Если бы вся тепловая энергия, образованная в цилиндрах дизеля, превращалась в механическую, а отработавшие газы и детали, соприкасающиеся с ними, были холодными и отсутствовали потери на трение, то коэффициент полезного действия дизеля был бы равен 100%. Однако в действительности этого нет и быть не может. В наиболее совершенных дизелях примерно 40% тепла, введенного с топливом, превращается в полезную работу, а остальное тепло теряется с отработавшими газами, на нагрев деталей и преодоление сил трения. Достаточно указать, например, что температура нижних поршней дизеля 1 ОД 100 в некоторых точках достигает 450°С. Лишь на 50—100°С ниже температура отдельных точек цилиндровых крышек дизелей 5Д49.

Если не принять специальных мер, то соприкасающиеся с горячими газами детали быстро перегреются, механическая прочность их уменьшится, пленка смазки между ними выгорит. Сухое трение сильно затруднит движение трущихся деталей и приведет к повреждению их рабочих поверхностей. Чтобы этого не случилось, нормальное тепловое состояние деталей дизеля поддерживается с помощью специальной системы охлаждения.

Самый простой способ охлаждения — это рассеивание тепла в окружающую среду поверхностями самих деталей. Так и делают у дизелей небольшой мощности, используя воздушное охлаждение. Но для мощного дизеля такое решение задачи неприемлемо, так как размеры поверхностей нагревающихся деталей ничтожно малы по сравнению с тем количеством тепла, которое нужно отвести от них для нормальной работы. А увеличить эти размеры непосредственно в дизеле нельзя из-за ограниченных габаритов тепловоза. Где же выход?

Тепловоз в отличие от теплохода окружен только воздухом. Очевидно, окружающий воздух и есть та единственная среда, которая может окончательно поглотить тепло от нагревающихся деталей дизеля. Вот почему дизельный локомотив должен иметь устройство, отдающее в конечном счете тепло воздуху. Такое устройство, в котором тепло передается от среды, имеющей более высокую температуру, к среде с более низкой температурой, называется теплообменником.