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目前，摩托车发动机的冷却系统可分为风冷系统、水冷系统和油冷系统。
风冷发动机利用了高速空气直接将汽缸体、汽缸盖等零件外表面的热量吹散到大气中，以保证发动机在较为有利的温度下工作。风冷可分为自然风冷和强制风冷。
自然风冷是利用摩托车在行驶过程中迎面吹来的气流吹冷发动机，一般不设冷却风扇。具体来看，发动机最热的部分是汽缸盖和汽缸体，为了将强其冷却效果，汽缸盖一般用具有良好导热性能的铝合金制造，汽缸体用铸铁或铝合金制造，并设置了许多散热片来增大散热面积。由于散热片所散发的热量占全部散出热量的绝大部分，散热片的布置对尽快而有效地将热量传出就显得很重要。同时还要求散热片在冷却空气通过时产生的空气阻力要小，因此散热片的方向基本上与摩托车行驶时气流的方向一致。
强制风冷是利用风扇产生的气流来冷却发动机，它由冷却风扇、导风罩、风罩等部件组成了冷却机构。具体来看，装在磁电机转子上的离心式冷却风扇随发动机起皱转动而转动，冷却风的压力和流量均得以提高，通过导风罩的合理分配，对汽缸盖、汽缸体及进排气口进行冷却，最后流出风罩。
在维修自然风冷发动机时，汽缸体和汽缸盖是发动机散热的最重要的零部件，应保证汽缸体和汽缸盖散热片无损伤、断裂，同时应经常清洗散热片的污泥、灰尘，以保证散热片良好的散热性。另外，还应对汽缸体、汽缸盖、火花塞、排气口出的积碳进行定期清理。
在维修强制风冷发动机时，除了按自然风冷发动机的维护保养外，还应保证风扇、导风罩、风罩无损坏，导风罩密封可靠。若有损坏，应立即进行修复或更换，同时还应对风扇、导风罩、风罩上的泥污、灰尘进行定期清洗。
液冷就是利用液体作为吸热介质冷却高温零件，再将热量传递给外界空气，以保证发动机在最适宜的温度状态下工作。它的优点是：冷却均匀，冷却效果好，运转噪声小。但它使发动机机构更加复杂，重量、成本增加，而且容易出现液体渗漏。水冷的还会出现冰冻、水沟等故障，给保养和维修中增加了困难。
水冷发动机多用于中型和大型摩托车。水冷却系有两种方式：强制水冷和自然水冷。强制水冷式由水泵、散热器、风扇、节温器等组成。自然水冷是在系统中不设水泵，而是领用冷却水的自然对流（热水向上流动。冷水向下流动）来实现循环。
油冷发动机是利用润滑油的冷却作用，通过降低润滑油的温度来实现冷却发动机的目的。它通常与风冷相结合，绝大多数采用双转子泵，一个油泵负责冷却用油的供给，另一个油泵负责冷却系统的机油供给。油冷发动机冷却装置有两种：一种是用空气冷却机油的装置，叫机油冷却器，其结构与水冷散热器相似；另一种是水冷却机油的装置，叫机油冷冷却，它的冷却又到通过冷却水箱，由冷却水吸收油管热量，从而降低机油温度。总体来看油冷发动机比水冷发动机的结构简单，但冷却强度没有水冷大，冷却效果没有水冷好，而其应用范围亦没有水冷广泛。
发动机的液冷系统若出现故障，将引起发动机过冷或过热，从而影响发动机的正常工作。因此，应定期对发动机液冷系统进行保养，出现故障及时排除。具体情况如下。
水泵的轴承应保证良好的润滑，以减小磨损。若发现轴承磨损较大，应及时更换。水泵各处应密封可靠，发现渗漏应及时修理，同时应定期清理水泵进出水道中的水垢。
散热器管道应畅通，散热片应完好无损。要定期清理散热片上的灰尘和泥浆，保证散热片良好的散热性。对管道和散热片的损伤部位要及时修理或更换。
风扇要保证叶片装配方向和装配角度的正确。叶片发生变形应及时修正，必要时更换风扇。
节温器在维护发动机的正常工作，减少发动机各主要零件的磨损方面影响极大，且不可任意拆除。节温器工作状况的检查应在热水中进行，当水温达到一定数值时，看阀门是否开启或开启高度是否达到技术要求。若达不到规定，应予以更换，否则冷却液将不能进行大循环。
