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El Avensis está disponible con cuatro motores, dos de gasolina y dos Diesel.
De gasolina, hay un 1.6 VVT-i de 132 CV —8 CV más que el motor que llevaba el modelo anterior—. Lleva un nuevo sistema de distribución variable (alzado de válvulas), denominado «Valvematic». Gasta 6,5 l/100 km, menos que el Auris con el mismo motor cuando este último es un coche más ligero que el Avensis (ficha comparativa). También hay un 1.8 VVT-i de 147 CV.
El Avensis Diesel con cambio manual está disponible en combinación con dos motores: 2.0 D-4D de 126 CV y 2.2 D-4D de 150 CV.
El motor que tiene el Avensis Diesel con cambio automático «AutoDrive S» —2.2 D-CAT de 150 CV— es diferente al que tiene la versión de idéntica potencia y cambio manual. La mayor diferencia entre ambos radica en el sistema de descontaminación: 2.2 D-CAT tiene un dispositivo que reduce los óxidos de nitrógeno que se producen en la combustión.
Hay tres tipos de cajas de cambio disponibles. Una manual de seis velocidades, una automática de variador continuo («Multidrive S») con siete relaciones prefijadas y otra automática de convertidor de par («Autodrive S»). Ésta tiene levas tras el volante (imagen) —el «Multidrive S» no las lleva—.
 El Avensis de cuatro puertas mide 4.695 mm de largo, 1.810 mm de ancho y 1.480 mm de alto. El Cross Sport mide 4.765 mm de longitud. Con ambas carrocerías, la batalla se mantiene en 2.700 mm. Respecto al anterior Avensis, las vías aumentan: 30 mm la delantera y 45 mm la trasera
El coeficiente aerodinámico es 0,28 en la berlina y 0,29 en el familiar. Ambos son buenos datos.
La suspensión es independiente, de tipo McPherson en las ruedas delanteras y de doble triángulo en las traseras. Las barras estabilizadoras son más rígidas que en el modelo precedente, un 35% la delantera y un 20% la trasera.
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