La BMW M5 est propulsée par un moteur V8 bi-turbo de 4.4 litres équipé de la technologie M TwinPower Turbo. Les nouveaux turbocompresseurs, le refroidissement d'air à admission indirecte et la pression supérieure de l'injection de carburant permettent d'augmenter la puissance et le couple par rapport au moteur de la M5 de précédente génération. Le moteur produit 600 ch entre 5 600 et 6 700 t/min, tandis qu'un couple de 750 Nm est mis à la disposition du conducteur à partir de 1 800 t/min jusqu'à 5 600 t/min.

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