Existem algumas diferenças principais entre um motor arrefecido a água e refrigerado a ar.
Os motores refrigerados a ar utilizam um design de cilindro do motor que incorpora aletas de arrefecimento em todo o cilindro e na parte superior da cabeça do cilindro do pistão. Essas aletas retiram o calor do cilindro e irradiam o calor. Enquanto o veículo está sendo conduzido, o ar é direcionado sobre as aletas para dissipar ainda mais calor. Alguns veículos podem incorporar um ventilador acionado por correia ou elétrico para soprar através das aletas para ajudar a manter o motor frio. Alguns motores utilizam o ar quente do motor para aquecer o interior do habitáculo. Motores que são resfriados por ar têm mais dificuldade em manter a temperatura constante do motor em operação. Isso pode afetar a operação do motor durante condições mais frias ou condições extremas de calor.
Em vez de aletas usadas para manter o motor frio, em motores refrigerados a água, o bloco do motor e as cabeças são fundidas, mas com passagens internas ao longo do bloco do motor ao redor dos cilindros e sobre o cilindro na cabeça do cilindro. O motor utilizará uma bomba de água conectada a essas passagens do motor. A bomba de água pode ser acionada por correia, engrenagem ou motor elétrico. O sistema tem um radiador que é usado para irradiar o calor da água (refrigerante) que flui através do motor. Um termostato é colocado em uma passagem do motor para o radiador. A temperatura da água ou refrigerante é mantida pelo termostato. O termostato controla o fluxo de refrigerante no radiador. Quando a bomba de água é girada, o refrigerante é bombeado através do motor. O refrigerante absorve e transfere o calor do motor do processo de combustão. À medida que o refrigerante é aquecido, o termostato permite que o fluxo seja restrito ao radiador até que a temperatura do fluido de arrefecimento atinja uma temperatura de aproximadamente 190 graus, quando abre o fluxo para o radiador. O refrigerante então flui para o radiador e o calor do refrigerante é transferido para as aletas do radiador para serem dissipadas para o ar circundante, como as aletas do motor refrigerado a ar. O radiador tem ventiladores elétricos ou mecânicos para soprar ar pelas aletas de resfriamento. O termostato abre e fecha conforme necessário para manter uma temperatura interna constante do líquido arrefecedor do motor; temperatura do motor é controlada melhor que os motores refrigerados a ar. O refrigerante também pode ser encaminhado para o compartimento de passageiros para fluir através de um pequeno radiador chamado de núcleo do aquecedor para aquecer o interior do veículo.
Alguns motores podem usar um design híbrido que usa um sistema de resfriamento de água misturado com algumas das características do motor refrigerado a ar para ajudar a manter o motor frio e para aliviar o peso adicional de um sistema de resfriamento de água em tamanho real. Esses sistemas podem usar radiadores menores ou radiadores leves leves e projetos de motores que tenham áreas refrigeradas a ar para dissipar o calor.
As vantagens dos motores refrigerados a ar são que eles são mais leves sem o uso de radiadores, bombas de água, termostatos, líquido de arrefecimento ou mangueiras. As desvantagens são que eles não podem se aquecer rapidamente e não podem manter uma temperatura constante do motor. Isso afetará o desempenho do motor e as emissões nas mudanças climáticas, como temperaturas extremas de frio ou calor. Um motor frio requer combustível adicional para funcionar corretamente.
As vantagens dos motores refrigerados a água são que eles podem aquecer rapidamente e manter a temperatura do motor melhor do que o projeto refrigerado a ar. Isso ajuda a manter o desempenho e as emissões do motor. As desvantagens de um motor refrigerado a água é o peso adicional do design do motor, juntamente com o peso adicional dos componentes do sistema de arrefecimento, como o radiador, a bomba de água, o líquido refrigerante e as mangueiras.