Hay algunas diferencias principales entre un motor refrigerado por agua y uno refrigerado por aire.
Los motores refrigerados por aire utilizan un diseño de cilindro de motor que incorpora aletas de enfriamiento alrededor del cilindro y en la parte superior de la culata del pistón. Estas aletas alejan el calor del cilindro y lo irradian. Mientras se conduce el vehículo, el aire se dirige sobre las aletas para disipar aún más calor. Algunos vehículos pueden incorporar un ventilador eléctrico o accionado por correa para soplar a través de las aletas para ayudar a mantener el motor frío. Algunos motores utilizan el aire caliente que sale del motor para calentar el interior del habitáculo. Los motores que se enfrían por aire tienen más dificultades para mantener una temperatura de funcionamiento constante del motor. Esto puede afectar el funcionamiento del motor en condiciones de frío o calor extremo.
En lugar de las aletas que se utilizan para mantener el motor frío, en los motores refrigerados por agua, el bloque del motor y las culatas son sólidos pero con pasajes internos a lo largo del bloque del motor alrededor de los cilindros y sobre el cilindro en la culata. El motor utilizará una bomba de agua que está conectada a estos pasajes en el motor. La bomba de agua puede ser accionada por correa, engranaje o motor eléctrico. El sistema tiene un radiador que se utiliza para irradiar el calor del agua (refrigerante) que fluye a través del motor. Se coloca un termostato en un pasaje desde el motor hasta el radiador. El termostato mantiene la temperatura del agua o del refrigerante. El termostato controla el flujo de refrigerante hacia el radiador. A medida que se gira la bomba de agua, el refrigerante se bombea a través del motor. El refrigerante absorbe y transfiere el calor del motor del proceso de combustión. A medida que el refrigerante se calienta, el termostato permitirá que el flujo se restrinja al radiador hasta que la temperatura del refrigerante alcance una temperatura establecida de alrededor de 190 grados, momento en el que abre el flujo hacia el radiador. Luego, el refrigerante fluye hacia el radiador y el calor del refrigerante se transfiere a las aletas del radiador para que se disipe en el aire circundante como las aletas del motor refrigerado por aire. El radiador tiene ventiladores eléctricos o mecánicos para soplar aire a través de las aletas de enfriamiento. El termostato se abre y se cierra según sea necesario para mantener una temperatura constante del refrigerante interno del motor; La temperatura del motor se controla mejor que los motores refrigerados por aire. El refrigerante también puede dirigirse al compartimiento de pasajeros para que fluya a través de un pequeño radiador llamado núcleo calefactor para calentar el interior del vehículo.
Algunos motores pueden usar un diseño híbrido que usa un sistema de enfriamiento de agua mezclado con algunas de las características del motor enfriado por aire para ayudar a mantener el motor frío y aligerar el peso adicional de un sistema de enfriamiento de agua de tamaño completo. Estos sistemas pueden utilizar radiadores más pequeños o radiadores delgados y ligeros y diseños de motores que tienen áreas refrigeradas por aire para disipar el calor.
Las ventajas de los motores enfriados por aire son que son más livianos sin el uso de radiadores, bombas de agua, termostatos, refrigerante o mangueras. Las desventajas son que no pueden calentarse rápidamente y no pueden mantener una temperatura constante del motor. Esto afectará el rendimiento del motor y las emisiones en cambios climáticos como temperaturas extremadamente frías o calientes. Un motor frío requiere más combustible para funcionar correctamente.
Las ventajas de los motores refrigerados por agua son que pueden calentarse rápidamente y mantener la temperatura del motor mejor que el diseño refrigerado por aire. Esto ayuda a mantener el rendimiento y las emisiones del motor. Las desventajas de un motor enfriado por agua es el peso adicional del diseño del motor junto con el peso adicional de los componentes del sistema de enfriamiento como el radiador, la bomba de agua, el refrigerante y las mangueras.