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新型ランボルギーニムルシエラゴLP640ロードスターの心臓は、クーペと同様の新型6.5 リッター（6,496cc）60°V12 エンジン。その名称が示すとおり、640PS（471kW）/8,000rpm の最高出力と660Nm/6,000rpm の最大トルクを発生します。これほどのハイパワーを実現しながらも、現代のスポーツカーの方程式に則り、欧州および北米の現行排ガス規制をすべて満たしています。
パワーアップに伴い、パフォーマンスも向上しています。最高速度は、MY06 モデルの320km/h に対して、330km/h となっています。0〜100km/h 加速はわずか3.4 秒、MY０６モデルを0.4 秒も上回ります。
開発担当エンジニアは、トルク特性の向上にも目を向けました。無段階可変バルブ・タイミング・システム（インテークおよびエキゾースト）や
ドライブバイワイヤー・エンジン・マネジメント・システムにより、ドライバビリティのいっそうの向上が達成されています。また、増大した熱的負荷に備えて、オイルクーラーが大型化されると同時に、エクステリアの左リヤ・フェンダーには大型エア・インレットが設けられました。一方、ランボルギーニVASC（可変ジオメトリー・エア・インレット・システム）およびラジエーターは、MY06 と同一です。また、電子制御エア・スクープも装着され、外気温やエンジン・コンパートメントの冷却要件に合わせてスクープが開閉、空力効率を最大限に高めると同時に、エアフロー・ニーズにも応えています。