Mercedes-AMG 2.0 litri turbo: ecco il nuovo 4 cilindri da 421 CV
Il nuovo Mercedes-AMG M139 è un motore da corsa…di serie
Codice motore M139. 2.0 litri, 4 cilindri, sovralimentato con turbocompressore: queste le caratteristiche del Mercedes-AMG 2.0 litri della A45 AMG S. Potenza totale 310 kW / 421 CV a 6750 rpm ed una coppia massima di 500 Nm tra 5000 e 5250 rpm, con la capacità di allungare fino a 7200 rpm. Numeri molto diversi dal B48A20T1 che equipaggia le varie declinazioni M35i di BMW, tra cui la nuova BMW M135i xDrive. La massa del nuovo M139 è di appena 160.5 kg.
Numeri inferiori solo al 4 cilindri 2.0 litri turbo che ha equipaggiato la Mitsubishi Lancer EVO X FQ-440 MR (da 440 CV per l’appunto), ma che è stata prodotta in appena 40 esemplari e solo per il mercato Inglese.
Il quattro cilindri Mercedes-AMG è disponibile in due versioni: 310 kW (421 CV) come modello S e 285 kW (387 CV) nella versione base. Questa logica di politica dei prodotti si è già dimostrata efficace nei modelli AMG Performance basati sul grosso V8.
La coppia massima di 500 Nm (480 Nm per la versione base) è disponibile in un intervallo di 5000-5250 giri / min (4750-5000 giri / min nella versione base). Con questa configurazione, gli ingegneri AMG hanno ottenuto un’erogazione di potenza simile a quella di un motore aspirato per un’esperienza di guida ancora più emotiva.
Ruotato di 180°, ora l’aspirazione è frontale
Rispetto al quattro cilindri M 260 montato trasversalmente nei modelli “35” o al precedente motore M 133, il nuovo Mercedes-AMG M 139 viene ruotato attorno al suo asse verticale di 180 gradi. Ciò significa che il turbocompressore ed il collettore di scarico sono ora posizionati nella parte posteriore, sul lato del firewall, se visti da dietro. Il sistema di aspirazione è quindi posizionato nella parte anteriore.
Questa configurazione consente la progettazione della sezione anteriore più piatta possibile e aerodinamicamente vantaggiosa. Inoltre, la nuova disposizione consente una canalizzazione dell’aria molto migliorata con distanze più brevi e un minor numero di deviazioni, sia sul lato di aspirazione che di scarico.
Turbocompressore Twin-Scroll, fino a 2.1 bar di sovrapressione
Il nuovo turbocompressore twin-scroll del Mercedes-AMG M139, combina un’ottima risposta alle basse velocità del motore con una potenza elevata nella gamma dei regimi più alti. In aggiunta a ciò, l’alloggiamento della turbina è diviso in due passaggi di flusso che corrono paralleli l’uno all’altro (Twin Scroll, per l’appunto). Insieme ai condotti similmente suddivisi nel collettore di scarico, questo rende possibile alimentare separatamente il flusso di scarico alla turbina.
Lo scopo è quello di evitare che i singoli cilindri si influenzino a vicenda negativamente durante i cicli di carico e per migliorare il ciclo termodinamico. Il risultato è una maggiore coppia ai bassi regimi del motore ed una reattività estremamente buona.
Inoltre, gli alberi del compressore e della turbina presentano per la prima volta cuscinetti a rulli, come nella variante di uscita superiore del motore V8 AMG da 4,0 litri della AMG GT 4 porte. I cuscinetti a rulli riducono al minimo l’attrito meccanico all’interno del turbocompressore. Il turbo risponde, quindi, più prontamente e raggiunge la sua velocità massima di 169.000 giri / min più rapidamente.
Controllo accurato a 2.1 bar di sovrapressione
Con una pressione di sovralimentazione massima di 2,1 bar (1,9 bar nella versione base), il motore turbo da 2,0 litri prevede una wastegate a controllo elettronico che consente di controllare la pressione di sovralimentazione in modo ancora più preciso e flessibile ottimizzando la reattività, soprattutto in caso di accelerazione da carico parziale. In questo processo vengono presi in considerazione numerosi parametri.
