本发明提供了一种内燃机冷却系统，该系统包括水泵和内燃机缸体，内燃机缸体上设置有进气侧水套、排气侧水套、集成排气歧管水套和缸盖主水套；水泵的出水口与排气侧水套连接，通过水泵将冷却液泵送至排气侧水套；排气侧水套同时与缸盖主水套和集成排气歧管水套连接，缸盖主水套与集成排气歧管水套构成并列的两条水路；缸盖主水套和集成排气歧管水套同时与进气侧水套连接。本发明通过对水套进行分区设计，通过不同分区的水套构建全新的冷却循环水路，先对温度较高的区域降温，其次对温度较低的区域降温，可避免缸体各部分的不均匀收缩，防止变形量过大，提升结构稳定性和使用寿命。