发动机机械机构分为三大系统。
发动机壳体
曲轴传动机构
气门机构
这三个系统始终处于相互配合的状态。
首先介绍对发动机特性有重要影响的相互关系：
点火间隔
点火顺序
质量平衡
点火间隔是指两次连续点火之间的曲轴转角。
在一个工作循环过程中每个气缸点火一次。在四冲程发动机的工作循环（进气、压缩、做功、排气）中曲轴转动整整两圈，即曲轴转角为720°。
相等的点火间隔可在所有转速情况下确保稳定的发动机运行特性。该点火间隔计算方式如下：点火间隔 =720° : 气缸数
例如：
4 缸： 180° 曲轴转角（ CR）
6 缸： 120° CR
8 缸： 90° CR
12 缸： 60° CR。
气缸数越多，点火间隔越小。点火间隔越小，发动机运行越平稳。至少从理论上来讲，质量平衡因素也起到了一定作用，该因素取决于发动机结构形式和点火顺序。
为了使气缸能够充分点火，必须使相关活塞处于“点火 TDC”位置，即所属进气门和排气门必须关闭。只有曲轴和凸轮轴的相对位置正确时才能实现上述目的。
这个点火间隔由曲柄轴颈偏置 （曲柄角距）决定，即两个依次点火气缸（由点火顺序决定）的曲柄轴颈之间的夹角。
V 型发动机的“ V”型角也必须大小相同，从而使两个气缸列能够具有相同的点火间隔。因此，BMW 8 缸的气缸列夹角为 90°， 12缸为60°。
10 缸发动机 S85 除外。经计算，其气缸夹角为72°。但该发动机的 V 型角为 90°。因此，其点火间隔并不稳定， 90° CR 和 54° CR 交替出现。在这种大功率发动机上，为了实现其它设计要求必须放弃最理想的点火间隔。
点火顺序是指发动机各气缸点火的顺序。
点火顺序对发动机运行平稳性负有直接责任。它由发动机结构形式、气缸数和点火间隔决定。
点火顺序通常由第一个气缸开始排序。
下面列出了 BMW 发动机的点火顺序。
如上所述，发动机运行平稳性取决于发动机结构形式、气缸数、点火顺序和点火间隔。
以 6 缸发动机为例可以说明这些因素的影响。虽然这种发动机需要更大的安装空间和更高的生产成本，但是BMW 仍将其设计为直列发动机。
将一个直列 6 缸发动机与 V 型 6 缸发动机的质量平衡因素进行比较便可了解其原因。
下图展示了一个 BMW 直列 6 缸发动机、一个气缸夹角为60° 的 V 型 6 缸发动机以及一个气缸夹角为90° 的 V 型 6 缸发动机各自的惯性矩轨迹曲线。
区别很明显。直列 6 缸发动机的质量平衡非常好，因此整个发动机都保持平稳运行状态。
而 V 型 6 缸发动机则显示出明显的运动趋势，表现为不平稳的发动机运行特性。
发动机壳体起到与外界隔离密封的作用并吸收发动机运行过程中的各种作用力。
发动机壳体由下图所示的主要组成部分构成。此外，为了确保发动机壳体完成其工作任务，还需要密封垫和螺栓。
这些工作主要包括：
吸收发动机运行过程中产生的各种作用力
对燃烧室、发动机油和冷却液起到密封作用
固定曲轴传动机构、气门机构以及其它部件。
曲轴传动机构（口语通常叫做传动机构）是一个将燃烧室压力转化为动能的功能分组。在此过程中，活塞的往复运动转化为曲轴的转动。在功效、效率和技术实用性上，曲轴传动机构是实现上述目的的最佳选择。
但是仍需解决下列技术限制和设计挑战方面的问题：
因惯性力而使转数受到限制
在工作循环过程中动力输出不均衡
产生扭振，从而使传动系统和曲轴承受负荷
各种摩擦面的共同作用。
下图展示了曲轴传动机构的组成部分：
曲轴传动机构各部分的运动方式不同：
活塞在气缸内上下运动（往复运动）
连杆
通过小连杆头以可转动方式连接在活塞销上，也进行往复式运动
大连杆头连接在曲柄轴颈上并随之转动
连杆轴在曲轴圆周平面内摆动。
曲轴围绕自身轴线转动（旋转）。
气门机构负责控制换气过程。当前的BMW 发动机仅采用双顶置凸轮轴和每缸四气门的结构。 向气门传输作用力的方式发生了变化。 可以直接通过挺杆或间接通过压杆进行。
必须周期性地为发动机供应新鲜空气，并排出所产生的废气。四冲程发动机吸入新鲜空气和排出废气的过程称为换气过程。
在换气过程中，进气和排气通道通过进气门和排气门周期性地开启和关闭。进气门和排气门使用提升式气门。
气门运动的时间和顺序由凸轮轴决定。
下图展示了进气门和排气门在曲轴转动两圈过程中的气门行程。正时时间表示进气门和排气门开启和关闭时的曲轴角度位置（从上止点TDC开始）。
负责将凸轮行程传给气门的机械机构称为气门机构。
气门机构承受较高的加速度和减速度。由此产生的惯性力随发动机转数增加而增大并使结构承受很大负荷。此外，排气门必须能够抵抗高温废气的温度。
为了能够在这些情况下正常运行，气门机构组件必须满足下列要求：
在整个发动机使用寿命过程中具有较高的强度
低摩擦特性
气门散热能力足够。
传统发动机的曲轴和凸轮轴通过一个正时带或正时链以纯机械方式连接在一起。在这种情况下正时时间是固定不变的。对现代气门机构的另一个要求是能够改变正时时间和气门行程。
为了满足这个要求，人们引入了可变凸轮轴控制装置（VANOS）和 VALVETRONIC（参见发动机基本原理， VANOS 和发动机基本原理，VALVETRONIC）。
气门机构由下列部件共同构成：
凸轮轴
传动元件（压杆、挺杆）
气门（整个总成）
可能包括液压气门间隙补偿器（HVA）。
下图展示了带有桶状挺杆和液压气门间隙补偿器的4 气门气缸盖结构。
气门机构有多种形式。人们根据下列几点进行区分：
气门的数量和位置
凸轮轴的数量和位置
向气门传递运动的方式
气门间隙调节方式。
气门机构的名称由前两点决定。下面列出了一些气门机构。
现在，BMW 发动机仅采用四气门气缸及每个气缸列双顶置凸轮轴（ DOHC）的结构。M43和 M73 发动机是每个气缸仅有两个气门及每个气缸列一个凸轮轴（OHC）的最后两款BMW 汽油发动机。
凸轮轴将凸轮运动传给气门的方式分为通过挺杆传动以及通过摇臂或压杆传动。BMW 仅采用压杆、桶状挺杆及应用于 S85 发动机的室式挺杆。
为了使凸轮轴凸轮与所谓的凸轮随动件之间保持正确间隙，需要一个气门间隙调节装置或气门间隙补偿器。
下面两幅插图各自展示了两种气门机构的部件。
第一幅插图展示了带有滚子式气门压杆和HVA 组件的 N46 发动机气门机构。该发动机装有 VALVETRONIC。 VALVETRONIC 发动机始终采用滚子式气门压杆作为传动元件。
第二幅插图展示了带有HVA 室式挺杆的S85 气门机构部件。
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