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Peugeot souhaite de faire une version plus sportive de sa 304. Dans ce but, un nouveau bloc fut conçu, le XL3S. La grande originalité de ce bloc est son arbre à came en tête qui est entraîné par une double chaîne à rouleaux et tendeur hydraulique. L'alimentation est faite par un carburateur Solex double corps.
La mécanique du moteur est plus sportive et le moteur développe 75 cv à 5800 tr/mn.
De plus, sa sonorité est plus grondante car la 304 n'a pas de silencieux en sortie de culasse. La production d'électricité est faite au départ via une dynamo.
La boite de vitesses à 4 rapports est à l'intérieur du carter moteur. Les différents rapports sont étagés au mieux pour avoir une nervosité de la voiture et ce au détriment de la vitesse de pointe : celle-ci dépasse à peine les 160 km/h. Le moteur Peugeot se singularise par sa sonorité fort plaisante.
La coque de cette version est autoporteuse, ce qui fait de la Peugeot 304 S une berline à petite dimension. Le poids de cette voiture est de 930 kg. La suspension est à quatre roues indépendantes et comprend à la fois des ressorts hélicoïdaux et des amortisseurs hydrauliques.
