Motore Mercedes-Benz M139: ecco cosa c’è dietro il 4 cilindri più potente al mondo

Articolo a cura di Alessio Picariello.
Il processo di innovazione delle case automobilistiche punta a creare motori dai consumi e dalle emissioni sempre più bassi ma che non rinuncino alle prestazioni. I tools adottati per rispondere a queste esigenze sono vari, tra questi troviamo la pratica del downsizing, che prevede l’utilizzo di motori di più piccola cilindrata per sviluppare potenze pari a quelle che si otterrebbero con motori di più grandi dimensioni.
Mercedes ha creato il motore 4 cilindri più potente mai utilizzato per vetture prodotte in serie per uso stradale. Vediamo come è stato sviluppato il motore Mercedes-Benz M139 dalla casa di Stoccarda.

Caratteristiche tecniche

Il motore Mercedes-Benz M139 è un 2.0l sovralimentato, concepito come il successore dell’M133. E’ capace di sviluppare una potenza massima di 310kW (421 CV), con una coppia massima di 500 Nm. Basterebbero solo questi numeri per comprendere la grandezza di questa power unit.
Il target a cui è destinato il 4 cilindri più potente al mondo sono le sportive compatte. È possibile infatti trovarlo sulle vetture Mercedes-AMG: A 45 4Matic+, CLA 45 4Matic+, CLA 45 4Matic+ Shooting Brake, GLA 45 4Matic+.

Ma come ha fatto Mercedes a realizzare questo incredibile motore?

Rotazione del motore Mercedes-Benz M139

Il primo passo svolto dagli ingegneri Mercedes è stato quello di ruotare il motore di 180° rispetto al precedente M133, ponendo l’aspirazione e l’intercooler nella parte anteriore e il turbocompressore e i collettori di scarico tra il motore e l’abitacolo. Ciò ha consentito di ottenere la sezione anteriore più piatta possibile, andando a migliorare l’efficienza aerodinamica riducendo l’altezza del cofano.
Grazie a questo accorgimento i collettori di aspirazione e scarico sono di minori dimensioni e più rettilinei così da garantire una più rapida risposta del motore.

Mercedes ha montato dei cuscinetti volventi al posto delle bronzine che era solita usare. Questi hanno minore attrito e ciò significa che il turbocompressore entrerà più prontamente in funzione ottenendo il boost in breve tempo e una migliore coppia ai bassi regimi. Il turbo sarà capace di girare per tutto il tempo a 169.000 rpm.

Il turbocompressore è di tipo Twin-Scroll, esso è composto infatti da due collettori separati (uno per i cilindri 1 e 4, l’altro per i cilindri 2 e 3) che alimentano la stessa turbina in due condotti differenti, uno più piccolo e angolato che permette la riduzione del turbo-lag ai bassi giri, e uno più grande e dritto che garantisce un buon tiro agli alti.

L’ordine di accensione dei cilindri (1-3-4-2) provoca generalmente la sovrapposizione delle pulsioni, che possono influenzare lo scarico del successivo cilindro che tornerebbe al motore. Grazie alla separazione dei collettori questo fenomeno è evitato, eliminando il gioco delle pulsazioni.
Con questo sistema è possibile raggiungere la pressione massima di sovralimentazione di 2,1 bar (rispetto agli 1,8 dell’M133).

Basamento Closed Deck del motore Mercedes-Benz M139

Per sopportare questo alto livello di sovralimentazione è necessario un motore molto resistente. Viene utilizzato infatti un basamento di tipo Closed Deck che garantisce una maggiore resistenza. Tra testa e basamento sono presenti solo i fori per il passaggio dell’olio e del liquido di raffreddamento che è alimentato da una pompa elettrica.

Il basamento è realizzato interamente di alluminio mediante fusione che consente buona rigidità e peso ridotto. L’albero a gomiti è stato realizzato in acciaio forgiato, mentre il pistone in alluminio forgiato e insieme garantiscono basso attrito ed elevata resistenza.
Questa struttura permette di sopportare gli elevati picchi di pressione nel cilindro in fase di combustione (fino a 160 bar).

Testa del cilindro

Gli ugelli dell’iniezione sono stati posizionati nella testata del cilindro in modo tale da avere valvole di scarico più grandi. Le maggiori sezioni di scarico sono necessarie per far fronte al grande aumento di pressione nel pistone e quindi all’elevato flusso di gas di scarico che viene in questo modo espulso facilmente.

Le 16 valvole sono controllate da due alberi a camme. Il sistema CAMTRONIC di Mercedes implementato sulle valvole sul lato scarico permette di variare il tempo di apertura delle valvole a seconda del regime di giri. Esso è basato sull’utilizzo di due camme per ogni scarico che si alternano a seconda del carico (breve tempo di apertura ai bassi carichi e più elevato agli alti).

Altra ottima soluzione adottata dagli ingegneri Mercedes è quella dell’utilizzo di un’iniezione in due stadi. La prima iniezione è, infatti, un’iniezione diretta nel cilindro con una pressione che può raggiungere i 200 bar, mentre la seconda è un’iniezione indiretta, effettuata quindi nel collettore di aspirazione, ad una pressione di 6,7 bar.
Questo sistema è stato implementato perché, al fine di produrre elevata potenza, è necessario garantire una maggiore quantità di carburante in camera di combustione.

NANOSLIDE

Infine troviamo la tecnologia NANOSLIDE brevettata da Mercedes che consiste in una particolare tecnica di verniciatura ad arco elettrico utilizzata per rivestire l’interno dei cilindri. Si crea un rivestimento a specchio con il vantaggio di essere molto sottile, con un’elevata resistenza all’usura e un minore attrito.
Queste migliorie si traducono in una maggiore potenza utile, basti pensare che ai bassi regimi circa il 25% di carburante viene usato per vincere gli attriti nei comuni cilindri rivestiti in ghisa.