Система охлаждения двигателя жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией. Закрыта (герметичная) система обеспечивает минимальный расход охлаждающей жидкости и поэтому не требует частого пополнения последней. Емкость системы 10,5 л.

К системе охлаждения подключен радиатор отопления кузова.Направление циркуляции жидкости показано стрелками (см. рис.).

Водяной насос забирает воду из нижнего бачка радиатора и подает ее в рубашку цилиндров через водораспределительную трубу 8. В этой трубе имеются четыре прореза, расположенные против седел выпускных клапанов. Такое устройство обеспечивает интенсивное охлаждение наиболее горячей части двигателя. Из рубашки цилиндров жидкость поступает в рубашку головки, а затем через термостат 9 и его патрубок 9.4. - в верхний бачок радиатора. Таким путем жидкость циркулирует при прогретом двигателе.

Наивыгоднейший тепловой режим двигателя (температура жидкости 80-90 °С) поддерживается при помощи термостата, жалюзи радиатора, а в зимнее время, дополнительно, утеплительным фартуком.

Жалюзи 14 состоят из набора вертикальных створок шарнирно соединенных вверху и внизу угольниками. Жалюзи смонтированы на радиаторе спереди и управляются с места водителя при помощи тяги, заключенной в оболочку. Для закрытия жалюзи рукоятку нужно вытягивать на себя, для открытия - вдвигать от себя.

Водяной насос центробежного типа находится на одном валу с вентилятором. Насос приводится в действие клиновым ремнем от шкива коленчатого вала. Этим же ремнем приводится в действие и электрический генератор.

Двухрядный шариковый подшипник 4 фиксируется в корпусе насоса кольцом. Для смазки шарикового подшипника насоса имеется масленка 2. Смазку в подшипник подают шприцем до тех пор, пока она не покажется из контрольного отверстия. Крыльчатка насоса напрессована на валике без шпонки.

Для уплотнения насоса служит самоподтягивающийся сальник 6, состоящий из резиновой манжеты, текстолитовой шайбы и пружины. Сальник вращается вместе с крыльчаткой, которая имеет прорезы для соответствующих выступов на текстолитовой шайбе. Текстолитовая шайба прижимается пружиной к торцу корпуса насоса 7, и этим создается уплотнение, препятствующее вытеканию воды из рабочей полости насоса. Протеканию воды вдоль валика, между ним и текстолитовой шайбой препятствует резиновая манжета.

При износе сальника 6 он начинает пропускать воду, которая вытекает наружу через отверстие и в корпусе насоса 7. В этом случае следует сальник отремонтировать, т.е. снять крыльчатку и сменить изношенные детали. Ни в коем случае нельзя как-либо закрывать отверстие, так как при этом вода обязательно проникнет в шариковый подшипник насоса 4 и выведет его из строя.

Пробка радиатора 11 уплотняется двумя прокладками. Основная фибровая прокладка помещается в горловине радиатора и обеспечивает герметичность системы охлаждения. Вспомогательная резиновая прокладка находится в корпусе пробки и служит только для предотвращения выхода пара через горловину, минуя контрольную трубку.
Во избежания повреждения радиатора, которое неизбежно при кипении жидкости в герметически закрытой системе, или при вакууме после конденсации пара, в пробке радиатора имеются два клапана, сообщающих систему охлаждения с атмосферой. Выпускной клапан открывается наружу при избыточном давлении в системе в 200-260 мм рт.ст. При таком давлении температура кипения воды повышается на 8 °С. Поэтому герметичность системы охлаждения позволяет безопасно работать на повышенном тепловом режиме, не опасаясь кипения и убыли воды.
Когда температура воды достигает 180 °С и начнется кипения, выпускной клапан под давлением пара открывается, и пар выходит через контрольную трубу. Впускной клапан открывается при вакууме в 150 мм рт.ст. Правильное действие пробки и ее клапанов возможно лишь при исправности основной прокладки в горловине радиатора. За сохранностью и состоянием этой прокладки следует тщательно следить.

Выпускать жидкость из системы надо обязательно через два краника. Один краник помещается на нижнем бачке радиатора, а другой на блоке рядом с распределителем зажигания. При сливе жидкости следует открывать пробку радиатора, так как система герметична.

