發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷系統(tǒng)也是一個(gè)散熱循環(huán)的過(guò)程，不過(guò)需要組合的零件就比風(fēng)冷系統(tǒng)復(fù)雜的多了，包括水箱（散熱器）、風(fēng)扇、水泵、節(jié)溫器、副水箱、水管、汽缸水套。首先，由引擎的正時(shí)皮帶來(lái)帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將冷卻水送往發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后，就開(kāi)始在汽缸周圍的水套（即鑄造而成的流水通道）里流動(dòng)。接著，吸收發(fā)動(dòng)機(jī)熱能后的冷卻水上升到汽缸蓋的水套，透過(guò)節(jié)溫器的開(kāi)啟返回水箱進(jìn)行降溫，最后回流到水泵，整個(gè)散熱循環(huán)過(guò)程就算完成。
在散熱過(guò)里的節(jié)溫器，就是調(diào)節(jié)水溫的零件，引擎能不能維持正常的工作溫度都要靠它。那什么是工作溫度？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是引擎發(fā)揮最佳燃燒效率時(shí)需要的溫度，就好像電腦過(guò)熱就會(huì)死機(jī)，需要被控制在最佳溫度的一樣道理，但這個(gè)工作溫度會(huì)因不同車輛的設(shè)計(jì)而有所不同，比如說(shuō)日系車控制在90℃左右，而歐美車則控制在100℃上下。
因此發(fā)動(dòng)機(jī)剛開(kāi)始工作時(shí)，節(jié)溫器就像一個(gè)閥門(mén)，阻擋冷卻水回流到水箱，讓冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)循環(huán)以快速達(dá)到工作溫度，目的是縮短熱車的時(shí)間和防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)冷而耗掉更多的燃料。當(dāng)冷卻水升溫到80℃后，節(jié)溫器內(nèi)的彈簧彈力逐漸放松，閥門(mén)就被打開(kāi)，讓水套里的熱水流向水箱，這時(shí)水箱風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟將熱水快速散熱（行駛中的氣流也能幫助散熱），待水回流到水箱后再被水泵送回發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣的水冷循環(huán)效率很穩(wěn)定，適合大壓縮比且輸出動(dòng)力大的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)多少會(huì)消耗掉一些發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。
控制發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫不能只靠節(jié)溫器。雖然節(jié)溫器能放掉高溫狀態(tài)的冷卻水來(lái)防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)的水會(huì)跟水箱水的溫度近乎相同，加上工作中的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度一直上升，冷卻水就不能有效的降溫，因此需要水箱風(fēng)扇來(lái)幫助水箱散熱。
事實(shí)上，水箱不是一個(gè)儲(chǔ)水的裝置，它只是類似蜂窩造型的散熱零件，里面布滿多層的隔板薄片（散熱芯片），當(dāng)熱水在通道里往下流動(dòng)時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)這些薄片能帶走水的熱能，理論上薄片面積越大，散熱效率越高，但發(fā)動(dòng)機(jī)室空間有限，水箱的設(shè)計(jì)尺寸不能太大的情況下，水箱中裝置的兩個(gè)風(fēng)扇能在極短時(shí)間內(nèi)讓冷卻水降溫7-10℃，這樣水泵送回發(fā)動(dòng)機(jī)水套的冷卻水能夠繼續(xù)吸收熱能。
至于風(fēng)扇會(huì)根據(jù)水溫而開(kāi)啟，像感應(yīng)器測(cè)得水溫超過(guò)90℃時(shí)就會(huì)啟動(dòng)風(fēng)扇，待降溫10℃左右后就不讓風(fēng)扇的馬達(dá)通電，這樣能減少消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，而且剛熄火的發(fā)動(dòng)機(jī)仍處于高溫，電子風(fēng)扇能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)降溫，直到冷卻水低于設(shè)定的低溫為止。
事實(shí)上，水冷系統(tǒng)是密閉的回路，當(dāng)高溫的冷卻水流過(guò)水箱時(shí)的壓力很大，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)男沟舾邏?，水管很可能?huì)變形甚至爆裂，這時(shí)候就要額外設(shè)置空間來(lái)容納熱脹冷縮的冷卻水，也就是副水箱。當(dāng)水溫過(guò)高，副水箱就接收體積膨脹而多出來(lái)的水，待水溫較低時(shí)，還可以供應(yīng)體積縮小后水箱需要的水量。這樣的調(diào)節(jié)功能是透過(guò)水箱蓋里的雙向閥門(mén)涉及，管路的高水壓會(huì)推開(kāi)向外的閥門(mén)并流向副水箱，當(dāng)水壓變低時(shí)，水箱管路內(nèi)的低壓會(huì)吸開(kāi)向內(nèi)的閥門(mén)，讓冷卻水流回水箱，管路的壓力就能控制在設(shè)定的數(shù)值范圍內(nèi)。
