На автомобилях BMW 5 серии устанавливаются рядные двигатели водяного охлаждения. Двигатели рабочим объемом 1.8 л имеют 4 цилиндра, все остальные —6 цилиндров. Силовой агрегат расположен в моторном отсеке продольно. Снятие двигателя возможно только вверх с помощью подъемника. В зависимости от модели устанавливают следующие двигатели:
модель 518i: 4-цилиндровый двигатель М40 с рабочим объемом 1.8 л;
модели 520i/525i (рабочий объем 2,0/2,5 л): до апреля 1990 г. двигатель М20, с мая 1990 г. — более мощный 4-клапанный двигатель М50; модели 530i/535i: двигатель МЗО с рабочим обьемом 3,0/3.5 л;
модель 524td: турбодизельный двигатель M2I с рабочим объемом 2,4 л;
модели 525td/525tds: турбодизельный двигатель М51 с рабочим объемом 2,5 л.
Блок цилиндров отливается из серого чугуна вместе с цилиндрами. При износе свыше допустимых пределов или повреждении стенок, цилиндры могут быть расточены и отхонингованы в специализированной мастерской. После этого требуется установка поршней ремонтных (увеличенных) размеров. В нижней части блока цилиндров на коренных подшипниках установлен коленчатый вал. Шатуны, соединяющие поршни с шатунными шейками коленчатого вала, установлены на коленчатом валу на подшипниках скольжения. Снизу блок цилиндров закрыт масляным поддоном, в котором находится масло, необходимое для смазки и охлаждения двигателя. Сверху на блоке цилиндров установлена головка цилиндров, отлитая из алюминиевого сглава. По сравнению с чугуном алюминий обладает большей теплопроводностью и меньшим удельным весом.
Головка цилиндров устроена по так называемому принципу поперечного потока. Горючая смесь поступает в головку цилиндров с одной стороны, а отработавшие газы выталкиваются с противоположной. Такая конструкция обеспечивает более быстрый газообмен. В верхней части головки цилиндров установлен распределительный вал. Привод распределительного вала в двигателях М40, М20 и М21 осуществляется от коленчатого вала зубчатым ремнем, а в двигателях МЗО, М50 и М51 — однорядной роликовой цепью. В двигателях М20 и МЗО распределительный вал через коромысла управляет работой впускных и выпускных клапанов, имеющих V-образное расположение. В двигателе М50. имеющем четыре клапана на цилиндр, установлены два распределительных вала, один из которых управляет впускными, а другой — выпускными клапанами. Привод клапанов в этом двигателе непосредственный, через гидравлические толкатели, не требующие регулировки. В дизельном двигателе М51 также используются гидравлические толкатели. В четырехцилиндровом двигателе М40 и в дизельном двигателе М21 привод клапанов осуществляется через качающиеся рычаги, опирающиеся со стороны, противоположной клапану, на шаровые пальцы (в двигателях М40 —с компенсацией зазоров). Для двигателей М20, М21 и МЗО требуется проверка и регулировка зазоров в клапанах в рамках технического обслуживания, а также после проведения ремонтных работ на двигателе.
С сентября 1992 г. на моделях 520i/525i устанавливаются модернизированные 6-цилиндровые двигатели М50. В частности, в них установлена система изменения фаз газораспределения, сокращенно называемая VANOS. В зависимости от частоты вращения двигателя с помощью сервопривода изменяется угловое положение распределительного вала, управляющего впускными клапанами, относительно приводной звездочки, что позволяет оптимизировать работу двигателя в широком диапазоне оборотов. Управление системой осуществляется электронным блоком управления двигателя. Другие изменения направлены на улучшение характеристик холостого хода и крутящего момента, снижение токсичности отработавших газов и расхода топлива: увеличена степень сжатия при введении дополнительного управления для устранения детонации, установлены одиночные пружины клапанов с уменьшенной упругостью и облегченные поршни с удлиненными шатунами. Масляный насос, подающий масло в систему смазки двигателя, в 6-цилиндровых бензиновых двигателях и дизельных двигателях объемом 2,4 л расположен в передней части масляного поддона и приводится в действие от коленчатого вала или через промежуточный вал. В 4-цилиндровых бензиновых двигателях и дизельных двигателях рабочим объемом 2.5 л масляный насос находится в крышке картера приводного механизма. Из масляного поддона масло подается к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, к подшипникам распределительного вала, а также разбрызгивается на стенки цилиндров.
Водяной насос расположен в передней части блока цилиндров. Его вал связан через вискомуфту с вентилятором, который начинает вращаться при достижении oпределемной температуры Привод водяного насоса осуществляется клиновым ремнем от коленчатого вала. Этот же ремень используется для привода генератора В двигателях М40 водяной насос приводится в действие зубчатым ремнем распределительного вала Следует подчеркнуть, что система охлаждения независимо от сезона должна быть заполнена смесью антифриза и дистиллированной воды с антикоррозионными присадками. Электронная система впрыска топлива и зажигания служит для приготовления и воспламенения воздушно-топливной горючей смеси. Применение электронного управления гарантирует стабильный состав отработавших газов В передней части головки цилиндров вместо обычного распределителя зажигания установлен так называемый распределитель высокого напряжения с приводом непосредственно от распределительного вала. Система зажигания двигателей М50 вообще не имеет распределителя и других движущихся частей. В дизельных двигателях также применяется электронное управление подачей топлива с помощью системы ODE (Digitate Diesel-Electromk — цифровая электронная система управления дизельным двигателем).
