BMW modifica su gama de motores Diesel de cuatro cilindros: sustituye los de 120 y 150 CV (ó 163, según el modelo que lo lleva) por tres variantes de 143, 177 y 204 CV. Todos comparten el mismo bloque de 1.995 cm³ y están sobrealimentados. A diferencia de lo que ocurría hasta ahora, los nuevos motores pueden ir acoplados al sistema de tracción total «xDrive».

Los tres motores son capaces de alcanzar un régimen de giro elevado: 5.000 rpm en los dos menos potentes y 5.200 rpm en el de 204 CV. Este último da la potencia máxima a un régimen algo mayor de lo habitual en un motor Diesel, 4.400 rpm (lo más frecuente es alrededor de 4.000 rpm).

Los de 143 y 177 CV tienen un turbocompresor de álabes móviles. Los dos motores se diferencian por el sistema de inyección y la presión de sobrealimentación: mientras que en el menos potente hay inyectores electromagnéticos que trabajan a un presión que de 1.600 bar y el turbocompresor da una presión máxima absoluta de 2,5 bar, en el de 177 CV los inyectores son piezoeléctricos, inyectan el combustible a 1.800 bar y la sobrepresión es 2,55 bar.

La versión de 204 CV también tiene inyectores piezoeléctricos que funcionan a una presión de 2.000 bar (mayor de la que emplean otras marcas). Pero lo que más distingue al motor más potente del resto es el sistema de sobrealimentación: en vez de tener un turbocompresor tiene dos, de distinto tamaño, dispuestos en serie (BMW lo llama «Twin Turbo Variable») que pueden dar una presión máxima absoluta de 3,0 bar.

A bajo régimen, el aire de admisión pasa por el turbocompresor de mayor tamaño y -sin ser comprimido- pasa al pequeño, donde experimenta una fase de compresión. A medida que el motor sube de régimen, el aire que pasa por la turbina grande sufre una pequeña compresión, volviendo a comprimirse al pasar por el turbocompresor pequeño. Cuando el motor llega a un cierto régimen más alto, se abre una válvula para que toda la compresión la haga el compresor grande (y el aire no pase por el pequeño). Con este sistema, se obtiene el beneficio de un turbocompresor pequeño (tiempo de respuesta muy bajo) y de uno grande (gran caudal y presión de aire). Este dispositivo lo estrenó BMW en el motor de seis cilindros Diesel que lleva el 535d.

La relación de compresión de los tres motores es 16 a 1, casi tan baja como la de un Toyota Avensis 2.2 D-4D. Una relación de compresión tan baja permite llenar más la cámara (una ventaja para la potencia), hacer una mezcla mejor (una ventaja para las emisiones) y reducir el ruido. Estas ventajas deberían compensar la pérdida de rendimiento que implica una relación de compresión baja.

El valor fundamental para el diseño de un motor Diesel es la presión máxima en la cámara (no la media efectiva). En el caso de los motores de 177 ó 204 CV es 180 bar (la del 143 CV es 170 bar), un valor elevado, la misma que la de los motores V6 Diesel 280 CDI y 320 CDI de Mercedes-Benz.

El bloque de cilindros está hecho de aluminio con casquillos de fundición gris montados térmicamente; hasta ahora todo el bloque era de fundición gris. De este modo, el peso se reduce 17 kg.

Además de los cambios en el sistema de inyección y sobrepresión, BMW ha efectuado otras modificaciones en estos motores.

La culata y sus conductos de admisión son nuevos: el sistema de admisión está montado lateralmente y tiene forma de espiral para que produzca una turbulencia en el aire, lo que mejora la mezcla. Con el fin de minimizar las emisiones contaminantes, la turbulencia que genera el conducto se puede regular electrónicamente.

La bomba de líquido refrigerante, el alternador y el compresor del aire acondicionado están colocados en el lado de admisión del motor y son accionados por una sola correa (imagen). De este modo, queda sitio en el otro lado para colocar los dos turbocompresores que tiene la versión de 204 CV.

En el cárter, hay dos ejes contrarrotantes engrandos al cigüeñal para eliminar las vibraciones de segundo orden (imagen).

Para mejorar la protección de los peatones en caso de atropello, la cadena de accionamiento de los árboles de levas está en el lado del volante de inercia (imagen) en vez de en la parte frontal (el motor va colocado longitudinalmente).

Los tres motores incluyen los siguientes sistemas para aumentar la eficiencia: recuperación de la energía de frenado (Brake Energy Regeneration), función Auto Start Stop, indicación del momento más oportuno para cambiar de marchas (con caja de cambios manual) y, además, nueva dirección asistida eléctrica (más información de estos dispositivos en la Serie 1).

Las emisiones de dióxido de carbono de la versión de 143 CV montada en un serie 1 (118d) son 123 g/km y las de la versión 120d (177 CV) son 129 g/km, valores inferiores a 140 g/km, valor compromiso que adoptó la Asociación de Constructores Europeos de Automóviles y que deberían lograr todos los integrantes en 2008. El filtro de partículas es de serie.