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Sábado, 08 de Junio de 2019 08:48

El motor de cuatro cilindros fabricado en serie más potente del mundo procede de Affalterbach

por  Jaime Sornosa
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Nuevo motor sobrealimentado de cuatro cilindros de Mercedes-AMG, fabricado en una línea de producción de vanguardia

El cuatro es el número ganador. El propulsor de 2,0 litros de nuevo desarrollo de Mercedes-AMG con la denominación interna M 139 es el motor sobrealimentado de cuatro cilindros más potente fabricado en serie en todo el mundo, con una potencia de hasta 310 kW (421 CV). Con ello, Mercedes-AMG supera en 30 kW (40 CV) las cotas de su antecesor M 133, que asumía hasta ahora el liderazgo en este campo. También ha aumentado el par máximo, de 475 a un máximo de 500 Nm. Con una potencia por litro de cilindrada de hasta 155 kW (211 CV), el nuevo motor de altas prestaciones con turbocompresor de Mercedes-AMG supera a las mecánicas de muchos superdeportivos de reputadas marcas. El nuevo motor de alta eficiencia se fabrica en Affalterbach en una innovadora línea de producción, siguiendo el principio «One Man, One Engine».

El propulsor de cuatro cilindros impulsará con brío los turismos compactos de Mercedes-AMG en dos niveles de potencia, con 310 kW (421 CV) en los modelos S y con 285 kW (387 CV) en la versión básica. Esta oferta escalonada se ha acreditado en los modelos de altas prestaciones de AMG con motor V8, y ayuda a satisfacer mejor las expectativas individuales de los clientes.

Junto a las cifras de potencia, el nuevo grupo destaca también por su respuesta espontánea. Para ello se ha armonizado con precisión la curva de par del motor («Torque shaping»). El valor punta de 500 Nm (480 Nm en la versión básica) está disponible en un margen de 5.000-5.250 rpm (4.750-5.000 rpm en la versión básica). Gracias a este dimensionamiento, los ingenieros de AMG han logrado un despliegue de potencia similar al de un motor atmosférico, lo que redunda en una vivencia de conducción aún más sugestiva. Los especialistas del área de motores han elegido una curva de par con crecimiento dinámico en la gama baja de revoluciones, lo que mejora claramente las propiedades de marcha del automóvil. El aumento del par a altas revoluciones incrementa la agilidad del motor. Otro factor que subraya el carácter deportivo del motor M 139 es el régimen máximo, que asciende a 7.200 rpm.

«Con el precursor de este motor hemos logrado establecer un referente en el segmento. Por tanto, el desafío asumido al comienzo del proyecto de desarrollo de un motor de cuatro cilindros completamente nuevo era superar las cotas del líder del segmento. Algo que hemos logrado gracias a la introducción de numerosas soluciones, algunas de ellas revolucionarias. El M 139 acredita una vez más y de forma impresionante la elevada competencia de Mercedes-AMG en el desarrollo de motores. Junto a la potencia por litro de cilindrada, singular para un motor sobrealimentado, otro factor que acredita el potencial de desarrollo de los motores de combustión interna es su elevada eficiencia», destaca Tobias Moers, Presidente del Comité de Dirección de Mercedes-AMG GmbH.

Nuevo planteamiento del principio «One Man, One Engine»

El nuevo motor se monta completamente a mano. En el primer piso de la planta artesanal de motores de AMG en la sede de Affalterbach se ha instalado para ello una línea de fabricación basada en un concepto completamente nuevo. En ella, Mercedes-AMG combina el principio «One Man, One Engine» con los métodos de Industria 4.0 de forma especialmente innovadora, teniendo en cuenta los conocimientos más recientes de ergonomía, de flujo de material, de aseguramiento de calidad, de sostenibilidad y de eficiencia. Dentro del marco de la implementación de Industria 4.0, el área de producción de AMG persigue asimismo la visión de una producción inteligente. Esta visión se distingue por una máxima flexibilidad, transparencia y eficiencia. La nueva producción incrementa la calidad de los motores y de los procesos de producción con tecnologías innovadoras y digitales.

«Para el montaje del M 139 hemos reinventado una vez más el principio «One Man, One Engine». El resultado es una planta de fabricación de vanguardia, centrada en las personas que trabajan en la planta. Hemos creado condiciones laborales óptimas en un entorno inundado de luz, limpio y con una organización precisa de todas las secuencias. Con ello se crea la base perfecta para poder garantizar nuestro elevado nivel de calidad a pesar del incremento de la complejidad de la tecnología», comenta Emmerich Schiller, COO y miembro del Comité de Dirección de Mercedes-AMG GmbH.

