Mercedes-Benz M 116/M 117

Übersicht

Da sich der große V8-Motor M 100 für den 600 von 1964 bewährt hatte, übernahm Mercedes-Benz die wesentlichen Konstruktionsmerkmale für ihre kleinen V8-Motoren.

Sie sind wassergekühlt und haben pro Zylinderbank eine per Duplex-Rollenkette angetriebene obenliegende Nockenwelle (OHC). Die beiden Ventile werden über Schlepphebel betätigt und sind in einer Reihe angeordnet, die etwas zur Einlassseite (innen im Zylinder-V) geneigt ist. Dadurch ergeben sich keilförmige Brennräume. Bis 1976 wurde die D-Jetronic-Benzineinspritzung von Bosch verwendet; danach kam die K-Jetronic zum Einsatz.

Abmessungen des M 116

Die Zylinderabmessungen des 3,5-Liter-Motors zeigen, dass der Motor mit 92 mm Zylinderbohrung und 85 mm Kolbenhub auf 4,5 Liter ausgelegt ist. Die Reduzierung des Hubraums um über 22 % ausschließlich über eine Verringerung des Hubes herbeizuführen, führt bei dieser gemäßigt kurzhubigen Ausgangsbasis zu einer extrem kurzhubigen Auslegung mit nur noch 65,8 mm Hub. Da es für eine solche Auslegung keinen sachlichen Grund gibt, liegt jener des 3,5-Liter-Motors nur der Wunsch nach möglichst vielen Gleichteilen mit dem 4,5-Liter-Motor zugrunde.

Dieses extreme Hubverhältnis, vor allem aber die einschneidende Beschränkung des Hubraums führen zu einem relativ niedrigen Drehmoment und erfordern ein relativ hohes Drehzahlniveau, sodass sich der 3,5-Liter-Motor, abgesehen vom höheren Prestige eines Achtzylindermotors, nicht nennenswert von den Sechszylindermotoren von Mercedes-Benz unterscheidet.

Motorblock

Die Motoren haben eine aus Stahl geschmiedete fünffach gelagerte Kurbelwelle in Crossplane-Bauweise und einen Winkel von 90° zwischen den Zylinderbänken. Die Zündfolge ist 1-5-4-8-6-3-7-2, wobei die Zylinder in der rechten Bank von 1 bis 4 und in der linken von 5 bis 8 nummeriert sind. Dadurch sind die Massenkräfte und -momente erster und zweiter Ordnung vollständig ausgeglichen.

Zylinderköpfe

Die Zylinderköpfe bestehen aus einer Aluminiumlegierung und der Motorblock war zunächst aus Grauguss, mit Hubräumen von 3,5 l (M 116) und 4,5 l (M 117). Luftfilter, Ansaug- und Schwingrohre wurden raumsparend zwischen den Zylinderköpfen untergebracht, sodass der neue V8-Motor insgesamt niedriger als etwa der Reihensechszylinder M 130 war.

1978: Aluminium-Motorblock

1978 wurde der 450 SLC 5.0 der Baureihe C 107 mit einer Variante des M 117 mit Aluminium-Motorblock und auf 5,0 l vergrößertem Hubraum vorgestellt. Ab 1979 wurden mit dem Modellwechsel zur Baureihe 126 alle Varianten des M 116 und M 117 auf den neuen Motorblock umgestellt und zugleich der Hubraum des M 116 auf 3,8 l erhöht.

Daimler fertigte den Aluminium-Motorblock ohne Zylinderlaufbuchsen aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung. Es bilden sich dabei größere Silizium-Kristalle in einer Matrix aus feinen Al- und Si-Kristallen. Durch elektrolytische Behandlung der Zylinderlaufflächen wird die Matrix abgetragen, und die 0,02 bis 0,05 mm großen Si-Kristalle stehen etwas heraus und ergeben eine verschleißfeste Lauffläche für die Kolben und Kolbenringe. Der Schmierfilm haftet gut an dieser leicht rauen Oberfläche.

1981: Energiekonzept

Im Rahmen des „Mercedes-Benz-Energiekonzepts“ wurden die Motoren 1981 umfangreich überarbeitet, um den Benzinverbrauch zu senken. Unter anderem hat man den Durchmesser der Hubzapfen von 52 auf 48 mm verkleinert, um die Reibleistung zu vermindern, und die Verdichtung erhöht. Der M 116 wurde bei unverändert 3,8 l Hubraum langhubiger ausgelegt. Dies ergibt kompaktere Brennräume mit kleinerer Oberfläche und verbessert den Wirkungsgrad, da das heiße Gas weniger Wärme an die Brennraumwand verliert. Die Auslegung wurde zugunsten von mehr Drehmoment bei niedriger Drehzahl geändert, um ökonomisches Fahren in Betriebspunkten mit hohem Wirkungsgrad zu unterstützen. Dazu kamen weitere Maßnahmen, wie Abgasrückführung zur Begrenzung der Stickoxid-Emission, Regelung der Leerlaufdrehzahl, die außerdem abgesenkt wurde, und wesentlich längere Antriebsübersetzungen.

