Bereits 1984 führte Audi im Sport quattro erstmals einen Vierventil-Zylinderkopf für den Fünfzylindermotor ein. Die aus dem Rallyesport stammende 20V-Technik ermöglichte eine deutlich bessere Zylinderfüllung und legte den Grundstein für spätere Serienmotoren. Mit dem 220 PS starken 3B-Motor des Audi 200 quattro 20V brachte Audi diese Technologie 1989 erstmals in die reguläre Serienproduktion. Aus dieser Entwicklung entstanden später die legendären Fünfzylinder-Motoren von S2, S4 und RS2.
Dabei griff Audi auf die bewährte Konstruktion mit einem robusten Graugussblock, 2.226 cm³ Hubraum sowie den charakteristischen Abmessungen von 81,0 mm Bohrung und 86,4 mm Hub zurück.
Die wichtigste technische Neuerung des 3B war der neu entwickelte 20-Ventil-Zylinderkopf. Während die bisherigen Audi-Turbofünfzylinder mit zwei Ventilen pro Zylinder arbeiteten, verfügte der 3B erstmals über vier Ventile pro Brennraum. Dadurch konnten die Ein- und Auslassquerschnitte deutlich vergrößert und der Gaswechsel erheblich verbessert werden. Das Ergebnis war ein höherer Füllungsgrad, eine bessere Leistungsentfaltung bei hohen Drehzahlen und ein deutlich größeres Entwicklungspotenzial für zukünftige Leistungssteigerungen.
Zur modernen Zylinderkopftechnik kamen weitere fortschrittliche Komponenten hinzu. Der Motor nutzte einen KKK-K24-Abgasturbolader, einen leistungsfähigen Ladeluftkühler sowie ein elektronisch geregeltes Bosch-Motronic-Motormanagement mit Klopfregelung. Diese Kombination ermöglichte eine für die damalige Zeit außergewöhnliche Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig hoher Alltagstauglichkeit und Zuverlässigkeit. Die Verdichtung betrug trotz Turboaufladung beachtliche 9,3:1, was zur spontanen Leistungsentfaltung beitrug.
Der 3B bildete gleichzeitig die technische Basis für eine ganze Generation späterer Audi-Sportmotoren. Bereits 1992 begann die Weiterentwicklung zum ABY-Motor, der unter anderem Einzelzündspulen, eine modernisierte Motronic-Motorsteuerung und eine optimierte Ladedruckregelung erhielt. Dadurch stieg die Leistung auf 230 PS, das Drehmoment sogar auf 350 Nm. Aus dieser Motorenfamilie entstanden später auch der AAN-Motor im Audi S4 sowie der legendäre ADU-Motor des Audi RS2 Avant mit 315 PS.
Das 20-Ventil-Fünfzylinderaggregat war im Audi Coupe S2 auf die Verwendung von bleifreiem Super Plus mit 98 ROZ ausgelegt. Die zylinderselektive Klopfregelung mit zwei Sensoren ließ auch den störungsfreien Betrieb mit bleifreiem Superbenzin mit 95 ROZ bei Minderung von Drehmoment und Leistung zu.