A veces, la mejor solución es un giro de 180 grados

El nuevo motor se distingue por un largo elenco de detalles constructivos inteligentes. En comparación con el grupo de cuatro cilindros M 260, que se monta asimismo en posición transversal en los modelos 35, o con el antecesor M 133, hemos girado la posición de montaje del nuevo Mercedes-AMG M 139 en 180 grados en torno a su eje vertical. Esto significa que el turbocompresor y el colector de escape se encuentran detrás del motor (mirando en el sentido de la marcha), junto a la pared separadora entre el compartimento del motor y el habitáculo. Por consiguiente, el sistema de admisión se encuentra delante. Esta disposición permite configurar un diseño frontal especialmente plano, lo que conlleva ventajas aerodinámicas. Además, gracias a ella se logra mejorar claramente la conducción del aire, con vías más cortas y menos cambios de dirección, tanto en el lado de admisión como en el lado de escape.

Mejora de la respuesta del turbocompresor gracias al uso de rodamientos

El nuevo turbocompresor con sistema de doble entrada conjuga una respuesta ideal a bajas revoluciones con un gran aumento de la potencia en el margen superior de revoluciones. La carcasa de la turbina está dividida en dos ramales de flujo paralelos. En combinación con dos canales separados en el colector de escape, esta disposición permite conducir los gases de escape por separado hasta el rodete de la turbina.

El objetivo es impedir influencias mutuas negativas entre los cilindros durante los ciclos de admisión y escape. El resultado es un aumento del par motor, incluso a bajas revoluciones, unido a una respuesta muy espontánea.

Además, y por primera vez, el árbol que soporta el rodete del compresor y la rueda de turbina se apoya sobre rodamientos, al igual que sucede en la ejecución de mayor potencia del motor AMG V8 de 4,0 litros montado en el AMG GT Coupé de 4 puertas. Gracias a los rodamientos disminuye a un mínimo la fricción mecánica en el interior del turbocompresor. De ese modo, el sobrealimentador responde con mayor espontaneidad y gira a mayor velocidad, alcanzando un régimen máximo de hasta 169.000 rpm.


 

La regulación electrónica de la presión de sobrealimentación optimiza la respuesta del motor

Una presión de sobrealimentación máxima de 2,1 bares coloca al motor de cuatro cilindros con turbocompresor y 2,0 litros de cilindrada a la cabeza de su segmento, también en este apartado. La válvula wastegate con control electrónico (válvula de sobrepresión de gases de escape) permite regular la presión de sobrealimentación con mayor precisión y flexibilidad y optimizar así la respuesta del motor, en especial la aceleración desde la gama de carga parcial. Para esta tarea se tienen en cuenta numerosos parámetros.

Las señales de entrada principales para la unidad de control de la regulación de la válvula wastegate son la presión de sobrealimentación, la posición de la mariposa y la tendencia al picado. Entre las señales de corrección se encuentran la temperatura del aire de admisión, la temperatura de motor, el número de revoluciones y la presión atmosférica en el entorno. Con ello es también posible un incremento temporal de la presión de sobrealimentación al acelerar (overboost).

Para la refrigeración del turbocompresor se utiliza aceite, agua y también aire fresco. La calandra del radiador conduce con precisión el aire al turbocompresor pasando por encima de la cubierta del motor, configurada como elemento deflector, y a través de canales situados por debajo del capó. Este diseño se basa en los principios y la experiencia recogida en la refrigeración del turbocompresor situado en el interior de las dos bancadas de los actuales motores AMG V8 de 4,0 litros, comenzando con el AMG GT del año 2014. Además, la carcasa de la rueda de turbina cuenta con un aislamiento integral.

Las ventajas que ofrece el bloque motor

La fabricación del bloque motor íntegramente en aluminio se basa en el proceso de fundición en coquilla, que confiere propiedades sobresalientes al material. La colada del aluminio líquido en el molde metálico permanente (coquilla) se realiza por acción de la fuerza de la gravedad. Gracias a la elevada conductividad térmica de la coquilla, refrigerada por agua, se consigue un enfriamiento y una solidificación rápidos de la masa fundida. La consecuencia es una microestructura densa y de grano fino del material, lo que lleva consigo cotas muy elevadas de resistencia. Con ayuda de machos de arena introducidos en la masa es posible configurar geometrías interiores de alta complejidad.