1985: geregelter 3-Wege-Katalysator

Anfang der 1980er-Jahre war Waldsterben durch sauren Regen ein gesellschaftliches Thema. Abhilfe schaffte bei Kohlekraftwerken die Rauchgasentschwefelung und bei Kraftstoffen die Entschwefelung in der Raffinerie. Die Smog-geplagten USA, insbesondere Kalifornien, hatten in den 1970er-Jahren catalytic converter gegen weitere Schadstoffe vorgeschrieben, sodass dorthin exportierende deutsche Kfz-Hersteller bereits Erfahrung mit Fahrzeugkatalysator, Einspritzung und bleifreiem, niedrigoktanigem Benzin hatten. Das ging mit niedriger Verdichtung und Leistungseinbußen einher, die aufgrund des seit der Ölkrise geltenden US-Tempolimits von nur 55 mph (89 km/h) verschmerzbar waren.

1985 führte Mercedes-Benz den geregelten 3-Wege-Katalysator für alle Personenwagen mit Ottomotor ein. Zuvor war schon eine (allerdings erheblich leistungsreduzierte) Kat-Variante des M 116 angeboten worden. Es wurde die KE-Jetronic eingesetzt, eine Weiterentwicklung der K-Jetronic mit elektronischer Regelung für die Lambdaregelung. Der Hubraum des M 116 wurde gleichzeitig auf 4,2 l erhöht. Die Motoren gab es in RÜF- (Katalysator nachrüstbar) und KAT-Ausführung.

1985: 560 SEL

Außerdem kam eine Version des M 117 mit 5547 cm³ (Verkaufsbezeichnung „560“) hinzu. Somit gab es drei Hubraumstufen von 4,2, 5,0 und 5,5 l. Den 560er gab es etwa ein Jahr lang in einer 221 kW (300 PS) starken ECE-Variante, die werksseitig nicht mit Kat nachrüstbar war, jedoch später mit Katalysatoren von Drittanbietern umgebaut werden konnte (Wurm-Kat). Leistungsgesteigerte ECE-Motoren sind an geteilten Abgaskrümmern jeder Zylinderbank erkennbar, womit die vordere Abgasanlage vierflutig statt zweiflutig wie bei den sonstigen V8-Motoren wird. Die hiermit ausgerüsteten Limousinen und Coupés der S-Klasse W 126 waren die ersten Fahrzeuge, deren Höchstgeschwindigkeit vom Hersteller freiwillig auf 250 km/h begrenzt wurde. Sie sollten dem BMW 750 i mit V12-Motor Paroli bieten.

1987: Leistungsanhebung

Im Herbst 1987 wurde für alle M 116/117 eine Klopfregelung eingeführt und die Verdichtung stieg von 9:1 auf 10:1, womit eine Leistungssteigerung von ca. 10 % einherging. Lediglich im Modell R 107 (420 SL, 500 SL, 560 SL) wurde unverändert bis zum Produktionsende der 107er Baureihe 1989 weiterhin das geringer verdichtete Aggregat eingesetzt.

US-Versionen

Parallel zu den Europa- oder Normalversionen der Motoren für Superkraftstoff wurden niedriger verdichtende Versionen für die USA für dortigen Normalkraftstoff gefertigt. Gründe: Obligate Katalysatoren (Kaliforniens Umweltgesetzgebung) mit der Notwendigkeit, die Motoren mit bleifreiem Kraftstoff zu betreiben, andererseits nach damaligem Stand fehlende umweltverträgliche Tetraethylblei-Ersatzstoffe im Kraftstoff für Klopffestigkeit. Diese US-Motoren leisten im Ergebnis erheblich weniger: der 4,5-l-Motor der Baureihe W 108/W 109 (280 SE/SEL 4.5, 300 SEL 4.5) erreicht mit 143 kW (194 PS) noch nicht einmal die 147 kW (200 PS) des kleineren 3,5-l-Motors der Europa-Fahrzeuge.

Der Motor des 560 SEL/SEC/SL in der US-Version ist im Gegensatz zu den vorherigen US-Versionen des M 116/117 nicht mehr geringer verdichtet und leistet mit einer Verdichtung von 9:1 jetzt 170 kW (231 PS) mit Kat. Der gleiche Motor wurde auch in den europäischen Fahrzeugen verwendet, jedoch leistete er hier aufgrund einer veränderten Auspuffanlage 178 kW (242 PS) mit geregeltem Katalysator und 200 kW (272 PS) ohne Kat. In der ECE-Version leistet der Mercedes 560 220 kW (299 PS).

