La berlinetta 296 GTB représente une révolution pour Ferrari puisqu'elle introduit un moteur V6 turbo à 120° de 663 ch en complément des moteurs 8 et 12 cylindres.

C'est le premier six cylindres de l'histoire de Maranello pour une voiture de route portant le logo du Cheval Cabré.

Conçu et développé de A à Z pour la 296 GTB par les ingénieurs de Maranello, le moteur turbo six cylindres est disposé selon un angle de 120°.

L'architecture à 120°, plus déséquilibrée horizontalement qu'un "V" à 90°, permet d'installer les turbos en position centrale, ce qui réduit considérablement les volumes et les trajets d'air, maximisant ainsi la perméabilité et l'efficacité des conduits des canalisations d'admission et d'échappement.

Le V6 à combustion abrite les turbocompresseurs à l'intérieur du "V". En plus d'apporter des avantages significatifs en termes de compacité, d'abaissement du centre de gravité et de réduction de la masse, cette architecture favorise l'obtention de très hauts niveaux de puissance.

Le V6 Ferrari d'une cylindrée totale de 2 992 cm3 développant 663 ch établit un record pour une voiture de série en termes de puissance spécifique avec 221 ch/l.

L'introduction de la configuration en « V » à 120° avec combustion équidistante, ainsi que le positionnement des turbos à l'intérieur du « V » ont été essentiels pour obtenir ce niveau de puissance.

Pour atteindre une telle puissance spécifique, la pression dans la chambre de combustion a été augmentée. Cette augmentation a entraîné le besoin de développements thermo-fluido-dynamiques et structurels n'ayant pas d'impact sur le poids et la fiabilité du moteur.

Le savoir-faire de Ferrari en matière d'alliages légers, de dimensionnement et de composants a été mis à profit dans l'ensemble moteur en aluminium et les culasses, conçus spécifiquement pour l'architecture V6.

Le moteur intègre les tous derniers développements de Ferrari en termes de chambre de combustion: l'injecteur 350 bar et les bougies centrales améliorent le mélange dans la chambre, les performances et le niveau d'émissions.

Les canalisations d'admission et d'échappement ont été redessinées et réglées pour maximiser l'efficacité volumétrique et assurer ainsi une forte turbulence dans la chambre.

L'adoption d'alliages plus performants a permis d'augmenter la vitesse maximale de rotation des turbocompresseurs IHI qui atteint désormais 180 000 tr/min, avec pour conséquence une augmentation des performances et de l'efficacité et une suralimentation égale à 24%. Les turbos symétriques et contrarotatifs utilisent une architecture à une seule spirale.

Le vilebrequin est en acier nitruré. Pour que ses broches soient orientées à 120°, après le forgeage de l'ébauche, une phase de torsion est nécessaire, suivie de traitements thermiques de nitruration profonde (qui garantit la résistance aux charges élevées), d'un usinage mécanique et d'un équilibrage.

L'ordre d'allumage du V6 (1-6-3-4-2-5) découle de la géométrie du vilebrequin. Son niveau d'équilibrage consiste à équilibrer 100 % des masses tournantes et 25 % des masses alternées, ce qui permet de réduire les charges sur les roulements sans augmenter le poids du moteur.

Une pompe d'alimentation en huile à cylindrée variable a été mise au point pour réguler en permanence la pression d'huile sur toute la plage de fonctionnement du moteur.

Grâce à une électrovanne commandée par l'unité de commande, la cylindrée varie en fonction du régime et de la charge, ce qui garantit le débit d'huile uniquement nécessaire et ce qui maximise les économies d'énergie liées à l'entraînement de la pompe.

Afin de minimiser les pertes par claquage, le système de drainage a été amélioré avec six rotors de récupération : trois pour les compartiments de la manivelle, un pour le compartiment de distribution et deux pour les compartiments de la culasse.

Le moteur V6 a un son unique car il combine deux caractéristiques habituellement contrastées comme l'intensité du turbocompresseur et l'harmonie des notes à haute fréquence du V12 atmosphérique. Même à bas régimes, le timbre du son intérieur renvoie les ordres « purs » du moteur V12 avec des aigus dans les hautes fréquences. À cela s'ajoute une contribution des orifices d'admission dans les hauts régimes, qui ajoute de la profondeur à une intensité progressive.