El diseño constructivo conocido como «Closed-Deck», un desarrollo procedente del mundo de la competición, garantiza una máxima rigidez, unida a bajo peso, y permite operar con una presión máxima de combustión de hasta 160 bares. El área en torno a los cilindros está prácticamente cerrada, mientras que la placa de cubierta solamente está atravesada por pequeños canales para el líquido refrigerante y el aceite del motor. El mecanismo del cigüeñal, formado por un cigüeñal forjado de acero de construcción ligera y pistones forjados de aluminio con segmentos optimizados conjuga baja fricción con alta resistencia. El número de revoluciones máximo del motor asciende a 7.200 rpm, y la potencia máxima se alcanza a las 6.750 rpm. El cárter de aceite dispone de chapas rompeolas. Esto garantiza que todos los componentes relevantes dispongan siempre de suficiente aceite para su lubricación, incluso cuando se circula con una alta aceleración transversal y a pesar del aumento del volumen del cárter de aceite.

Por qué se reviste la superficie de deslizamiento del cilindro con NANOSLIDE

Las camisas de los cilindros se revisten utilizando la tecnología patentada NANOSLIDE para reducir las pérdidas por fricción entre los pistones y los cilindros. Como resultado de este revestimiento, las camisas de los cilindros son especialmente lisas, lo que reduce al mínimo la fricción interna. Al mismo tiempo, ostentan una dureza dos veces mayor que las camisas convencionales de fundición gris, con lo que aumenta su durabilidad. NANOSLIDE es una tecnología desarrollada por Daimler AG y protegida por más de 90 familias de patentes y más de 40 patentes. Este tipo de revestimiento se utilizó por primera vez en el motor AMG M 156, contribuye desde hace muchos años a mejorar las propiedades de otros propulsores de AMG y se emplea asimismo en el motor de Fórmula 1 de la escudería Mercedes AMG Petronas Motorsport.

Las válvulas de escape de mayor tamaño agilizan el ciclo de admisión y escape

En la culata se ha modificado la posición de los inyectores y las bujías, que asumen ahora además una disposición ligeramente inclinada. De ese modo es posible utilizar válvulas de escape considerablemente mayores que en el motor precedente M 133. La mayor sección de salida hace posible que los gases de escape puedan abandonar la cámara de combustión con bajas pérdidas, y también disminuye el trabajo de desplazamiento de los pistones.

Para mejorar la eficiencia de la refrigeración de las culatas se montan segmentos de menor altura y se ha efectuado un taladro para refrigeracíón cercano a la cámara de combustión, en la zona situada entre los anillos de las válvulas de escape. También ha mejorado la potencia de refrigeración gracias a una geometría modificada de la camisa de agua, cercana a la superficie, a una mayor velocidad de flujo y a un caudal optimizado. Una junta metálica acanalada de varias capas conforme con el estado actual de la técnica hermetiza la culata respecto al bloque motor.

Dos árboles de levas en cabeza controlan las 16 válvulas por medio de balancines de rodillos de peso optimizado. El ajuste de los árboles de levas en el lado de admisión y en el lado de escape permite una respuesta ideal del motor y optimiza los ciclos de admisión y de escape en cada punto de operación del motor. A esto se suma el mando variable de las válvulas CAMTRONIC en el lado de escape, con dos levas por válvula.

Las levas obedecen a distintos diseños geométricos. De ese modo, las válvulas de escape pueden permanecer abiertas más o menos tiempo en función del reglaje de las levas según la situación de conducción. Con ello mejora la respuesta del motor a bajas revoluciones, se asegura una conducción confortable y con bajo consumo en la gama media de número de revoluciones y se obtiene el desarrollo pleno de la potencia en la gama alta de régimen.

La inyección de gasolina combina lo mejor de dos mundos

 

La combinación de sobrealimentación por turbocompresor e inyección directa guiada hacen posible una entrega de potencia elevada, aumentan el rendimiento termodinámico y reducen por tanto el consumo de combustible y las emisiones de gases de escape.