I principali segnali di ingresso per la centralina wastegate sono la pressione di sovralimentazione, la posizione della valvola a farfalla e il controllo sulla detonazione. A questi si aggiungono il controllo della temperatura dell’aria di aspirazione, la temperatura del motore, il regime di rotazione del motore e la pressione atmosferica. Ciò consente anche un aumento temporaneo della pressione di sovralimentazione (overboost) possibile in fase di accelerazione.
L’aria fresca viene utilizzata in aggiunta ad olio e acqua per raffreddare il turbocompressore. Il flusso d’aria che investe il cofano motore, viene deviato appositamente sul turbocompressore, attraverso il coperchio del motore progettato come un deflettore d’aria e grazie anche ai condotti sotto il cofano.
Il concetto si basa sui principi e sull’esperienza acquisiti con il raffreddamento dei turbocompressori montati internamente degli attuali motori V8 AMG da 4,0 litri, a partire dall’AMG GT del 2014. Inoltre, l’alloggiamento della turbina ha un isolamento integrale dal calore.
Nuovo basamento in alluminio per resistere alle alte pressioni
Il 4 cilindri M139 Mercedes-AMG ha un basamento interamente in alluminio, realizzato mediante fusione in stampo metallico usando l’effetto della gravità. Grazie alla sua buona conducibilità termica, lo stampo – raffreddato ad acqua – consente un rapido raffreddamento e solidificazione del fuso. Il risultato è una struttura a grana fine e densa che garantisce una resistenza molto elevata. Le geometrie interne complesse possono essere realizzate con l’aiuto di anime di sabbia chiuse.
La costruzione closed-deck, derivata dall’esperienza delle corse automobilistiche, assicura una rigidità eccezionale con un peso ridotto e consente di raggiungere picchi di pressione fino a 160 bar. Le aree attorno ai cilindri sono per la maggior parte solide e la guarnizione della testa, così come il cielo del monoblocco, è penetrata solo da condotti più piccoli per il refrigerante e l’olio motore. Il gruppo di manovella con un albero a gomiti in acciaio forgiato leggero e pistoni in alluminio forgiato con segmenti ottimizzati, combina un basso attrito con un’elevata resistenza. Il regime massimo del motore è 7200 giri / min e la potenza di picco è sviluppata a 6750 giri / min. La coppa dell’olio è realizzata con piastre deflettrici in modo che, nonostante la coppa più grande, e anche in presenza di elevate forze di accelerazione laterale, vi sia sempre olio motore sufficiente a lubrificare tutti i componenti rilevanti.
Rivestimento delle pareti cilindro in NANOSLIDE
Per ridurre l’attrito tra pistoni e cilindri, le canne cilindri sono rivestite con tecnologia brevettata NANOSLIDE. Questo conferisce ai rivestimenti una superficie a specchio per un minimo attrito, è due volte più duro rispetto ai tradizionali liner in ghisa grigia e quindi li rende molto più durevoli.
NANOSLIDE è stato sviluppato da Daimler AG ed è protetto da oltre 90 famiglie di brevetti e oltre 40 brevetti. Il rivestimento è stato inizialmente utilizzato per il motore M 156 di AMG, ed è stato implementato su diversi motori AMG per molti anni e può anche essere trovato nel motore di Formula 1 di Mercedes AMG Petronas Motorsport.
Valvole di scarico dal diametro maggiorato e raffreddamento ottimizzato
Riposizionando e inclinando leggermente gli ugelli di iniezione e il sistema di candele nella testata del cilindro, è stato possibile allargare notevolmente le valvole di scarico rispetto a quelle del precedente motore M 133. Il nuovo Mercedes-AMG M139 ha sezioni di scarico più grandi che consentono ai gas di fuoriuscire dalle camere di combustione con basse perdite e ridurre l’azione generale di sfiato del pistone.
