Mercedes-AMG: Nuovo motore 2.0 da 421 CV (M 139)

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Nuovo motore a quattro cilindri da 2,0 litri M 139 Mercedes-AMG. Il quattro cilindri di serie più potente al mondo, “made in Affalterbach”. 310 kW (421 CV), il motore da 2,0 litri M 139 di Mercedes-AMG completamente rivisitato è il quattro cilindri di serie più potente al mondo.

Con questo modello il marchio Mercedes-AMG strappa il primato detenuto fino a questo momento dal precedente M 133, aggiungendovi 30 kW (40 CV) di potenza con la coppia massima che passa da 475 a 500 Nm.

Il nuovo motore ad alte prestazioni di Mercedes-AMG, con una potenza specifica di 155 kW (211 CV), supera molti propulsori di famose auto supersportive ed è prodotto ad Affalterbach secondo il principio del «One Man, One Engine» su una linea di produzione innovativa.

Il quattro cilindri M 139 sarà montato sulle compatte di Mercedes-AMG in due livelli di potenza: da 310 kW (421 CV) nelle versioni AMG S e da 285 kW (387 CV) nelle versioni base.

Questa logica dell’offerta è già stata applicata con successo nei modelli Performance AMG dotati di motore V8 e soddisfa ancora meglio le richieste dei singoli Clienti.

Al di là dei numeri, il nuovo motore sorprende per la risposta spontanea, ottenuta grazie all’accurata definizione dello sviluppo della coppia (“Torque shaping”): il valore massimo di 500 Nm (480 Nm nella versione base) è ottenibile nell’intervallo tra 5.000 e 5.250 giri/min (4.750-5.000 giri/min nella versione base).

Con questa taratura gli ingegneri AMG sono riusciti a ottenere un’erogazione di potenza simile a quella di un motore aspirato, accentuando ulteriormente l’emozione della guida.

I tecnici del motore sono stati in grado di realizzare uno sviluppo della coppia che cresce in modo dinamico nella gamma di regime inferiore, migliorando così la guidabilità, mentre l’aumento della coppia ai regimi più elevati rende il motore più brillante. Inoltre il regime massimo (fino a 7.200 giri/min) sottolinea il carattere sportivo del modello M 139.

Già con il modello precedente avevamo stabilito il primato nel segmento. Con il quattro cilindri completamente rivisitato abbiamo colto la difficile sfida di superare quel modello da record. Ci siamo riusciti con soluzioni in parte rivoluzionarie. Con il modello M 139 abbiamo senza dubbio dimostrato ancora una volta l’elevata competenza motoristica di Mercedes-AMG. Non è solo la potenza specifica ad essere inedita per un motore sovralimentato, ma anche la sua efficienza elevata fa capire che questo motore a combustione interna cela dentro di sé del potenziale aggiuntivo, afferma Tobias Moers, Presidente del Consiglio di Amministrazione di Mercedes-AMG GmbH.

One Man, One Engine

Il nuovo motore viene montato rigorosamente a mano. Al primo piano dello stabilimento di produzione di motori AMG nella sede di Affalterbach è stata realizzata una linea di produzione di nuova concezione, con la quale Mercedes-AMG ha portato il principio «One Man, One Engine», insieme all’industria 4.0, in una dimensione innovativa, caratterizzata dalle più moderne conoscenze dell’ergonomia, del flusso di merci, della garanzia di qualità, della sostenibilità e dell’efficienza.

In vista dell’implementazione dell’industria 4.0, anche lo stabilimento AMG persegue la visione della produzione intelligente che si distingue per flessibilità massima, trasparenza e alta efficienza. Questo modo di operare assicura e incrementa la qualità dei motori e dei processi produttivi, introducendo tecnologie innovative e digitali.

«Per il montaggio dell’M 139 abbiamo completamente rielaborato il concetto di “One Man, One Engine”. Ne è risultata una produzione molto moderna, che mette al centro la persona. Abbiamo infatti creato le condizioni di lavoro ottimali per i nostri addetti, offrendo un ambiente pulito, inondato di luce e organizzato in modo preciso. È il miglior presupposto per continuare a garantire il nostro elevato standard qualitativo anche con una tecnologia che diventa più complessa», ha affermato Emmerich Schiller, Chief Operating Officer e membro del Consiglio di Amministrazione di Mercedes-AMG GmbH.

