來推動其他機械運轉做功。由燃油產生的熱量的8%左右通過散熱損失掉了，約31%通過排氣系統排出。其余的31%由冷卻系統帶走。如果上面的都正確發揮了作用，那么柴油發電機會處于其最高效的溫度。如果柴油發電機溫度太高，那么會出現各種故障。例如，零部件過熱，這會導致金屬強度下降；發動機零部件之間應力過大，這會導致摩擦增大，引起過度的磨損。
如果柴油發電機溫度太低，那么會出現各種故障。例如，燃油經濟性差，燃燒過程的效率低；積炭增加；當燃油進入發動機時，它將冷凝，導致進氣門上積炭過多。溫度低的發動機會加強油泥和積炭的積聚，使功率損失。如果燃燒過程效率低，那么功率輸出會減小；燃油燃燒不完全，環境污染嚴重。
熱量總是從熱的物體移向冷的物體，冷卻系統的工作原理便是熱傳遞。熱傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。傳導為兩個固態物體之間的熱傳遞。例如：熱量從氣門桿傳遞到氣門導管。由于兩個物體都是固體，熱量通過傳導從熱的氣門桿傳遞到冷的氣門導管。又如，熱量通過傳導從氣門導管傳遞到缸蓋。
熱量可通過對流傳遞。對流為通過液體或氣體熱的部分的循環進行的熱傳遞。通過對流，熱缸體的熱傳遞給冷卻液。當熱的散熱器部件將熱量傳遞給周圍的冷的空氣時，也發生對流。
輻射是熱傳遞的一個方式。輻射為通過將熱能轉換為輻射能來進行的熱傳遞。任何熱的物體都發出輻射，物體越熱，輻射能量越大。當發動機是熱的時，一些熱量轉換為輻射，大約8%。冷卻系統依據這些原理來除去發動機中的多余熱量。例如，人靠近運行的發動機等熱源物體時，雖未接近但已感受到發動機是熱的，這其中就有熱輻射的原因。
為了使機組發動機工作在最佳狀態，必須有冷卻系統，目前常用的兩種類型的冷卻系統是：空(風)冷系統、液(水)冷系統、對應的就有空冷發動機和液冷發動機。


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