【技術資料】寶馬發動機系統概述
相互關係
發動機機械機構分為三大系統。
發動機殼體
曲軸傳動機構
氣門機構
這三個系統始終處於相互配合的狀態。
首先介紹對發動機特性有重要影響的相互關係：
點火間隔
點火順序
質量平衡
點火間隔
點火間隔是指兩次連續點火之間的曲軸轉角。
在一個工作循環過程中每個氣缸點火一次。在四衝程發動機的工作循環（進氣、壓縮、做功、排氣）中曲軸轉動整整兩圈，即曲軸轉角為720°。
相等的點火間隔可在所有轉速情況下確保穩定的發動機運行特性。該點火間隔計算方式如下：點火間隔 =720° : 氣缸數
例如：
4 缸： 180° 曲軸轉角（ CR）
6 缸： 120° CR
8 缸： 90° CR
12 缸： 60° CR。
氣缸數越多，點火間隔越小。點火間隔越小，發動機運行越平穩。至少從理論上來講，質量平衡因素也起到了一定作用，該因素取決於發動機結構形式和點火順序。
為了使氣缸能夠充分點火，必須使相關活塞處於「點火 TDC」位置，即所屬進氣門和排氣門必須關閉。只有曲軸和凸輪軸的相對位置正確時才能實現上述目的。
這個點火間隔由曲柄軸頸偏置 （曲柄角距）決定，即兩個依次點火氣缸（由點火順序決定）的曲柄軸頸之間的夾角。
V 型發動機的「 V」型角也必須大小相同，從而使兩個氣缸列能夠具有相同的點火間隔。因此，BMW 8 缸的氣缸列夾角為 90°， 12缸為60°。
10 缸發動機 S85 除外。經計算，其氣缸夾角為72°。但該發動機的 V 型角為 90°。因此，其點火間隔並不穩定， 90° CR 和 54° CR 交替出現。在這種大功率發動機上，為了實現其它設計要求必須放棄最理想的點火間隔。
點火順序點火順序是指發動機各氣缸點火的順序。
點火順序對發動機運行平穩性負有直接責任。它由發動機結構形式、氣缸數和點火間隔決定。
點火順序通常由第一個氣缸開始排序。
下面列出了 BMW 發動機的點火順序。
如上所述，發動機運行平穩性取決於發動機結構形式、氣缸數、點火順序和點火間隔。
以 6 缸發動機為例可以說明這些因素的影響。雖然這種發動機需要更大的安裝空間和更高的生產成本，但是BMW 仍將其設計為直列發動機。
將一個直列 6 缸發動機與 V 型 6 缸發動機的質量平衡因素進行比較便可瞭解其原因。
下圖展示了一個 BMW 直列 6 缸發動機、一個氣缸夾角為60° 的 V 型 6 缸發動機以及一個氣缸夾角為90° 的 V 型 6 缸發動機各自的慣性矩軌跡曲線。
區別很明顯。直列 6 缸發動機的質量平衡非常好，因此整個發動機都保持平穩運行狀態。
而 V 型 6 缸發動機則顯示出明顯的運動趨勢，表現為不平穩的發動機運行特性。
發動機殼體
發動機殼體起到與外界隔離密封的作用並吸收發動機運行過程中的各種作用力。
發動機殼體由下圖所示的主要組成部分構成。此外，為了確保發動機殼體完成其工作任務，還需要密封墊和螺栓。
這些工作主要包括：
吸收發動機運行過程中產生的各種作用力
對燃燒室、發動機油和冷卻液起到密封作用
固定曲軸傳動機構、氣門機構以及其它部件。
曲軸傳動機構（口語通常叫做傳動機構）是一個將燃燒室壓力轉化為動能的功能分組。在此過程中，活塞的往複運動轉化為曲軸的轉動。在功效、效率和技術實用性上，曲軸傳動機構是實現上述目的的最佳選擇。
但是仍需解決下列技術限制和設計挑戰方面的問題：
