Mercedes-AMG M 139 (2021): Vierzylinder, C 63, A 45, CLA 45, Erklärung

Aufbau des Motorblocks
Aufbau des Zylinderkopfs
Aufladung
Motorkühlung
Einsatz auch im künftigen C 63

Mercedes-AMG hat mit dem M 139 einen Hochleistungs-Vierzylinder für seine Kompaktmodelle und künftigen Plug-in-Hybride entwickelt – darunter auch der kommende Mercedes-AMG C 63. Das Zweiliter-Aggregat wird bislang in zwei Leistungsstufen angeboten. In der Basis leistet das Aggregat 387 PS, als S-Version ganze 421 PS – das macht ihn zum aktuell stärksten Serien-Vierzylinder der Welt.

Das maximale Drehmoment des M 139 liegt in der Basis bei 480 Nm, das Topmodell produziert 500 Nm. Auch der Vierzylinder wird, wie bei AMG üblich, nach dem Prinzip "One Man, One Engine" gefertigt: Jeder Motor wird von einem Mechaniker zusammengebaut.

Was die Eckdaten angeht, ist der M 139 mit seinem Vorgänger M 133 nahezu identisch. Beide Motoren haben mit 1991 ccm den gleichen Hubraum. Auch Bohrung und Hub (83,0 x 92,0 mm) bleiben unverändert. Der M 139 verdichtet allerdings höher, das Verhältnis liegt bei 9,0:1. Beim M 133 beträgt das Verhältnis 8,6:1. Im Vergleich zum Vorgänger hat Mercedes den Motor um 180 Grad gedreht. Nun sitzen Anbauteile wie Turbolader und Abgaskrümmer nicht mehr vorne am Motor, sondern nach hinten zur Schottwand gedreht. Die Ansaugung findet ihren Platz nun in Fahrtrichtung vorne am Motor. Das soll eine bessere Luftführung ermöglichen und den Motor an der Stirnseite flacher machen.

Das Aluminium-Kurbelgehäuse wird im "Kokillengussverfahren" hergestellt. Dieses Gießverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das flüssige Metall von oben in eine Form (Kokille) gegossen wird. Die Kokille ist wassergekühlt, dadurch erstarrt die Schmelze schneller als bei anderen Gussverfahren, was zu einem dichteren Gefüge führt. Eingelegte Sandkerne erlauben komplexe Innen-Geometrien, was unter anderem eine "Closed-Deck"-Bauweise des Motorblocks ermöglicht. Hier wird der Zylinder nicht von einem umlaufenden Wassermantel gekühlt, sondern über kleine Bohrungen mit Kühlmittel versorgt. Das führt zu einer höheren Steifigkeit des Motors. Bei den Laufbuchsen setzt Mercedes auf seine "Nanoslide"-Technologie. Dabei werden die Zylinderwände mit einer sehr dünnen Schicht (0,10 bis 0,15 mm) aus Eisen und Kohlenstoff beschichtet. Danach wird der Zylinder gehont, bis eine fast spiegelglatte Oberfläche erzeugt ist.

Die Ölwanne wurde vergrößert, um mehr Schmiermittel aufzunehmen. Damit auch in schnellen Kurven genug Öl zur Verfügung steht, sind Schwallbleche verbaut, die das Öl vor dem Hin-und-herschwappen bewahren sollen. Ohne diese Bleche würde das Öl an die Wand der Ölwanne gepresst; die Ölpumpe würde Luft ziehen und somit der Schmierfilm im Motor abreißen.

Der Zylinderkopf des neuen M 139-Motors ist mit größeren Auslassventilen bestückt als noch beim Vorgänger. Das ermöglicht ein verlustärmeres Ausströmen der Abgase. Die Ventile werden über eine der zwei obenliegenden Nockenwellen und Rollenschlepphebel angesteuert und lassen sich variabel betätigen. Dazu haben die Nocken unterschiedliche Geometrien, sodass die Ventile je nach Steuerungszustand lange oder kurz geöffnet werden.

