N20发动机使用的冷却系统和N55发动机的非常相似。系统包括冷却液冷却和发动机油冷却。N20发动机使用发动机油/冷却液热交换器进行发动机油冷却。通过数字式发动机电子系统内的热量管理协调器进行冷却系统调节。

冷却模块一般来说，自身一般都只有只一个型号。N20发动机数字式发动机电子系统内的热量管理系统功能与N55发动机所用相同。包括对电动冷却部件电子扇、特性曲线式节温器和冷却液泵进行独立调节。N20发动机所用电动冷却液泵与众多BMW 发动机均相同，额定功率为400W。N20发动机采用传统特性曲线式节温器，在非电动调节模式下，开始开启时冷却温度为97正负2度，完全开启的时候在109度。当然，也能通过特性曲线式节温器内电动加热装置确保在较低冷却液温度状态下便实现开启功能。其热量管理系统确定当前冷却需求并相应调节冷却系统。在某些情况下升值可以完全关闭冷却液泵，如在暖机阶段让冷却液迅速加热时。在发动机通知运转且温度较高时或者冷却废气涡轮增压器时，冷却液泵在发动机静止状态下仍可继续输送冷却液。因此可以不根据发动机转速满足冷却功率要求。除去特性曲线式节温器外，热量管理系统还能根据不同特性曲线控制冷却液泵。因此发动机管理系统可以根据行驶情况调节冷却液温度。在109℃时候是经济运行模式，106℃是正常运行模式，95℃是高功率运行模式，80℃则是高功率运行模式和特性曲线式节温器供电。发动机控制单元根据行驶情况识别到节省能量的“经济”运行范围时，发动机管理系统就会调节到较高温度109℃。在这个温度范围内发动机会以相对较低的燃油需求量运行。温度较高时发动机内部摩擦减小。温度升高还有助于降低负荷较低情况下的耗油量。处于“高功率和特性曲线式节温器供电”运行模式时，驾驶员希望利用最佳发动机功率利用率。为此需要将汽缸盖内的温度降至80℃。温度降低可以提高容积效率，从而提高发动机扭矩。发动机控制单元现在可根据相应行驶状况调节到特定运行范围。从而能够通过冷却系统影响耗油量和功率。作为系统保护，如果发动机运行期间冷却或者发动机油温过高，就会通过影响车辆的某些功能为发动机冷却系统提供更多能量。这些措施分为两种运行模式。分别为对部件保护：在冷却液温度超过117℃或者主机油通道内机油压力和温度传感器上的发动机油温超过143℃，措施则是降低空调和发动机功率。也有紧急情况：冷却液温度超过122℃或者主机油通道内机油压力和温度传感器上的发动机油温度超过151℃，措施有如降低发动机功率降至约90%。发动机内部也需要冷却。与N55发动机一样的部分是汽缸盖内的冷却液通道也围绕着喷射器并通过这种冷却方式对其进行冷却。而与N55发动机不同的是，在N20发动机曲轴箱内各气缸之间的环岸上没有任何凹槽。取而代之的是N20发动机的气缸之间有开孔，各侧两个位于中间。