Ta phân biệt những phương cách làm mát sau:

Làm mát bằng không khí:

• Làm mát bằng gió khi chạy
• Làm mát bằng quạt gió

Làm mát bằng chất lỏng:

• Làm mát nhiệt tuần hoàn
• Làm mát bơm tuần hoàn

Làm mát bên trong buồng đốt qua

• Nhiệt lượng bốc hơi của nhiên liệu

Do công suất tăng, tốc độ quay cao hơn, nơi lắp đặt động cơ tương đối kín và kích thước gọn nhẹ hơn nên hệ thống làm mát thường được thực hiện dưới dạng làm mát tuần hoàn cưỡng bức.

Ngày nay, làm mát bằng không khí chỉ được sử dụng đơn lẻ ở động cơ xe mô tô, máy bay và các loại động cơ đặt cố định.

Làm mát bằng không khí

Trong phương pháp này, nhiệt lượng làm mát được thoát đi trực tiếp từ bề mặt của chi tiết máy lên luồng không khí luân chuyển xung quanh.

Làm mát bằng quạt gió cho phép làm mát đầy đủ động cơ khi không được gió bao phủ khi chạy. Quạt gió được dẫn động từ động cơ qua một đai chữ V và làm mát từng xy-lanh đều đặn với không khí mát hỗ trợ từ những tấm dẫn gió. Áp dụng: thí dụ xe máy tay ga.

Ưu điểm của làm mát bằng không khí:

• Kết cấu đơn giản.
• Tỷ suất trọng lượng trên công suất thấp.
• Không cần chất lỏng làm mát với chất chống đông.
• Hầu như không cần bảo dưỡng.

Khuyết điểm của làm mát bằng không khí:

• Dao động lớn ở nhiệt độ vận hành.
• Nhu cầu công suất của quạt mát tương đối cao (khoảng 3% đến 4% công suất động cơ).
• Tiếng ồn nhiều hơn do quạt gió vì không có lớp áo nước giảm tiếng ồn của động cơ.
• Việc sưởi ấm nội thất xe bị trì hoãn nhiều và không đều.
• Việc thoát nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí kém hơn.
• Không điều chỉnh được.

Làm mát bằng chất lỏng

Với việc làm mát bằng chất lỏng, quá trình tản nhiệt được thực hiện qua một chất lỏng. Chất lỏng này hấp thụ nhiệt từ những bộ phận nóng và truyền nhiệt qua bộ tản nhiệt ra môi trường không khí.

Xy-lanh và đầu xy-lanh có thành kép hoặc những kênh làm mát bao quanh: Trong những buồng rỗng này, chất lỏng làm mát luân chuyển và hấp thụ nhiệt lượng thừa từ thành vách. Trong chu trình làm mát, chất lỏng làm mát chảy qua các đường ống dẫn đến bộ tản nhiệt có luồng không khí mát đi qua. Thông qua bề mặt của bộ tản nhiệt, nhiệt lượng hấp thụ từ bên trong động cơ thoát ra ngoài môi trường không khí. Qua đó chất lỏng hạ nhiệt và chảy trở lại động cơ để tiếp tục chu trình hấp thụ nhiệt.

Nếu quá trình này đạt được do sự thay đổi tỷ trọng của chất lỏng làm mát, ta gọi là làm mát nhiệt tuần hoàn hoặc làm mát nhiệt động ống xi phông. Khi tắt máy, hiệu ứng này vẫn tiếp tục làm mát động cơ. Điều này xảy ra vì nước nóng có khối lượng riêng nhỏ hơn nước lạnh nên nổi lên trên. Sự tuần hoàn của chất lỏng làm mát xảy ra không cần đến máy bơm. Tuy nhiên với những động cơ mới hiện nay, cách làm mát này không còn thích hợp nữa. Ngày nay chỉ những hệ thống làm mát với máy bơm được sử dụng, được gọi là làm mát bơm tuần hoàn. Khi đó chất lỏng làm mát được một máy bơm vận hành tuần hoàn.

Ưu điểm của làm mát bằng chất lỏng:

• Hiệu suất làm mát đều đặn.
• Giảm tiếng ồn của quá trình cháy tốt do có áo nước làm mát.
• Tạo điều kiện cho việc sưởi trong khoang xe tốt hơn.

Khuyết điểm của việc làm mát bằng chất lỏng:

• Trọng lượng tương đối cao.
• Phí bảo dưỡng cao.
• Giai đoạn chạy nóng cho đến khi đạt được nhiệt độ vận hành dài hơn.

Với sự trợ giúp của một van giới hạn nhiệt (van hằng nhiệt), chất lỏng làm mát được dẫn vào chu trình làm mát nhỏ hoặc chu trình làm mát lớn.

Động cơ lạnh: Khi động cơ lạnh, chất lỏng làm mát được bơm vào áo nước quanh xy-lanh, chúng chảy bao phủ quanh xy-lanh và vào đầu xy-lanh qua những lỗ khoan thông. Từ đây chất lỏng chảy trở về máy bơm qua van hằng nhiệt đang đóng. Khi lò sưởi xe được mở, tùy theo vị trí của van điều chỉnh sưởi ấm, một phần của chất lỏng làm mát chảy qua bộ phận trao đổi nhiệt của lò sưởi trở về máy bơm (chu trình làm mát nhỏ).

Động cơ ở nhiệt độ vận hành: Khi đạt tới nhiệt độ vận hành, bộ tản nhiệt tham gia vào chu trình làm mát do van hằng nhiệt mở (chu trình làm mát lớn). Nước làm mát bị gia nhiệt từ động cơ, chảy qua van hằng nhiệt đến bộ tản nhiệt (két nước) và tiếp tục đến máy bơm. Dung tích bình điều tiết có nhiệm vụ giữ cố định mực chất lỏng trong hệ thống làm mát.

Nhiệt độ của chất lỏng làm mát sẽ tùy thuộc vào tình trạng vận hành của xe và nhà sản xuất:

• Ô tô cá nhân khoảng 100 °C đến 120 °C,
• Ô tô thương mại khoảng 90 °C đến 95 °C.

Áp suát tối đa cho phép trong hệ thống làm mát hiện nay:

• Xe cá nhân khoảng 1,3 bar đến 2 bar,
• Xe thương mại khoảng 0,5 bar đến 1,1 bar.

Áp suất trong hệ thống làm mát cao hơn sẽ cho phép nhiệt độ của nước mát tăng lên mà vẫn không làm sôi nước. Do nhiệt độ của động cơ gia tăng tương ứng, có thể đạt được sự gia tăng công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải.

Tuy nhiên ở động cơ xăng, việc nâng nhiệt độ bị giới hạn vì khuynh hướng kích nổ qua đó cũng tăng lên.

Chất lỏng làm mát là một hỗn hợp gồm nước cất (với hàm lượng vôi thấp), chất chống đông với phụ gia chống rỉ sét (tùy vào từng loại xe). Chiếm khoảng 4 đến 6 lần dung tích máy, lượng nước làm mát trong chu trình làm mát được luân chuyển khoảng 10 đến 15 lần trên một phút. Như thế tùy thuộc vào công suất của động cơ, nướl/ mát được bơm luân chuyển trong xe cá nhân từ 4.000 l/h đến 18.000 l/h và trong ô tô thương mại từ 8.000 l/h đến 32.000 l/h. Qua đó, nếu việc tản nhiệt diễn ra hoàn hảo, nhiệt độ chênh lệch của chất lỏng làm mát khi vào và ra ở động cơ chỉ vào khoảng 5 °C đến 7 °C. Vì thế sẽ ngăn ngừa được ứng suất nhiệt trong động cơ.