Al igual que el motor reemplazado, el nuevo tiene ocho cilindros en «V» y dos turbocompresores, pero la cilindrada aumenta de 4,0 l a 4,2 y el bloque es distinto. En el motor anterior, la distancia entre cilindros (uno de los datos más característicos de motor) era 88 mm y en este es 90 mm.

El bloque sigue estando fabricado de una fundición de hierro con grafito, llamado «vermicular» por su estructura. Este tipo de fundición tiene una relación más favorable entre peso y resistencia que la fundición gris.

El bloque pesa 62 kg, respecto al que sustituye, el conjunto motor pesa 15 kg menos (255 kg) . La carrera (95,5 mm) se mantienen, pero el diámetro de cada cilindro aumenta 2 mm, hasta 83 mm.

La relación de compresión ha bajado de 17,5 a 16,0. Como es normal actualmente, los motres Diesel tienen menos relación de compresión.

La superficie de los cilindros está tratada con una exposición a un láser con longitud de onda ultra violeta. De esto modo, Audi dice que se consigue disminuir el consumo de aceite y, por lo tanto, se generan menos partículas sólidas durante la combustión.

La culata es de aluminio y tiene cuatro válvulas por cilindro que son accionadas por balancines de rodillos con ajuste hidráulico. Con esto se logra una fricción entre piezas reducida, lo que repercute en un menor consumo y ruido. La distribución es por cadena y acciona también las bombas del agua, aceite y dirección asistida.

A pesar de que casi todos los elementos del motor se mueven por cadena, para la bomba de gasóleo hay una correa dentada aparte. Esta correa es muy ancha y está colocada de forma que alarga unos centímetros la longitud del motor; es curioso que sea así porque uno de los objetivos era hacer el motor lo más corto posible. Según parece, el motivo de usar ahí una correa es que está en una zona donde una cadena sería más difícil de aislar acústicamente, como lo están las otras que lleva.

El sistema de alimentación de combustible es de tipo conducto común, con una presión de trabajo de 1.600 bar. Emplea inyectores piezoeléctricos, como los motores 2,7 y 3,0 TDI; los el 4,0 eran electromagnéticos.

Aunque pueden llegar a dar cinco inyecciones por ciclo, Audi usa únicamente un máximo de cuatro. A medio régimen y carga hace dos preinyeciones y una inyección; a medio régimen, una preinyección y una inyección.

La cuarta es una posinyección que se utiliza para aumentar la temperatura de los gases de escape cuando se regenera el filtro de partículas. Éste es de carburo de silicio y tiene capacidad para circular sin que sea necesario autoregenerarse durante 2.000 km (máximo). La temperatura a la que se realiza esta operación es 580 ºC

Los dos turbocompresores son variables y su control es electrónico; cada uno está unido a su propio intercooler (colocados en la parte izquierda y derecha del frontal). Hay un conducto que une los dos colectores de admisión, para asegurar que la presión de alimentación es la misma en las dos bancadas de cilindros.

La centralita que gestiona el motor es nueva (Bosch EDC16 CP) y permite arrancar mediante un pulsador (hasta ahora esto sólo era posible en los A8 con motor gasolina)

Tiene 51 CV más que el motor de 4,0 l y el mismo par máximo (650 Nm), aunque se obtiene antes y se mantiene durante más régimen (de 1.600 a 3.500 rpm, antes de 1.800 a 2.500 rpm). Hasta la fecha, no hay otro turismo a la venta en España con un motor Diesel tan potente, pero sí con más par (BMW 745d y Volkswagen Phaeton V10 TDI). La presión máxima efectiva es 165 bar; es un valor alto, pero hay motores que dan más (los nuevos V6 de Mercedes-Benz, por ejemplo, alcanzan 180 bar).

El consumo específico mínimo es ahora 202 gramos de combustible por cada kWh. Es un valor muy bueno y ligeramente menor que en el anterior motor (205 gr/kWh). La mejora de rendimiento se debe exclusivamente al sistema de inyección.