El nuevo motor de altas prestaciones con cuatro cilindros trabaja por primera vez con inyección de gasolina en dos etapas. En la primera etapa se utilizan elementos de inyección piezoeléctricos, rápidos y precisos, que inyectan el combustible directamente en las cámaras de combustión con una presión de hasta 200 bares. Esta inyección se repite en parte varias veces y se regula si es necesario por medio de la unidad de control del motor.

En la segunda etapa se recurre a la inyección en el colector de admisión por medio de válvulas electromagnéticas. Esta inyección resulta necesaria para poder alcanzar la elevada potencia específica del motor. El sistema de alimentación de combustible con regulación electrónica trabaja con una presión de 6,7 bares.

El sofisticado sistema de refrigeración del motor aumenta la potencia

La elevada potencia del motor requiere un sofisticado sistema de refrigeración. Un radiador adicional en el pasarruedas completa el elemento de mayor tamaño en el plano delantero del módulo principal. A esto se suma un circuito de baja temperatura para el intercooler de aire y agua. Una bomba eléctrica de alta potencia impulsa el agua a través del intercooler, conectado en serie con los radiadores de agua. De ese modo se refrigera de forma ideal el aire de sobrealimentación altamente comprimido, lo que favorece el desarrollo de potencia del motor.

La refrigeración del aceite del cambio está integrada en el circuito de refrigeración del agua del motor, con asistencia de un intercambiador de calor situado directamente junto al cambio. La unidad de control del motor se encuentra sobre la caja del filtro de aire, donde es enfriada por el caudal de aire de refrigeración.

La bomba de agua eléctrica aporta numerosas ventajas

La bomba de agua eléctrica de alta potencia, regulada en función de la demanda, trabaja con independencia del número de revoluciones del motor. Durante la fase de calentamiento del motor se conecta con cierto retraso para agilizar el calentamiento del bloque motor. Esto tiene efectos positivos en las pérdidas por fricción, el consumo y las emisiones. Del mismo modo es posible conectar o desconectar la bomba en función de las necesidades al operar con baja potencia o con un número bajo de revoluciones. La bomba de agua eléctrica garantiza además la potencia máxima del motor y una disipación térmica óptima en el margen completo de revoluciones. Este componente protege además el motor de daños por recalentamiento durante la marcha al ralentí en días con temperaturas exteriores muy altas.

El paquete tecnológico del nuevo motor de cuatro cilindros de AMG incluye asimismo otras funciones, como la gestión del generador, la función de parada y arranque ECO con arranque rápido, la función de planeo y el filtro de partículas para motores de gasolina.


 

Medidas que facilitan el trabajo y aumentan la eficiencia en la nueva línea de fabricación

El nuevo motor AMG de cuatro cilindros y 2,0 litros con turbocompresor responde a la denominación interna M 139 y se monta a mano de acuerdo con la filosofía tradicional de AMG «One Man, One Engine». Una novedad es la organización completamente innovadora de los procesos y la logística con asistencia digital.

Todas las actividades están concebidas y planificadas en torno a las personas que trabajan en la línea. Los empleados cuentan con la ayuda de herramientas digitales en sus actividades. Se prioriza el uso de técnica inteligente y flexible. El núcleo de la moderna línea de fabricación es la combinación de montaje flexible en línea con una cesta preconfigurada, así como sistemas de transporte no tripulados. En la fase de planificación de la nueva línea de fabricación para el M 139 predominó también el tema de la sostenibilidad. La producción utiliza energía renovable y reduce claramente las emisiones de CO2, el consumo de agua y los desechos.

El nuevo carro para montaje simplifica el trabajo

El carro para montaje sobre el que se ensamblan los componentes del M 139 es fruto de un desarrollo conjunto con los empleados de la planta. Este carro dispone de un sistema propio e independiente de suministro eléctrico, de modo que no precisa cables de alimentación. Todos los medios de producción y herramientas se encuentran en posición ergonómica optimizada sobre el carro o acoplados a este. Esta concepción facilita el trabajo, reduce los desplazamientos de los operarios y aumenta la eficiencia. La tableta integrada presta asistencia al montador, pues emite indicaciones de trabajo precisas, expresadas en frases de fácil comprensión. Por tanto, se acabaron los manuales y las guías. La producción en régimen artesanal trabaja sin papel.

