Der Zweiliter-Turbo-Vierzylinder heißt M 139

Bereits der Vierzylinder-Turbo des alten Mercedes-AMG A 45 sorgte für Aufsehen: Bis zu 381 PS holte das intern M 133 genannte Aggregat aus nur zwei Liter Hubraum. Beim Nachfolger des A 45 und dessen Motor legt AMG jetzt noch eine dicke Schippe drauf. Unglaubliche 421 PS liefert der M 139 im S-Modell des neuen AMG A 45 ab!

Sehen wir uns die Maschine etwas genauer an: 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.

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 U/min.

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.

Die Leistungsdaten des M 139 in der Übersicht:

Hubraum 1.991 ccm
Bohrung x Hub 83 x 92 mm
Leistung im A 45 S 310 kW (421 PS) bei 6.750 U/min
Leistung im A 45 285 kW (387 PS) bei 6.500 U/min
Maximales Drehmoment A 45 S 500 Nm bei 5.000-5.250 U/min
Maximales Drehmoment A 45 480 Nm bei 4.750-5.000 U/min
Maximale Drehzahl 7.200 U/min
Verdichtung 9,0:1
Aufladung Ein Twin-Scroll-Abgasturbolader
Maximaler Ladedruck 2,1 bar (S); 1,9 bar (Basis)
Gemischaufbereitung kombinierte Direkt- und Saugrohreinspritzung
Zylinderkopf Zwei obenliegende Nockenwellen, 16 Ventile; Camtronic
Maximaler Luftmassendurchsatz 1.200 kg/h (S); 1.100 kg/h (Basis)
Motorgewicht (GZ) 160,5 kg


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.

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.

Mercedes-AMG 2,0 Liter Vierzylinder-Turbomotor 2019

Zwei obenliegende Nockenwellen steuern über gewichtsoptimierte Rollenschlepphebel die 16 Ventile. Die Nockenwellenverstellung auf der Ein- und Auslassseite ermöglicht ein sehr gutes Ansprechverhalten und optimiert den Ladungswechsel für jeden Betriebspunkt. Hinzu kommt die variable Ventilsteuerung CAMTRONIC auf der Auslassseite mit zwei Nocken je Ventil.

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.

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.

Mercedes-AMG 2,0 Liter Vierzylinder-Turbomotor 2019

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.

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.

Bildergalerie: Mercedes-AMG 2,0 Liter Vierzylinder-Turbomotor 2019