I numerosi vantaggi della rotazione di 180 gradi. Il nuovo motore si distingue per una serie di dettagli progettuali intelligenti. Rispetto al quattro cilindri M 260 dei modelli 35, anch’esso montato trasversalmente, o alla versione precedente M 133, il nuovo M 139 di Mercedes-AMG è stato ruotato di 180 gradi attorno all’asse verticale. Ciò significa che il turbocompressore a gas di scarico e il collettore di scarico si trovano dietro rispetto al senso di marcia, sul lato del divisorio dell’abitacolo.

Quindi l’impianto di aspirazione è in posizione anteriore. Questa configurazione permette di realizzare un frontale il più possibile ribassato e più aerodinamico, inoltre migliora nettamente il convogliamento dell’aria grazie a tragitti più corti e meno deviazioni, sia sul lato di aspirazione che su quello di scarico.

I cuscinetti volventi migliorano il tempo di risposta del turbocompressore a gas di scarico. Il turbocompressore a gas di scarico twin scroll abbina un tempo di risposta ottimale ai bassi regimi con un elevato incremento della potenza ai regimi più elevati. A questo scopo la scatola della girante della turbina è suddivisa in due canali che corrono paralleli; poiché anche il collettore di scarico presenta due canali separati, questa geometria permette di convogliare separatamente i gas di scarico alla girante della turbina.

Lo scopo è evitare influssi negativi reciproci tra i cilindri nel cambio di carico e migliorare il ricambio dei gas. Ne conseguono una coppia più alta già ai bassi regimi e una risposta brillante.

Inoltre, per la prima volta l’albero della girante della turbina e del compressore presenta cuscinetti volventi, come nel livello di potenza massimo del motore V8 AMG da 4,0 litri montato su AMG GT Coupé a 4 porte. Questi cuscinetti riducono al minimo l’attrito meccanico nel turbocompressore a gas di scarico, che quindi può reagire in modo ancora più spontaneo e girare più velocemente, fino a 169.000 giri/min.

La regolazione elettronica della pressione di sovralimentazione ottimizza il tempo di risposta. Con una pressione di sovralimentazione massima di 2,1 bar, il motore a quattro cilindri da 2,0 litri si colloca ai vertici anche sotto questo aspetto. Grazie alla wastegate a comando elettronico (valvola di regolazione della pressione di sovralimentazione) è possibile regolare in modo ancora più preciso e flessibile la pressione di sovralimentazione e ottimizzare il tempo di risposta, soprattutto in fase di accelerazione con carico parziale. Nel processo si tengono in considerazione diversi parametri.

I segnali d’ingresso principali alla centralina di comando per la regolazione della wastegate sono la pressione di sovralimentazione, la posizione della valvola a farfalla e la tendenza a battere in testa. Tra i segnali di correzione figurano la temperatura dell’aria di aspirazione, la temperatura del motore, il numero di giri e la pressione barometrica. È anche possibile aumentare temporaneamente la pressione di sovralimentazione in fase di accelerazione (“overboost”).

Per il raffreddamento del turbocompressore a gas di scarico si impiega, oltre a olio e acqua, anche aria fresca, che dal radiatore viene fatta convogliare in modo mirato attraverso la copertura del motore – realizzata come elemento che ne favorisce il flusso – e canali sotto il cofano motore fino al turbocompressore.

Questa struttura sfrutta i principi e le esperienze maturate con il raffreddamento dei turbocompressori interni degli attuali motori V8 AMG da 4,0 litri, che hanno debuttato nel 2014 a bordo di AMG GT. Inoltre la scatola della girante della turbina presenta un isolamento integrale.

I vantaggi del basamento

Il basamento completamente in alluminio viene realizzato con procedimento a getto in conchiglia, che si distingue per le eccellenti proprietà dei materiali. Sotto l’azione della forza di gravità l’alluminio liquido viene colato nella forma metallica permanente (“conchiglia”). Grazie alla sua conducibilità termica, la conchiglia raffreddata ad acqua raffredda e solidifica rapidamente la colata, che diviene una struttura compatta e a grana fine, con valori di resistenza molto elevati. Con l’impiego di anime in sabbia inserite all’interno si possono ottenere geometrie interne complesse.

