Le moteur M133 donnait déjà des ailes à l’AMG A45 de première génération. En développant son successeur, les ingénieurs ont dû se creuser la tête pour obtenir l’augmentation de puissance attendue tout en réduisant les émissions de gaz d’échappement. Ralph Illenberger, le motoriste en chef chez Mercedes-AMG, a formulé cet objectif lors de son exposé préparé pour le Symposium des moteurs de Vienne 2020, un événement qui n’a finalement pas eu lieu: «Notre moteur doit être la nouvelle référence en matière de puissance et de couple, mais également atteindre des régimes plus élevés et être encore plus réactif que l’ancien, mais toujours avec l’objectif d’une meilleure efficience.»
Pari réussi: avec des valeurs de puissance et de couple atteignant respectivement 285 ou 310 kW (388 ou 421 ch) et 480 ou 500 Nm, le M139 est le quatre-cylindres de grande série le plus puissant du monde. Créditée d’une puissance spécifique de 155 kW/l, la version S surpasse même la plupart des supercars. La combinaison délicate des hauts régimes avec la suralimentation a été un succès, comme en témoignent la réactivité comparable à celle d’un moteur à atmosphérique et le régime plafonné à 7200 tr/min.
Développé à partir d’une page blanche
Malgré des cotes inchangées par rapport au moteur M133 (alésage de 83 mm et course de 92 mm), le M139 a été développé à partir d’une page blanche, toujours selon le principe «One man, one engine» cher à AMG. L’innovation la plus visible est l’alignement de l’admission et de l’échappement. Effectivement, désormais, l’admission d’air frais est positionné à l’avant du moteur (dans le sens de marche de la voiture), le côté échappement se situant, quant à lui, à l’arrière. Parmi les autres optimisations, il faut également citer la double injection d’essence, le turbocompresseur twin-scroll muni de roulements à rouleaux, la wastegaste électrique, le collecteur d’échappement à flux séparés ainsi que le nouveau système de refroidissement.
Le carter moteur – avec traitement de surface Nanoslide des cylindres – est de type open-deck tout aluminium et supporte des pressions allant jusqu’à 160 bars, comme celui d’un diesel. Les niveaux de pression et de régime atteints ont également nécessité un renforcement de l’embiellage impliquant un vilebrequin forgé et des pistons optimisés en matière de masse et de résistance mécanique.
Culasse et commande des soupapes
Dans le toit des chambres de combustion, les injecteurs piézoélectriques et les bougies M10 sont maintenant alignés dans l’axe longitudinal, ce qui a permis d’agrandir la section de passage des soupapes d’échappement. La nouvelle géométrie des canaux d’admission favorise aussi le tourbillonnement dans les chambres de combustion. La distribution variable Camtronic côté échappement rend le moteur plus réactif et privilégie le couple à bas régimes. Elle fonctionne avec deux profils de cames différents, de sorte que le temps d’ouverture des soupapes peut varier indépendamment de la situation rencontrée. Le moteur a plus de répondant à bas régime et consomme moins, mais est aussi plus agréable dans la plage intermédiaire, tout en délivrant davantage de puissance tout en haut.
La puissance spécifique élevée implique des pressions moyennes pouvant atteindre 32 bars. Le système de refroidissement a donc été conçu de manière à ce que la limite de cognement puisse être déplacée vers le haut. Afin de maintenir la température du liquide de refroidissement dans le carter à un niveau optimal, le moteur possède deux circuits de refroidissement séparés, chacun équipé d’une pompe, d’un thermostat et d’un radiateur. Dans chaque cylindre, la base du piston est rafraîchie par deux buses de pulvérisation d’huile.
L’air de suralimentation est refroidi de manière indirecte dans un autre circuit à basse température. Afin que l’unique intercooler reste efficace même quand la température ambiante est élevée, le circuit de refroidissement a été prolongé par un refroidisseur. Ce dernier abaisse la température du liquide de refroidissement à la sortie du radiateur et avant l’intercooler. Cela garantit un refroidissement parfait, tant au quotidien que sur circuit.
Suralimentation et injection
Le turbocompresseur twin-scroll dirige parfaitement les gaz d’échappement vers la turbine, grâce à des canaux séparés. Le système Camtronic utilise bien l’énergie des gaz d’échappement à charge partielle. Le palier à roulements du mécanisme réduit encore le temps de réponse du turbo, dont le rotor a, en outre, été redessiné. Enfin, la pression de suralimentation est contrôlée par une wastegate électrique.
L’injection s’effectue en deux étapes, avec des injecteurs piézoélectriques haute pression et magnétiques basse pression. Les injecteurs piézoélectriques transportent directement l’essence dans les chambres de combustion à une pression pouvant atteindre 200 bars, jusqu’à huit injections partielles étant possibles par cycle de travail. En cas de sollicitation proche de la pleine charge, l’injection dans les canaux d’admission est activée en plus de l’injection directe. Cette répartition permet de tirer partie des avantages de chaque système. Un filtre à particules de deuxième génération est monté dans le système d’échappement, près du moteur.