Wie sein Vorgänger wird auch der neue Vierzylinder von AMG über einen Turbolader im Twin-Scroll-Verfahren aufgeladen. Er verfügt über ein Turbinenlaufrad, das von je zwei Zylindern über getrennte Abgaszuführungen betrieben wird. Das führt dazu, dass sich die einzelnen Zylinder untereinander nicht negativ beeinflussen. Als Folge soll der Lader spontaner anlaufen und der gesamte Motor spontaner ansprechen. Der Lader ist zudem erstmals wälzgelagert (Kugellager), was die Reibung an der Welle des Turboladers verringert. Die meisten Turbos arbeiten mit Gleitlagern. Der Ladedruck wird beim M 139 elektronisch geregelt, der Maximaldruck ist bei 2,1 Bar erreicht. Das Steuergerät für das Wastegate wird mit Informationen über Ladedruck, Drosselklappenstellung und Klopfneigung gespeist. Außerdem werden Faktoren wie Ansauglufttemperatur, Motortemperatur, Drehzahl und Umgebungsluftdruck berücksichtigt.

Gekühlt wird der Turbolader auf drei Arten. Neben Öl und Wasser nutzt der Lader auch den Fahrtwind. Dazu wurde die Motorabdeckung so gestaltet, dass sie die Luft von vorne optimal auf das Ladergehäuse leitet. Das Know-how zur Luftführung haben die Ingenieure aus der Entwicklung des berühmten 4,0-Liter-V8 von AMG gezogen, bei dem die beiden Turbolader zwischen den Zylinderbänken in einem "heißen V" liegen.

Der Motor nutzt eine zweistufige Benzineinspritzung. Während in Stufe eins Piezo-Injektoren (Einspritzdüsen) den Kraftstoff in den Brennraum einspritzen, kommt bei Stufe zwei zusätzlich eine Saugrohr-Einspritzung mit Magnetventilen hinzu. Zusammen ergeben beide Einspritzsysteme die hohe Leistung des Motors.

Angesichts der hohen Leistung muss auch das Kühlsystem entsprechend ausgelegt sein. Um den Hauptkühler hinter der Kühlermaske zu unterstützen, befindet sich im Radlauf ein Zusatzkühler. Neben dem Hauptkühlkreis kommt ein Niedertemperaturkreislauf für die Ladeluftkühlung zum Einsatz. Er nutzt Wasser und Luft zu Kühlung. Alle Wasserkühler werden durch eine elektrische Wasserpumpe mit Kühlmittel versorgt. Normalerweise wird die Wasserpumpe eines Motors über den Keilriemen angetrieben und dreht sich abhängig von der Motordrehzahl unterschiedlich schnell.

Eine elektrische Pumpe arbeitet im Gegensatz unabhängig von der Drehzahl des Motors und kann so auf die jeweilige Situation zugeschnitten agieren. In der Warmlaufphase etwa schaltet sie sich erst nach einer gewissen Zeit zu. Auch die Kühlung des Getriebeöls ist mit dem Wasserkreislauf des Motors verbunden und wird von einem direkt am Getriebe angebrachten Wärmetauscher unterstützt.

Bislang hat Mercedes den Motor nur in seinen AMG 45-Modellen angeboten, und zwar in zwei Leistungsstufen. Die Basisvariante leistet mit 387 PS schon fast so viel wie der 5,5-Liter-V8, der bis 2015 im Mercedes G 500 zum Einsatz kam (Baucode: M 273 KE 55). Das S-Modell kommt mit 421 PS annähernd an den M 176 heran – also an die kleinste Ausbaustufe des aktuellen Vierliter-V8 von AMG. Was das Drehmoment angeht, kann der kleine Turbomotor den großen V8-Maschinen natürlich nicht das Wasser reichen.

Aber nicht nur in Kompaktmodellen kommt der Motor zum Einsatz. Längs eingebaut und als Bestandteil eines Plug-in-Hybridantriebs soll der Vierzylinder in Zukunft auch den Mercedes-AMG C 63 antreiben. Wie Mercedes-AMG bekannt gegeben hat, werden alle zukünftigen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor aus Affalterbach auf eine Hybridlösung zurückgreifen. In der C-Klasse kommt eine modifizierte Version des Zweiliter-Motors zum Einsatz. Hier arbeitet ein neuer elektrischer Turbolader, der mit seinem E-Motor auf der Laderwelle eine Zwitterlösung aus Turbo und zusätzlichem elektrischen Verdichter darstellt. Genaue Leistungswerte sind offiziell noch nicht bekannt, Mercedes spricht alleine beim Vierzylinder von über 449 PS.