Термостат 9 помещается в выпускном патрубке водяной рубашки цилиндров 9.4.. При температуре жидкости ниже 68°С клапан термостата закрыт (см. рисунок слева). В этом случае, при работе двигателя, вода из головки цилиндров идет через окна в верхней плоскости клапана 9.6. по перепускному каналу 9.2. в водяной насос, минуя радиатор. Таким образом количество циркулирующей жидкости невелико, она в радиаторе не охлаждается и поэтому быстро нагревается. Когда температура жидкости будет выше 68 °С, клапан термостата начнет открываться, и жидкость частично начнет циркулировать через радиатор. При достижении температуры 80 °С клапан 9.6. полностью откроется, закроет перепускной канал 9.2., и вся жидкость направится по патрубку 9.4. в радиатор (см. рисунок справа).

Если радиатор отопления кузова включен, т.е. краник открыт (на рисунке не указан), то при закрытом клапане термостата охлаждающая жидкость циркулирует также и через радиатор отопления.

Открытие и закрытие клапана 9.6. происходят автоматически при изменении температуры охлаждающей жидкости за счет изменения длины гофрированного баллона 9.7., в котором заключена легко испаряющаяся жидкость. При повышении температуры охлаждающей жидкости давление внутри баллона увеличивается, и он удлиняется, при понижении, аноборот, баллон сокращается.

Между термостатом и патрубком устанавливается резиновая прокладка 9.5. для предотвращения пропуска значительного количества воды в радиатор при закрытом клапане термостата. Сохранность и исправность прокладки являются необходимыми условиями для правильной работы термостата.

С октября 1949 г. на двигатель М-20 устанавливается новый термостат. Принцип действия нового термостата такой же, как и старого. Путь охлаждающей жидкости показан на рисунке стрелками.

Для установки нового термостата на ранее выпущенные двигаетли необходимо заменить патрубок, прокладки, а также одну шпильку крепления головки цилиндров на более длинную (длиннее на 18 мм). Шпильку диаметром 8 мм, не используемую при установке нового патрубка, нужно срезать заподлицо с головкой блока. Наружный диаметр у нового термостата несколько больше, чем у старого, поэтому при установке необходимо убедиться, что скоба крепления баллона 9.3. свободно входит в отверстие головки цилиндров. Если скоба входит туго, то необходимо увеличить отверстие в головке цилиндров до диаметра 56 мм.

При применении термостата сокращается время прогрева двигателя и автомоатически поддерживается требуемая температура жидкости в рубашке илиндров двигателя. В зимнее время при наличии термостата возникает опасность замораживания радиатора из-за прекращения циркуляции через него жидкости, поэтому необходимо утеплять радиатор. Нужно следить за температурой радиатора и поддерживать ее достаточно высокой, закрывая жалюзи и применяя утеплительный фартук на решетке воздухопритока радиатора. Начинать движение надо при закрытых жалюзи и по мере необходимости прикрывать их, руководствуясь показаниями термостата на панели приборов.

Уход за системой охлаждения сводится к периодической промывке всей системы для освобождения ее от накипи и ржавчины и ликвидации течей при их появлении. Течь рекомендуется отыскивать и устранять при холодном двигателе, так как при прогретой системе охлаждения незначительные течи незаметны (вытекающая жидкость испаряется).

Наличие ржавчины и, в особенности, накипи в системе охлаждения приводит к перегреву двигателя, к уменьшению мощности и к перерасходу топлива. Поэтому необходимо периодически очищать систему охлаждения промывкой.

При промывке нельзя пользоваться растворами, содержащими кислоты и щелочи, потому что алюминиевый сплав, из которого отлита головка блока, под действием кислот и щелочей разрушается.

Рекомендуется производить промывку сильной струей чистой воды, разъединив предварительно шланги, соединяющие двигатель и радиатор. Пропускать воду при этом необходимо в направлении, противоположном нормальной циркуляции, т.е. промывая радиатор, впускать ее через нижний патрубок, а выпускать через верхний. В рубашку двигателя надо впускать воду через верхний патрубок, вынув предварительно термостат и сняв водяной насос. Водораспределительную трубу при этом нужно тщательно очищать с помощью длинных проволочных крючков. Если трубу не удается очистить на месте, следует вынуть ее из блока с помощью проволочного крючка. Если труба проржавела, то ее надо заменить. При установке трубы ее надо ставить щелями в сторону клапанов.