A qué se refieren los empleados cuando hablan de «Blue Sky»

 

Los nuevos destornilladores con batería están siempre a mano. A diferencia de las herramientas con cables, ya no es necesario elevar la mano como hasta ahora para recogerlos del techo de la nave entre una estación y otra. Dado que no hay cables colgando del techo, los empleados utilizan el término «Blue Sky» al hablar de su puesto de trabajo. La impresión general en la nave, inundada de luz, es muy diáfana y luminosa y contribuye a crear un clima de trabajo agradable. La extensa digitalización aumenta asimismo la eficiencia y la flexibilidad en la producción en régimen artesanal. Cada una de las herramientas está conectada a la red Wi-Fi de la fábrica de motores. Por lo tanto, es posible realizar de forma automatizada mediante indoor-tracking la autorización y el ajuste del par de apriete para cada paso del montaje. También se registran por vía digital todas las actividades realizadas, lo que garantiza un aseguramiento ideal de la calidad, junto con transparencia y reproducibilidad.

Las ventajas de un sistema de transporte no tripulado

Cada montador cuenta con un sistema de transporte no tripulado que le sigue en sus movimientos. En su cesta se encuentran exactamente los componentes necesarios para completar el motor correspondiente. Los sistemas de transporte se preparan en el centro logístico Marbach de Mercedes-AMG y se entregan a la línea de fabricación en el momento y el orden previstos («just in sequence»). El control autónomo de estos carros se realiza igualmente mediante indoor-tracking y Wi-Fi. De ese modo es posible seguir por vía digital cada uno de los componentes.

Los carros para montaje y transporte presentan el diseño corporativo negro-blanco de Mercedes-AMG y un distintivo con textos sugestivos del tipo de «START YOUR ENGINE» o «AMG PERFORMANCE INSIDE». De ese modo contribuyen a la motivación de los empleados y a su identificación con la empresa. En armonía con este simbolismo, el piso de la nave presenta rayas y marcas de color blanco y rojo, que recuerdan a los bordillos y las líneas de guía de los circuitos de carreras.

Razones del aumento de eficiencia de las estaciones de comprobación

En paralelo a estas modificaciones ha disminuido el número de estaciones de comprobación. Para ello se han integrado varias estaciones individuales en tres estaciones centrales, que realizan el ensayo del par de arrastre, comprueban si existen fugas de aceite, agua o combustible y llevan a cabo el ensayo de fugas en la camisa de agua completa del motor. El resultado es un ahorro considerable de tiempo y, por consiguiente, un aumento de la eficiencia. También aquí se registran por vía digital y se memorizan todos los parámetros y valores de medición, de modo que es posible reproducir en todo momento la producción de cada uno de los motores.

La filosofía de montaje «One Man, One Engine» forma parte de los atributos de la marca Mercedes-AMG. En consecuencia, otro atributo característico del motor M 139 es la placa del motor AMG, con la firma del técnico encargado de su montaje. En el marco de la introducción de los nuevos procesos se han llevado a cabo extensas medidas de cualificación y de formación continuada para todos los mecánicos encargados de montar el nuevo grupo de cuatro cilindros.

Resumen de datos técnicos

 

Motor sobrealimentado Mercedes-AMG de cuatro cilindros y 2,0 litros M 139

Cilindrada

1.991 cm3

Diámetro x carrera

83,0 x 92,0 mm

Potencia

310 kW (421 CV) a 6.750 rpm

285 kW (387 CV) a 6.500 rpm

Par motor máximo

480 Nm a 4.750-5.000 rpm

500 Nm a 5.000-5.250 rpm

Número máximo de revoluciones

7.200 rpm

Relación de compresión

9,0:1

Sobrealimentación

Un turbocompresor de doble entrada con árbol del compresor y de la turbina guiados por rodamientos

Presión máxima de sobrealimentación

2,1 bares

Preparación de la mezcla

Combinación de inyección directa e inyección en el colector de admisión.

1.) Inyección directa múltiple de tercera generación. Inyectores piezoeléctricos rápidos y precisos proyectan el combustible a alta presión en las cámaras de combustión

2.) Inyección adicional en el colector de admisión con válvulas electromagnéticas

Culata

Dos árboles de levas en cabeza, 16 válvulas, reglaje del árbol de levas de admisión y de escape, ajuste de la duración de la apertura de las válvulas CAMTRONIC para el árbol de levas de escape

Flujo máximo de masa de aire

1.200 kg/h

Peso del motor (GZ)

160,5 kg


Informacion adicional

  • -:
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