“我们本可以在旧款的Ecotec发动机上进行更新，那也是一台直喷发动机。” 通用汽车动力系统助理首席工程师Dr. Edward Groff表示。不过重新设计一款新的直喷发动机要比在原来的发动机上改进更方便。第三代Ecotec中包括一款全新2.0升涡轮增压发动机，气缸缸膛直径为86毫米（3.385英寸），压缩比达到9.5比1。
2.5升发动机作为ATS的基础款发动机，最大功率202马力（151千瓦），新2.0升发动机是双卷轴涡轮增压器，最大功率272马力（203千瓦），也将搭载与ATS上，最大升压压力达到20磅/平方英寸（140千帕），3.6升V6发动机最大功率303马力（226千瓦）为可选款。
新的燃烧系统和配气机构
通用汽车动力工程师使用公司专有的计算流体力学的分析工具将燃烧系统经过全新设计，使2.5升发动机上的压缩比达到了11.3比1，提高了燃烧效率并且缓解发动机敲缸现象。除了连续可变正时技术外，该发动机还采用了进气门升程控制技术。发动机采用滚子摇臂式气门机构，以及双节凸轮叶，一组滚子与凸轮叶控制吸气行程，另一组控制压缩行程。摇臂中配置一个具备弹簧的活塞，根据电子燃油控制阀反馈的燃油压力并通过一个双路径气门间隙调节器来进行工作。
随着燃油压缩，活塞向内移动，锁定摇臂的吸气随动件；当燃油排出气缸过程中，锁定摇臂的压缩行程随动件。吸气行程4毫米（0.157英寸），压缩行程为10.5毫米（0.413英寸）。可变气门正时系统也经过改进，每个凸轮相位器范围增加了5°，排气行程时达到65°，进气行程达到70°。高压直喷系统利用凸轮轴驱动燃油泵，在怠速时提供750磅/平方英寸（52巴）的压力，在满负荷运作时提供2250磅/平方英寸（155巴）的压力，发动机最高转速达到每分钟7000转。
新的结构
全新模块化I4架构能够适用于汽油、柴油发动机以及前驱/后驱车。2.5升发动机将搭载于凯迪拉克ATS以及2014款雪佛兰Impala上。Dr. Groff博士指出，新发动机的排气端是朝着汽车前方的，而无论排气端朝着前方或者后方都有其不同的长处及短处。当排气系统位于汽车后方时，其结构更简单，排气管道长度较短，能够更好的控制废气排放。但是，这会给涡轮增压器的散热带来麻烦，排气声源也离车舱更近，过于嘈杂。而排气系统在车辆的前方则能帮助涡轮很好的散热，并有足够的空间使噪音消散。不过由于许多车具有电子助力转向系统和全驱系统，则会使前部空间显得捉襟见肘。不过无论排气系统置于何处，交流发电机则固定安置在后方。
通用动力总成工程师强化了发动机的强度，而不增加其重量，并使其运行时产生的噪音更小。因此，I4架构的发动机相比先前版本有更大的提升潜力，包括性能、排放、燃油经济性等方面。
合适尺寸的轴承
在某种程度上，减小发动机的宽度并没什么大碍，所以两根平衡轴（气缸缸体底部导管两边各一根）被重新安装到油盘上。油泵的位置经过改变，从曲轴前部被移至油盘后方。该设计使得发动机宽度减少了13毫米（0.5英寸）。
全新的计算机控制的可变排量油泵通过计算机采用的算法，根据冷却液特温度和发动机负荷对油温及油压做出相应调整。它取代了2.4升发动机上的摆线转子型。Ecotec发动机中连杆轴承长度合适，主轴颈宽度比原来减少了0.6毫米，为19毫米，连杆的宽度增加了2.5毫米，为22.7毫米。凸轮轴传动链变成了倒齿结构，它能够承受较低的载荷。发动机缸体地盘上有铸铁插入，起到了曲轴刚性支撑作用。2.0升发动机将燃油喷射到一个活塞中冷却管道的口中，而2.4升与2.5升发动机里的燃油喷向特定的孔以减少冷启动时的噪声和振动。
