En 2007, la nouvelle génération de M3 abandonne, après 15 années de bons et loyaux services, son 6 cylindres en ligne, élu plusieurs fois « moteur de l’année ». Un 8 cylindres équipe pour la première fois le coupé, puis la berline qui est présentée peu après. Ce V8 de 3 999 cm3 de cylindrée développe 420 ch. Près de 85 % du couple maximal de 400 Nm est disponible sur la vaste plage de régime de 6 500 tr/min. La puissance est transmise aux roues arrière par l’intermédiaire d’une boîte manuelle à 6 rapports et d’un différentiel d’essieu arrière entièrement repensé. Les concepteurs se sont une fois de plus efforcés d’alléger l’ensemble, en particulier pour le coupé. Au vu de l’expérience positive sur les précédents modèles M, ils optent pour un pavillon en plastique renforcé de fibres de carbone et un capot en aluminium.
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