Mercedes M 254 / OM 654 M: Elektrifizierte Hightech-Vierzylinder

Erstmals findet ein integrierter Starter-Generator (ISG) den Weg in einen Vierzylinder-Benziner von Mercedes. Im Zuge der Modellpflege ziehen die neuen Motoren OM 654 M (Diesel) und M 254 (Benziner) mit 48-Volt-Teilbordnetz in die E-Klasse ein. Der Ottomotor kommt zuerst im neuen 272 PS und maximal 400 Newtonmeter starken E 350 zum Einsatz. Und er präsentiert viele technische Finessen.

Zusatzverdichter minimiert das Turboloch

Die E-Maschine vereint Starter und Generator und gehört als Bauteil nicht wie bisherige Starter-Generatoren zum Motor, sondern zum Getriebe. Damit lässt sich diese Einheit künftig mit zahlreichen Antriebsmöglichkeiten zusammensetzen – bis hin zum Hybriden. Denn der ISG ist auch mit einem Hochvoltnetz kombinierbar. Im M 254 genannten Aggregat des E 350 allerdings versorgt ihn das 48-Volt-Bordnetz, er zählt also zu den Mildhybriden. Immerhin rekuperiert der E-Motor des ISG auch ins Bordnetz hinein, mit bis zu 15 kW. Andererseits kann der ISG den Antrieb mit 12 kW sowie 180 Nm unterstützen, überblendet damit das Turboloch beim Anfahren oder nach Schubphasen.

Ähnliches macht der elektrische Zusatzverdichter. Dahinter verbirgt sich ein wassergekühlter Elektromotor mit fünf kW Leistung. Er sitzt auf der so genannten kalten Seite des Turboladers und verdichtet die Ansaugluft so lange, bis der Abgasstrom ausreicht, die Turbine des Turboladers anzutreiben. Das stellt ein Ansprechverhalten sicher, das ohne Turboloch auskommt. Im Verbund spricht Mercedes von einer zweistufigen Aufladung. Das System ist nicht mit einem elektrisch unterstützten Lader zu verwechseln, bei dem der E-Motor auf der Hauptwelle des Abgasturboladers sitzt und das Verdichterrad direkt antreibt. Diese Technik wird AMG einsetzen.

41 Zusatz-PS per Overboost

Um die Abgasenergie optimal zu nutzen, setzt Mercedes beim Zweiliter des E 350 ein mehrflutiges Turbinengehäuse ein. Der so genannte Segmentlader trennt die Abgasströme der Zylinder eins und vier sowie zwei und drei. Anders als beim Twinscroll-Lader sitzen die Schnecken nicht neben-, sondern ineinander. Erprobt und erfolgreich eingesetzt wird diese Technik beim hauseigenen Formel 1-Team Mercedes-AMG Petronas.

Die zweiflutige Turbine lässt sich von einer Klappe gesteuert sowohl per Stoß- als auch Stauaufladung anfluten – Ersteres bei niedrigen, Letzteres bei hohen Drehzahlen. Die Stauaufladung führt die Abgase zusammen, bevor sie zur Turbine geleitet werden, wohingegen die Stoßaufladung einen kürzeren Weg wählt und damit die Bewegungsenergie der Abgase effektiver zur Verdichtung der Frischluft nutzt. Laut Mercedes ergibt das einen sehr hohen Wirkungsgrad, obwohl keine variable Turbonengeometrie (VTG) zum Einsatz kommt.

Vier Boost-Stufen bei Vollgas aus dem Stand

Weiterhin hat der M 254 noch eine Overboost-Funktion auf Lager. Per Ladedruck-Erhöhung samt angepasster Kraftstoffeinspritzung gestattet das Steuergerät 41 Zusatz-PS – über einen Zeitraum von bis zu 30 Sekunden. Der Ladedruck wird maximal solange angehoben, bis die Abgastemperatur einen Schwellwert erreichen.

Somit ergeben sich bei Vollgas aus dem Stand streng genommen vier Boost-Stufen: Zunächst schiebt der E-Motor des Startergenerators, dann folgt der Zusatzverdichter. Es übernimmt der mechanische Lader sowie der Overboost. Besonders stolz sind die Mercedes-Ingenieure auf das unmerkliche Überblenden dieser vier Stufen – die Leistungsentfaltung erinnert stark an die eines großvolumigen Saugmotors.

Auch der M 254 erhält die Trompetenhonung

Aber auch innermotorisch zieht Mercedes alle Register, um dem M 254 so effizient wie möglich mit dem Kraftstoff umgehen zu lassen. So verfügt der Benziner über Zylinder, deren Laufbuchsen im unteren Teil aufgeweitet sind. Mercedes nennt die Technik, die erstmals 2018 beim M 260-Vierzylinder der damals neuen A-Klasse zum Einsatz kam, Conicshape oder – ganz anschaulich – Trompetenhonung. Denn die konische Form der Laufbuchsen, welche die Reibung minimieren und dadurch den Spritverbrauch senken soll, ähnelt optisch dem Schalltrichter einer Trompete.

Neben dem M 254 verfügt auch dessen Diesel-Entsprechung OM 654 M über die neue, ins 9G-Tronic-Automatikgetriebe integrierte Generation des ISG. Die Motoren sind modular aufgebaut, daher der Name "FAME" (Family of Modular Engines). Damit eignen sie sich gleichzeitig für den Einsatz in Plugin-Hybrid-Umgebungen.

OM 654 M als weltweit erster ISG-Diesel

Mit dem OM 654 M liefert Mercedes nach eigenen Angaben den weltweit ersten Dieselmotor mit integriertem Starter-Generator. Der überarbeitete Zweiliter-Turbodiesel-Vierzylinder erhielt für die Elektrifizierung eine neue Kurbelwelle, wodurch der Hubraum um 43 auf 1.993 Kubikzentimeter wächst. Gleichzeitig wird der Einspritzdruck von bisher 2.500 auf 2.700 bar erhöht. Die Maximalleistung liegt nun bei 265 PS, das maximale Drehmoment bei 550 Newtonmetern. Abgasseitig wurde mit einem NOX-Speicherkat, Partikelfilter und zwei SCR-Katalysatoren nachgerüstet.

Zur E-Klasse-Überarbeitung kommt außerdem erstmals der Reihensechszylinder M 256 mit ISG in dieser Modellfamilie zum Einsatz. In den Mercedes-AMG E 53 4MATIC+ Modellen leistet das Triebwerk 320 kW (435 PS) und stellt ein maximales Drehmoment von 520 Newtonmetern zur Verfügung. Der Startergenerator liefert kurzzeitig zusätzliche 16 kW Leistung und 250 Newtonmeter Drehmoment.