Niestety nie cała ilość ciepła uzykanego w wyniku spalania paliwa jest zamieniana na pracę mechaniczną. Zależnie od typu silnika i jego sprawności na pracę mechaniczą zostaje zamienione zaledwie od 25 do 40 procent uzyskanego ciepła. Aby ocenić co dzieje się z pozostałymi 60-75 procentami ciepła sporządza się tzw. bilans cieplny. W bilansie cieplnym dostarczone ciepło dzielimy na dwie grupy: ciepło zamienione na pracę machaniczną i ciepło przypadające na straty. Na straty ciepła przypadają przede wszystkim:
Qch - straty chłodzenia - ilość ciepła odprowadzonego do czynnika chłodzącego
Qw - strata wylotowa - ilość ciepła odprowadzonego ze spalinami
Qns - strata spalania - ilość ciepła straconego na wskutek niezupełnego spalania
Qot - tzw. reszta blinansu, obejmująca nieuchwytne straty ciepła odprowadzonego do otoczenia
Matematycznie bilans cieplny silnika można zapisać w postaci równania:
Q1 = Qe + Qch + Qw + Qns + Qot
gdzie:
Q1 - jest to całkowita ilość ciepła doprowadzonego do silnika
Qe - jest to ilość ciepła zamienionego na pracę użyteczną
W sposób graficzny bilans cieplny przedstawia się w postaci tzw. wykresu Sankeya:
Bilans cieplny sporządza się dla silnika znajdującego się w stanie równowagi cieplnej na podstawie pomiarów energii mechanicznej i energii cieplnej oddawanej przez silnik.