Поскольку происходит нагрев определенных областей двигателя, для предотвращения деформации рассматриваемых узлов и возможного заклинивания необходимо обеспечить отвод и рассеивание тепла. Тепло естественным образом перераспределяется от горячих к холодным областям; таким образом, тепло, полученное поршнем и клапанами, естественным образом отводится к внешним поверхностям цилиндра и головки цилиндра. Лишнее тепло от этих поверхностей необходимо отвести в воздух (помня, что не всё тепло является лишним, поскольку рабочая температура двигателя должна поддерживаться в оптимальных пределах).

Наилучшим способом организации теплоотвода является оптимизация площади наружной поверхности деталей, так чтобы в воздух отводилось необходимое количество тепла. Этого добиваются путем введения ребер охлаждения на нагретых областях. Если посмотреть на любой двигатель с воздушным охлаждением, то можно сразу заметить, что основная, сильно оребренная область находится в районе головки цилиндра. Поверхность картера не находится в непосредственном контакте с теплом, выделяющимся при сгорании, а следовательно, ей достаточно небольшого оребрения или вообще оно не требуется. В этом случае исключением являются четырехтактные двигатели с “мокрым картером”, в которых ребра используются для охлаждения масла, находящегося в поддоне. Принципы воздушного охлаждения были заложены одновременно с первыми мотоциклами, и не сильно изменились за прошедшие годы. Конструктор должен вычислить площадь оребрения для соответствия ее величине отводимого тепла, поэтому оребрение одного двигателя может сильно отличаться от другого. Например, охлаждению двигателя дорожной машины способствует ее движение по отношению к окружающему воздуху. Для спортивных внедорожных мотоциклов это справедливо в меньшей степени, потому что они часто работают в тяжелых условиях и при этом очень медленно двигаются; именно по этому у многих двигателей внедорожных машин сильное оребрение. Вот почему дорожные машины перегреваются, попадая в “пробку”. Кроме того, имеется существенное различие в степени оребрения между двухтактными и четырехтактными двигателями: число рабочих ходов в двухтактных двигателях в два раза больше, следовательно, им необходимо более развитое охлаждение. Другой способ реализации воздушного охлаждения – тот, что применяется на двигателях, расположенных вне набегающего потока воздуха, то есть на скутерах Он состоит в том, что над оребренной поверхностью устанавливается кожух, в который по каналу от вентилятора подается воз дух, охлаждающий ребра. Несмотря на то, что часть мощности затрачивается на привод вентилятора, этот способ связывает эффективность охлаждения с частотой вращения двигателя, а не со скоростью движения; следовательно, он более соответствует требованиям охлаждения двигателя. Главный недостаток воздушного охлаждения – широкий диапазон температур воздуха, при которых должна обеспечиваться работа двигателя. При изменении температуры изменяется эффективность охлаждения (коэффициент теплопередачи меняется с изменением перепада температур: чем больше перепад, тем он выше). Проблема изменения степени линейного расширения различных узлов двигателя означает, что допуски при изготовлении должны быть чрезмерно большими. Кроме того, величина тепловыделения больших или форсированных двигателей может иногда оказаться такой, что воздушному охлаждению будет трудно с ней справляться. Принудительное воздушное охлаждение, в котором используется приводной вентилятор, в данном случае подходит несколько лучше, но использование вентилятора для охлаждения большого двигателя приводит к излишнему увеличению его веса.