La cosiddetta struttura “closed deck”, mutuata dal mondo delle gare automobilistiche, garantisce la massima rigidità a fronte di un peso ridotto e permette di avere picchi di pressione di combustione fino a 160 bar. Le aree attorno ai cilindri sono quasi completamente chiuse, mentre la piastra di copertura è attraversata solo da piccoli canali per il liquido di raffreddamento e l’olio motore. Il manovellismo con albero motore leggero in acciaio fucinato e pistoni fucinati in alluminio con segmenti ottimizzati coniuga l’attrito ridotto alla resistenza elevata.

Il regime massimo del motore è di 7.200 giri/min, con la potenza massima raggiunta a 6.750 giri/min. La coppa dell’olio presenta lamiere frangiflutti che garantiscono un sufficiente apporto di olio motore a tutti i componenti anche in presenza di elevate accelerazioni trasversali e nonostante il volume incrementato della coppa.

Superficie di scorrimento dei cilindri rivestita con NANOSLIDE

Per ridurre al minimo l’attrito tra i pistoni e i cilindri, la superficie di scorrimento è rivestita con la tecnologia brevettata NANOSLIDE che la rende liscia come uno specchio e ne raddoppia la durezza rispetto alle camicie in ghisa grigia tradizionali, per una resistenza nettamente superiore. La tecnologia NANOSLIDE è stata sviluppata da Daimler AG ed è protetta da oltre 40 brevetti e 90 famiglie di brevetti. Questo rivestimento è stato impiegato per la prima volta nel motore AMG M 156; da molti anni è utilizzato in altri motori AMG e anche nel motore di Formula 1 di Mercedes AMG Petronas Motorsport.

Valvole di scarico più grandi per un ricambio dei gas più rapido. Grazie al riposizionamento degli iniettori di carburante e della candela di accensione leggermente angolati tra loro, sulla testata cilindri è stato possibile realizzare valvole di scarico molto più grandi rispetto al modello precedente M 133. L’incremento della sezione permette la fuoriuscita del gas di scarico dalla camera di combustione senza perdite e riduce il lavoro complessivo di espulsione da parte dei pistoni.

Il raffreddamento della testata cilindri è stato reso più efficiente soprattutto dalla riduzione dell’altezza di montaggio degli anelli delle sedi delle valvole, ma anche dal foro di raffreddamento realizzato vicino alla camera di combustione tra gli anelli delle sedi delle valvole di scarico. Il raffreddamento è stato migliorato anche dalle camicie d’acqua più vicine alla superficie, dalla velocità di flusso superiore e dalla portata volumetrica ottimizzata. Una guarnizione metallica multistrato con nervature, basata sulle tecnologie più recenti, viene montata tra la testata cilindri e il basamento.

Due alberi a camme in testa comandano le 16 valvole con bilancieri a rulli dal peso ottimizzato. La regolazione degli alberi a camme sul lato di aspirazione e di scarico consente ottimi tempi di risposta e ottimizza il ricambio dei gas in tutti i punti di esercizio. A ciò si aggiunge il comando variabile delle valvole CAMTRONIC sul lato di scarico con due camme per ogni valvola.
Le camme hanno geometrie diverse così che, a seconda della loro attivazione in funzione della situazione di marcia, le valvole di scarico possono essere aperte per una corsa più corta o più lunga, garantendo migliori tempi di risposta ai bassi regimi, una guida confortevole e dai consumi ridotti ai regimi medi e la piena erogazione di potenza nella gamma di regime superiore.

L’iniezione che riunisce il meglio di due mondi

La sovralimentazione con turbocompressore a gas di scarico e l’iniezione diretta con combustione a getto guidato non solo permettono di sfruttare appieno la potenza, ma aumentano anche il rendimento termodinamico, riducendo così il consumo di carburante e le emissioni di gas di scarico.

Per la prima volta il nuovo quattro cilindri ad alte prestazioni dispone di un’iniezione a due stadi. Nel primo stadio gli iniettori piezoelettrici particolarmente rapidi e precisi immettono il carburante nelle camere di combustione con una pressione massima di 200 bar. Questa operazione viene eseguita in parte più volte, e all’occorrenza è regolata dalla gestione del motore.

Nel secondo stadio si aggiunge un’iniezione nel collettore di aspirazione con valvole elettromagnetiche, che serve a raggiungere l’elevata potenza specifica del motore. L’alimentazione di carburante a regolazione elettronica opera con una pressione di 6,7 bar.

