Offizielle Details zum AMG 4-Zylinder Triebwerk M 139 mit 421 PS & 500 Nm

Markus Jordan·7. Juni 2019

·7 Minute Lesedauer

Mercedes-AMG hat nun erste Details zum neuen AMG 4-Zylinder-Triebwerk veröffentlicht. Der Nachfolgemotor des M 133 -nun als M 139 – leistet bis zu 310 kW / 421 PS sowie maximal 500 Newtonmeter Drehmoment. Gegenüber dem Vorgänger liegen somit satte 30 kW / 40 PS mehr an, während das Drehmoment von 475 auf bis zu 500 Newtonmeter anwächst. Neu ist übrigens auch die Produktion des Triebwerks am Standort Affalterbach, gleichgeblieben ist hingegen das „One Man, One Engine“ Prinzip.

Beeindruckende Literleistung des M 139 Triebwerks

Wie Mercedes-AMG heute offiziell bekanntgab, wird der neue M 139 Vierzylinder in den Kompaktmodellen in zwei Leistungsstufen angeboten: in der Basis mit 285 kW / 387 PS sowie als sogenannten „S-Modell“ mit 310 kW / 421 PS. Passend dazu wurde der Drehmomentverlauf aufwändig abgestimmt – so steht ein Maximalwert von 500 Newtonmetern zur Verfügung (5.000-5.250 u/min), wobei die Basisvariante über 480 Nm (zwischen 4.750 – 5.000 u/min) verfügt. Nach Angaben von AMG soll dabei eine Saugmotor-ähnliche Kraftentfaltung erzielt werden. Die maximale Drehzahl des M 139 liegt bei 7.200 u/min.

Produziert wird der neue Motor im 1. Stock der Motorenmanufaktur am Standort Affalterbach, wozu hier eine komplett neu konzipierte Fertigungslinie.

Das neue Triebwerk zeichnet sich durch eine Vielzahl intelligenter Konstruktionsdetails aus. Im Vergleich zum ebenfalls quer eingebauten M 260 Vierzylinder in den 35er Modellen oder dem Vorgänger M 133 ist der neue Mercedes-AMG M 139 um 180 Grad um die Hochachse gedreht. Das bedeutet: Der Turbolader und der Abgaskrümmer befinden sich in Fahrtrichtung gesehen hinten an der Seite der Schottwand zum Innenraum. Die Ansauganlage ist demzufolge vorn positioniert. Diese Auslegung ermöglicht ein möglichst flaches und daher aerodynamisch vorteilhaftes Frontdesign. Außerdem konnte durch die Neuanordnung eine deutlich verbesserte Luftführung mit kürzeren Wegen und weniger Umlenkungen realisiert werden – sowohl auf der Ansaug-, als auch auf der Abgasseite.

Wie die Wälzlagerung das Ansprechverhalten des Turboladers verbessert

Der neue Twin-Scroll-Turbolader verbindet optimales Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen mit hohem Leistungszuwachs im oberen Drehzahlbereich. Dazu ist das Turbinengehäuse in zwei parallel verlaufende Strömungskanäle aufgeteilt. Zusammen mit zwei ebenfalls getrennten Kanälen im Abgaskrümmer ermöglicht dies, die Abgasströme auf das Turbinenlaufrad separat zu führen.

Ziel ist es, eine gegenseitige negative Beeinflussung der einzelnen Zylinder beim Ladungswechsel zu verhindern und den Gaswechsel zu verbessern. Die Folge sind ein höheres Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen und ein sehr spontanes Ansprechverhalten. Außerdem ist die Welle von Verdichter- und Turbinenrad erstmals wälzgelagert – wie bei der höchsten Leistungsstufe des AMG 4,0-Liter-V8-Motors im AMG GT 4-Türer Coupé. Durch die Wälzlagerung wird die mechanische Reibung im Turbolader auf ein Minimum reduziert. Der Lader spricht daher noch spontaner an und dreht schneller hoch – maximal mit bis zu 169.000/min.

Wie die elektronische Ladedruckregelung das Ansprechverhalten optimiert

Mit einem maximalen Ladedruck von 2,1 bar rangiert der 2,0-Liter-Vierzylinder-Turbomotor auch in diesem Punkt an der Spitze. Mit dem elektronisch gesteuerten Wastegate (Abgas-Überdruckventil) lässt sich der Ladedruck noch präziser und flexibler regeln und das Ansprechverhalten optimieren, insbesondere bei Beschleunigung aus Teillast. Dabei wird eine Vielzahl von Parametern berücksichtigt.

