El Cayenne se ofrece con cinco versiones: Cayenne, Cayenne Diesel, Cayenne S, Cayenne S Hybrid, Cayenne GTS, Cayenne Turbo correspondientes a cuatro motores de gasolina distintos y uno de gasoil. El Cayenne a secas incorporaba originalmente un motor V6 de 3.2 litros de cilindrada y 250 CV de potencia máxima, que luego fue modificado hasta los 3.6 litros y 290 CV. El Cayenne S fue inicialmente un V8 aspirado de 4.5 litros y una potencia de 340 CV, luego llevado a 4.8 litros y 485 CV. El Cayenne Turbo tiene una versión del V8 con turbocompresor y 500 Caballos.
Los atmosféricos nuevos, mediante un sistema de inyección directa de combustible (por primera vez en un Porsche) y el sistema de manejo de válvulas VarioCamPlus, redujeron su consumo de combustible entre un 8 y 15% y el nivel de emisiones contaminantes al mismo tiempo.
La arquitectura del motor turbo permite que consiga el 90% del par (el máximo es de 700 Nm) entre las 2100 y las 5000 rpm. Su caja de cambios tiene unas marchas finales largas para favorecer su uso en autopista; en sexta marcha circula a 180 km/h a 4000 rpm.
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