因慣性力而使轉數受到限制
在工作循環過程中動力輸出不均衡
產生扭振，從而使傳動系統和曲軸承受負荷
各種摩擦面的共同作用。
下圖展示了曲軸傳動機構的組成部分：
曲軸傳動機構各部分的運動方式不同：
活塞在氣缸內上下運動（往複運動）
連桿 通過小連桿頭以可轉動方式連接在活塞銷上，也進行往複式運動 大連桿頭連接在曲柄軸頸上並隨之轉動 連桿軸在曲軸圓周平面內擺動。
曲軸圍繞自身軸線轉動（旋轉）。
氣門機構負責控制換氣過程。當前的BMW 發動機僅採用雙頂置凸輪軸和每缸四氣門的結構。 向氣門傳輸作用力的方式發生了變化。 可以直接通過挺桿或間接通過壓桿進行。
必須週期性地為發動機供應新鮮空氣，並排出所產生的廢氣。四衝程發動機吸入新鮮空氣和排出廢氣的過程稱為換氣過程。
在換氣過程中，進氣和排氣通道通過進氣門和排氣門週期性地開啟和關閉。進氣門和排氣門使用提升式氣門。
氣門運動的時間和順序由凸輪軸決定。
下圖展示了進氣門和排氣門在曲軸轉動兩圈過程中的氣門行程。正時時間表示進氣門和排氣門開啟和關閉時的曲軸角度位置（從上止點TDC開始）。
負責將凸輪行程傳給氣門的機械機構稱為氣門機構。
氣門機構承受較高的加速度和減速度。由此產生的慣性力隨發動機轉數增加而增大並使結構承受很大負荷。此外，排氣門必須能夠抵抗高溫廢氣的溫度。
為了能夠在這些情況下正常運行，氣門機構組件必須滿足下列要求：
在整個發動機使用壽命過程中具有較高的強度
低摩擦特性
氣門散熱能力足夠。
傳統發動機的曲軸和凸輪軸通過一個正時帶或正時鏈以純機械方式連接在一起。在這種情況下正時時間是固定不變的。對現代氣門機構的另一個要求是能夠改變正時時間和氣門行程。
為了滿足這個要求，人們引入了可變凸輪軸控制裝置（VANOS）和 VALVETRONIC（參見發動機基本原理， VANOS 和發動機基本原理，VALVETRONIC）。
結構氣門機構由下列部件共同構成：
凸輪軸
傳動元件（壓桿、挺桿）
氣門（整個總成）
可能包括液壓氣門間隙補償器（HVA）。
下圖展示了帶有桶狀挺桿和液壓氣門間隙補償器的4 氣門氣缸蓋結構。
氣門機構有多種形式。人們根據下列幾點進行區分：
氣門的數量和位置
凸輪軸的數量和位置
向氣門傳遞運動的方式
氣門間隙調節方式。
氣門機構的名稱由前兩點決定。下面列出了一些氣門機構。
現在，BMW 發動機僅採用四氣門氣缸及每個氣缸列雙頂置凸輪軸（ DOHC）的結構。M43和 M73 發動機是每個氣缸僅有兩個氣門及每個氣缸列一個凸輪軸（OHC）的最後兩款BMW 汽油發動機。
凸輪軸將凸輪運動傳給氣門的方式分為通過挺桿傳動以及通過搖臂或壓桿傳動。BMW 僅採用壓桿、桶狀挺桿及應用於 S85 發動機的室式挺桿。
為了使凸輪軸凸輪與所謂的凸輪隨動件之間保持正確間隙，需要一個氣門間隙調節裝置或氣門間隙補償器。
下面兩幅插圖各自展示了兩種氣門機構的部件。
第一幅插圖展示了帶有滾子式氣門壓桿和HVA 組件的 N46 發動機氣門機構。該發動機裝有 VALVETRONIC。 VALVETRONIC 發動機始終採用滾子式氣門壓桿作為傳動元件。
第二幅插圖展示了帶有HVA 室式挺桿的S85 氣門機構部件。
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