Il sofisticato sistema di raffreddamento del motore incrementa la potenza. Una potenza elevata richiede un sistema di raffreddamento del motore che sia all’altezza della situazione. Una ventola supplementare nel passaruota integra il grande elemento posto nel livello più avanzato del modulo principale. Inoltre viene impiegato un circuito a bassa temperatura per il raffreddamento dell’aria di sovralimentazione ad aria-acqua. Insieme all’intercooler montato in serie, i radiatori vengono alimentati con una pompa elettrica ad alto rendimento; in tal modo l’aria di sovralimentazione fortemente compressa viene raffreddata in maniera ottimale, permettendo così di supportare l’erogazione della potenza massima del motore.

Il raffreddamento dell’olio del cambio è integrato nel circuito dell’acqua del motore ed è supportato da uno scambiatore di calore applicato direttamente sul cambio. La centralina di comando poggia sulla scatola del filtro dell’aria ed è investita dal flusso d’aria di raffreddamento.

I numerosi vantaggi della pompa elettrica dell’acqua

La pompa elettrica dell’acqua ad alte prestazioni regolata in base al fabbisogno lavora in modo indipendente dal regime del motore. L’attivazione tardiva nella fase di riscaldamento accelera l’aumento di temperatura nel basamento, con effetti positivi su attrito, consumo ed emissioni. Allo stesso modo, durante l’esercizio a potenza ridotta o ai bassi regimi la pompa può essere accesa o spenta al bisogno. La pompa elettrica dell’acqua garantisce inoltre la piena potenza del motore e l’ottimale dissipazione del calore per l’intera gamma di regime. In più protegge dai danni provocati dal calore nel funzionamento al minimo in presenza di temperature esterne molto elevate.

Il pacchetto tecnologico del nuovo quattro cilindri AMG comprende anche funzioni come la gestione dell’alternatore, la funzione ECO start/stop con ripartenza rapida, la modalità sailing e il filtro antiparticolato per motori a benzina.

La nuova produzione facilita il lavoro e aumenta l’efficienza. Il nuovo motore a quattro cilindri AMG da 2,0 litri con denominazione interna M 139 viene montato rigorosamente a mano secondo la tradizionale filosofia AMG del «One Man, One Engine», ma con un’organizzazione dei processi e della logistica assolutamente nuova e digitale.

In tutte le attività la persona è posta al centro. Nel loro lavoro gli operatori sono supportati al meglio da strumenti digitali e si punta all’impiego di tecnologie intelligenti e versatili. L’elemento centrale del moderno stabilimento di produzione è rappresentato dalla combinazione di un montaggio in linea altamente flessibile, dotato di carrello preconfigurato con i componenti da montare, e sistemi di trasporto senza conducente. Anche il tema della sostenibilità ha rivestito un ruolo essenziale nella progettazione della nuova linea di produzione per il modello M 139. La produzione utilizza fonti di energia rinnovabili e riduce nettamente le emissioni di CO2, il consumo idrico e i rifiuti.

I dati in sintesi
  • Motore a quattro cilindri da 2,0 litri M 139
  • Mercedes-AMG
  • Cilindrata 1.991 cm3
  • Alesaggio x corsa 83,0 x 92,0 mm
  • Potenza 310 kW (421 CV) a 6.750 giri/min
  • 285 kW (387 CV) a 6.500 giri/min
  • Coppia max. 480 Nm a 4.750-5.000 giri/min
  • 500 Nm a 5.000-5.250 giri/min
  • Numero di giri max. 7.200 giri/min
  • Compressione 9,0:1
  • Sovralimentazione Turbocompressore a gas di scarico twin scroll con girante della turbina e del compressore dotata di cuscinetti volventi
  • Pressione di sovralimentazione max. 2,1 bar
  • Preparazione della miscela Combinazione di iniezione diretta e iniezione nel collettore di aspirazione.
    • 1.) Iniezione diretta multipla di terza generazione. Iniettori piezoelettrici rapidi e precisi immettono il carburante ad alta pressione nelle camere di combustione
    • 2.) In aggiunta, iniezione nel collettore di aspirazione con valvole elettromagnetiche
  • Testata cilindri Due alberi a camme in testa, 16 valvole, regolazione dell’albero a camme di aspirazione e di quello di scarico, regolazione della durata di apertura delle valvole CAMTRONIC per l’albero a camme di scarico
  • Portata della massa d’aria max. 1.200 kg/h
  • Peso del motore (GZ) 160,5 kg