Il raffreddamento più efficiente della testata del cilindro è stato ottenuto mediante l’utilizzo di guarnizioni con un’altezza di installazione ridotta ed un foro di raffreddamento vicino alla camera di combustione, nell’area dello scarico della testata. Le prestazioni di raffreddamento sono state, inoltre, migliorate grazie a una geometria della “Water Jacket” (le aree più estete del raffreddamento testa sulle zone laterali dei cilindri, NdR) in prossimità della superficie, garantendo una portata più rapida e una portata volumetrica ottimizzata.
Una guarnizione metallica multistrato corrugata, isola la testata dal carter.
Distribuzione 16 valvole, ma ottimizzate
Due alberi a camme in testa controllano le 16 valvole tramite camme a rulli ottimizzati in base al peso. La regolazione dell’albero a camme sul lato aspirazione e scarico, consente una risposta eccellente ed ottimizza il ciclo del gas per ogni punto di funzionamento.
Un’altra caratteristica è il controllo variabile della valvola CAMTRONIC sul lato scarico, con due camme per valvola. Le camme hanno geometrie diverse, quindi, a seconda delle impostazioni della camma per adattarsi alla situazione di guida, le valvole di scarico possono essere aperte per brevi o lunghi periodi, per una reattività ancora migliore a bassi regimi, una guida confortevole ed a basso consumo a regime medio ed erogazione a piena potenza nella gamma di giri superiore.
Nuovo sistema di iniezione Twin Stage
La sovralimentazione e l’iniezione diretta con un processo di combustione “Guided Spray” non solo consentono un elevato rendimento energetico, ma migliorano anche l’efficienza termodinamica e quindi riducono sia il consumo di carburante sia le emissioni di scarico.
Per la prima volta, il nuovo quattro cilindri Mercedes-AMG M139 ad alte prestazioni ha un’iniezione di carburante a due stadi. Nel primo stadio gli iniettori piezoelettrici particolarmente veloci e precisamente alimentano le camere di combustione con una pressione fino a 200 bar. Questo è un processo multiplo, a volte, ed è controllato dal sistema di gestione del motore secondo necessità.
Nel secondo stadio è prevista un’ulteriore iniezione del collettore di aspirazione mediante elettrovalvole. Questo è necessario per raggiungere l’elevata potenza specifica del motore. L’alimentazione del carburante controllata elettronicamente ha una pressione operativa di 6,7 bar.
Un sistema di raffreddamento migliorato per raggiungere elevate potenze
Con una potenza così elevata del Mercedes-AMG M139, bisogna realizzare un sistema di raffreddamento intelligente ed efficiente. Un radiatore supplementare nel passaruota integra l’unità grande del modulo principale di raffreddamento. Un circuito a bassa temperatura viene utilizzato anche per l’intercooler aria / acqua. Insieme all’intercooler collegato in serie, il flusso del refrigerante attraverso i radiatori è assistito da una pompa elettrica ad alte prestazioni. Ciò consente il raffreddamento ideale dell’aria compressa dal compressore, contribuendo così a prestazioni ottimali del motore.
Il raffreddamento dell’olio della trasmissione è integrato nel circuito del liquido di raffreddamento del motore ed è assistito da uno scambiatore di calore montato direttamente sulla trasmissione. L’unità di controllo del motore è montata sull’alloggiamento del filtro dell’aria, dove viene raffreddato da un flusso d’aria.
Pompa dell’acqua elettrica: cooldown garantito
La pompa dell’acqua ad alte prestazioni, funziona indipendentemente dalla velocità del motore ed è a portata variabile. L’attivazione ritardata durante il riscaldamento fa si, che il blocco motore si riscaldi più rapidamente, con un effetto positivo su attrito, consumo ed emissioni. La pompa può anche essere accesa o spenta come richiesto quando si guida con meno potenza o a bassi regimi del motore.
Inoltre, la pompa dell’acqua elettrica assicura la piena potenza del motore ed una dissipazione del calore ottimale nell’intero intervallo di regime del motore. Protegge inoltre dai danni termici quando è in folle a temperature ambiente molto elevate.
Funzioni come la gestione dell’alternatore, la funzione di START / STOP ECO con riavvio rapido, la funzione di coasting ed un filtro antiparticolato, sono parte del pacchetto tecnologico per il nuovo quattro cilindri AMG.