Haupteingangssignale für das Steuergerät der Wastegateregelung sind Ladedruck, Drosselklappenstellung und Klopfneigung. Zu den Korrektursignalen zählen Ansauglufttemperatur, Motortemperatur, Drehzahl und Umgebungsluftdruck. Auch eine zeitweilige Überhöhung des Ladedruckes beim Beschleunigen (Overboost) ist damit möglich.

Zur Kühlung des Turboladers wird neben Öl und Wasser auch Frischluft genutzt. Sie wird vom Kühlergrill über die Motorabdeckung, die als Luftleitelement gestaltet ist, und Kanäle unter der Motorhaube gezielt zum Lader geleitet. Das Konzept basiert auf den Prinzipien und Erfahrungen mit der Kühlung der innen liegenden Turbolader der aktuellen AMG 4,0-Liter-V8-Motoren, begonnen mit dem AMG GT im Jahr 2014. Zusätzlich hat das Turbinengehäuse eine Integralisolierung.

Welche Vorteile das Kurbelgehäuse bietet

Das Vollaluminium-Kurbelgehäuse wird im Kokillengussverfahren hergestellt, das sich durch seine hervorragenden Werkstoffeigenschaften auszeichnet. Hier wird das flüssige Aluminium unter Wirkung der Schwerkraft in die metallische Dauerform (Kokille) gegossen. Die wassergekühlte Kokille bewirkt aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit eine schnelle Abkühlung und Erstarrung der Schmelze. Dies hat ein feinkörniges und dichtes Gefüge zur Folge, was sehr hohe Festigkeitswerte garantiert. Mit Hilfe eingelegter Sandkerne lassen sich komplexe Innengeometrien darstellen.

Die so sogenannte Closed-Deck-Bauweise – eine Konstruktion aus dem Motorsport – gewährleistet höchste Steifigkeit bei niedrigem Gewicht und ermöglicht Spitzenverbrennungsdrücke von bis zu 160 bar. Die Bereiche um die Zylinder sind hier weitestgehend geschlossen, und die Deckplatte wird nur von kleineren Kanälen für das Kühlmittel und das Motoröl durchbrochen. Der Kurbeltrieb mit geschmiedeter, leichter Stahlkurbelwelle und Aluminium-Schmiedekolben mit optimierten Kolbenringen verbindet geringe Reibung mit hoher Festigkeit. Die maximale Motordrehzahl liegt bei 7.200/min, die Höchstleistung wird bei 6.750 /min erreicht. Die Ölwanne verfügt über Schwallbleche, so dass trotz des vergrößerten Ölsumpfs auch bei hoher Querbeschleunigung stets genug Motoröl zur Schmierung aller relevanten Bauteile vorhanden ist.

Zur Reduzierung der Reibleistung zwischen Kolben und Zylinder sind die Laufbahnen mit der patentierten NANOSLIDE-Technologie beschichtet. Dies macht die Laufbahnen spiegelglatt für geringste Reibung, zudem doppelt so hart wie konventionelle Graugusslaufbuchsen und daher deutlich haltbarer.

Beim Zylinderkopf konnten durch die neu positionierte und zueinander leicht angewinkelte Einspritzdüsen- und Zündkerzenlage die Auslassventile gegenüber dem Vorgängermotor M 133 deutlich größer ausgeführt werden. Die größeren Auslassquerschnitte ermöglichen das verlustarme Ausströmen des Abgases aus dem Brennraum und reduzieren die gesamte Kolbenausschiebearbeit.

Eine effizientere Zylinderkopfkühlung konnte unter anderem durch die in der Einbauhöhe reduzierten Sitzringe und eine brennraumnahe Kühlbohrung im Stegbereich zwischen den Auslasssitzringen realisiert werden. Die Kühlleistung wurde darüber hinaus durch eine oberflächennahe Wassermantelgeometrie, eine schnellere Strömungsgeschwindigkeit und den optimierten Volumenstrom verbessert. Eine mehrlagige Metallsicken-Dichtung auf dem neuesten Stand der Technik dichtet Zylinderkopf und Kurbelgehäuse voneinander ab.

Die Nocken haben unterschiedliche Geometrien, so dass die Auslassventile je nach Nockenschaltung, die abhängig von der Fahrsituation erfolgt, kurz oder lang geöffnet werden können – für noch besseres Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen, komfortables und verbrauchsoptimiertes Fahren bei mittleren Drehzahlen sowie voller Leistungsentfaltung im oberen Drehzahlbereich.

Wie die Benzineinspritzung das Beste aus zwei Welten verbindet
Turbo-Aufladung und Direkteinspritzung mit strahlgeführtem Brennverfahren ermöglichen nicht nur eine hohe Leistungsausbeute, sondern erhöhen auch den thermodynamischen Wirkungsgrad und senken somit den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen.

