Hay algunas diferencias principales entre un motor refrigerado por agua y un motor refrigerado por aire.
Los motores refrigerados por aire utilizan un diseño de cilindro del motor que incorpora aletas de enfriamiento en todo el cilindro y en la parte superior de la culata del pistón. Estas aletas alejan el calor del cilindro e irradian el calor. A medida que el vehículo se conduce, el aire se dirige sobre las aletas para disipar aún más calor. Algunos vehículos pueden incorporar un ventilador accionado por correa o eléctrico para soplar a través de las aletas para ayudar a mantener el motor frío. Algunos motores usan el aire caliente 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 durante condiciones más frías o condiciones extremas de calor.
En lugar de aletas utilizadas para mantener el motor frío, en los motores refrigerados por agua, el bloque del motor y las cabezas se funden sólidamente pero con pasajes internos en todo el 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 pasos en el motor. La bomba de agua puede ser accionada por correa, engranaje o motor eléctrico. El sistema tiene un radiador que se usa para irradiar el calor lejos del agua (refrigerante) que fluye a través del motor. Un termostato se coloca en un pasillo desde el motor hasta el radiador. La temperatura del agua o del refrigerante es mantenida por el termostato. El termostato controla el flujo de refrigerante en 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 que abre el flujo hacia el radiador. El refrigerante luego fluye al radiador y el calor del refrigerante se transfiere a las aletas del radiador para disiparse al aire circundante, como las aletas del motor enfriado por aire. El radiador tiene ventiladores eléctricos o mecánicos para soplar aire a través de las aletas de enfriamiento. El termostato se abre y cierra según sea necesario para mantener constante la temperatura interna del refrigerante del motor; la temperatura del motor se controla mejor que los motores enfriados por aire. El refrigerante también se puede dirigir al compartimento de pasajeros para que fluya a través de un pequeño radiador llamado núcleo del calentador para calentar el interior del vehículo.
Algunos motores pueden usar un diseño híbrido que usa un sistema de enfriamiento de agua mezclado con algunos de los rasgos del motor refrigerados por aire para ayudar a mantener el motor frío y para aligerar el peso adicional de un sistema de enfriamiento de agua de tamaño completo. Estos sistemas pueden usar radiadores más pequeños o radiadores ligeros delgados y diseños de motores que tienen áreas refrigeradas por aire para disipar el calor.
Las ventajas de los motores refrigerados por aire son que son más ligeros 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 los cambios climáticos como el frío extremo o las altas temperaturas. Un motor frío requiere combustible adicional 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.