Erstmals verfügt der neue Hochleistungs-Vierzylinder über eine zweistufige Benzineinspritzung. In der ersten Stufe befördern besonders schnelle und präzise arbeitende Piezo-Injektoren den Kraftstoff mit bis zu 200 bar Druck in die Brennräume. Dies geschieht zum Teil mehrfach und wird nach Bedarf durch die Motorsteuerung geregelt.

In der zweiten Stufe kommt eine Saugrohr-Kanaleinspritzung mit Magnetventilen hinzu. Diese wird zum Erreichen der hohen spezifischen Leistung des Motors benötigt. Die elektronisch gesteuerte Kraftstoffversorgung arbeitet mit einem Druck von 6,7 bar.

Wie das aufwändige Kühlsystem die Leistung steigert
Die hohe Leistung erfordert ein ausgeklügeltes Kühlsystem. Ein Zusatzkühler im Radlauf ergänzt das große Element in der vordersten Ebene des Hauptmoduls. Zusätzlich kommt ein Niedertemperaturkreislauf für die Luft-Wasser-Ladeluftkühlung zum Einsatz. Zusammen mit dem in Reihe geschalteten Ladeluftkühler werden die Wasserkühler mithilfe einer elektrischen Hochleistungspumpe durchströmt. Die hochverdichtete Ladeluft wird auf diese Weise optimal abgekühlt und unterstützt damit die maximale Leistungsentfaltung des Motors.
Die Kühlung des Getriebeöls ist in den Wasserkreislauf des Motors eingebunden und wird von einem direkt am Getriebe angebrachten Wärmetauscher unterstützt. Das Motorsteuergerät sitzt auf dem Luftfiltergehäuse und wird dort von Kühlluft umströmt.

Warum die elektrische Wasserpumpe zahlreiche Vorteile bringt
Die bedarfsgerecht geregelte, elektrische Hochleistungs-Wasserpumpe arbeitet unabhängig von der Motordrehzahl. Das späte Einschalten beim Warmlauf beschleunigt das Erwärmen des Motorblocks, was sich positiv auf Reibleistung, Verbrauch und Emissionen auswirkt. Ebenso kann bei Betrieb mit weniger Leistung oder niedrigen Drehzahlen die Pumpe bedarfsgerecht zu- oder abgeschaltet werden. Die elektrische Wasserpumpe gewährleistet zudem die volle Motorleistung und optimale Wärmeableitung über den gesamten Drehzahlbereich. Sie schützt auch vor Hitzeschäden im Leerlaufbetrieb bei sehr hohen Außentemperaturen.
Funktionen wie das Generatormanagement, die ECO Start-Stopp-Funktion mit schnellem Wiederanlassen, die Segelfunktion und der Ottopartikelfilter gehören ebenfalls zum Technologie-Paket des neuen AMG Vierzylinders.

Wie die neue Fertigung die Arbeit erleichtert und die Effizienz erhöht
Der neue AMG 2,0-Liter-Vierzylinder-Turbomotor mit der internen Bezeichnung M 139 wird in reiner Handarbeit nach der traditionellen AMG Philosophie „One Man, One Engine“ montiert – aber mit einer völlig neuen, digital unterstützten Prozess- und Logistikorganisation.

Bei allen Aktivitäten steht der Mensch im Mittelpunkt. Die Mitarbeiter werden durch digitale Tools optimal in ihren Tätigkeiten unterstützt. Der Einsatz intelligenter, flexibler Technik steht dabei im Fokus. Kernelement der modernen Fertigung ist die Kombination aus einer hoch flexiblen Linienmontage mit einem vorkonfigurierten Warenkorb und fahrerlosen Transportsystemen. Auch das Thema Nachhaltigkeit war grundlegender Bestandteil bei der Planung der neuen Fertigungslinie für den M 139. Die Produktion nutzt erneuerbare Energien und reduziert die CO2-Emissionen, den Wasserverbrauch und den Abfall deutlich.

Wie der neue Montagewagen die Arbeit erleichtert
Der Montagewagen, auf dem der M 139 zusammengebaut wird, wurde gemeinsam mit den Mitarbeitern im Team entwickelt. Er verfügt über eine eigene, unabhängige Stromversorgung und benötigt daher kein Stromkabel mehr. Alle notwendigen Betriebsmittel und Werkzeuge befinden sich ergonomisch optimiert an und auf dem Wagen, was gleichermaßen die Arbeit erleichtert, die Wege minimiert und die Effizienz erhöht. Der integrierte Tablet-PC unterstützt den Monteur mit präzisen Arbeitshinweisen in klar verständlichen Formulierungen. Handbücher oder Leitfäden haben endgültig ausgedient – die Manufaktur wird so papierlos.