1988: M 117/9 von AMG

Der damals noch eigenständige, zuerst auf Mercedes-Fahrzeuge spezialisierte Tuningbetrieb AMG montierte auf die 5,5-l-Versionen zum Ende der 1980er-Jahre eigenentwickelte Vierventil-Zylinderköpfe, die bei den M 117-Motoren mit hohen Verdichtungen zu einer Leistung von rund 270 kW (367 PS) führten. Die AMG-Motoren ließen sich allerdings nicht so ohne weiteres in einen der damals produzierten Wagen einbauen: wegen der raumgreifenden Ventilsteuerung wurden bei AMG an den Fahrzeugen der Baureihe W 126 die Bleche der vorderen Schottwände geändert. Diese Motoren erhielten die Kennung M 117/9, ein Vorgriff auf den später von Daimler-Benz produzierten Vierventil-Nachfolgetyp M 119 für die Modelle 500 E (W 124), SE, SEL (W, V 140), SEC (C 140) und SL (R 129).

1989: Nachfolger M 119

Als Nachfolger der zweiventiligen M 117-Motoren kamen die Vierventilmotoren der M 119-Familie von Daimler-Benz mit ihrer Leistung von 200 kW (272 PS) bis 235 kW (320 PS) zum Einsatz. Bei den darauffolgenden Motoren rückte Daimler-Benz bei Benzinmotoren mit mehr als vier Zylindern wieder von der Vierventiltechnik ab und bot mit dem Motorentyp M 113 bei allen V-Motoren Dreiventilzylinderköpfe mit Doppelzündung an. Erst 2005 kehrte man mit dem M 273 zur Vierventiltechnik zurück.

Werkstoffmängel

Die Achtzylinder-Motoren jüngerer Versionen machten infolge schlechter Werkstoff- und Zuliefererwahl oftmals unangenehm auf sich aufmerksam, weil Nockenwellen, Hydrostößel und Schlepphebel früh zu Schäden neigten („Pitting“). Neuere, bessere Nockenwellen für den Ersatz sind markiert – ein Merkmal, auf das man bei Fahrzeugen mit niedrigem Kilometerstand achten sollte. Fahrzeuge mit mehr als 150.000 Kilometern haben nach einem Schaden sehr oft bereits neue Wellen montiert. Zudem sind die Zündsteuergeräte der Versionen von 1987 bis 1991 anfällig für austrocknende Wärmeleitpaste auf den Kühlkörpern der Leistungshalbleiter, was zu deren Ausfall und damit sehr teurem Ersatzbedarf führt – ein Fehler, der sich durch vorsorgliches und kostengünstiges Austauschen der Paste vermeiden lässt.

Re-Importe von US-Versionen

Die US-Motoren mit geringerer Verdichtung, die bis 1985 aufgrund der in den USA kaum erhältlichen Kraftstoffe über 91 ROZ produziert wurden, lassen sich nur extrem aufwendig auf den Europa-Standard umbauen: Benötigt werden neue Zylinderköpfe mit Peripherieteilen und neue Kolben. Diese Motoren für die USA verbrauchen annähernd gleich viel Treibstoff; ihr Drehzahlniveau ist auch annähernd gleich, sodass sie auch nicht haltbarer sind. Einzig bleibt als Unterschied der Leistungsnachteil.

Kraftstoffverbrauch im praktischen Fahrbetrieb

Es ist nach aller Erfahrung kaum möglich, diese Motoren unter 12 Litern Verbrauch zu fahren; starke Versionen, zügig bewegt, können durchaus auch 20 Liter verbrauchen. Ein Verbrauch um 15 bis 17 Liter ist als normal anzusehen. Daher bauen viele Fahrzeughalter in ihre Autos LPG-Anlagen (Flüssiggas) ein. Diese Umbauten können jedoch bei der technischen Prüfung zur Erteilung von H-Kennzeichen Probleme mit der Abnahme bereiten, da dieser Umbau nach neuer Rechtslage „zeitgenössisch“ erfolgt sein muss – mit Technik, die maximal zehn Jahre nach Erstzulassung verfügbar war. Fahrzeuge, die bereits mit einer Venturi LPG-Anlage ausgerüstet sind und zudem das H-Kennzeichen besitzen, haben Bestandsschutz. Fahrzeuge mit einer moderneren, sequentiell einspritzenden LPG-Anlage können nach deutscher Gesetzeslage kein H-Kennzeichen bekommen.

M 116

• 280 SE 3.5 Coupé/Cabriolet (W 111)
• 280 SE, SEL 3.5 (W 108)
• 300 SEL 3.5 (W 109)
• 350 SE, SEL (Baureihe 116)
• 350 SL, SLC (Baureihe 107)
• 380 SE, SEL, SEC (Baureihe 126)
• 380 SL, SLC (Baureihe 107)
• 420 SE, SEL, SEC (Baureihe 126)
• 420 SL (Baureihe 107)

M 117

• 280 SE, SEL 4.5 (W 108) USA, 143 PS (105 kW)
• 300 SEL 4.5 (W 109) USA, 143 PS (105 kW)
• 450 SE, SEL (Baureihe 116)
• 450 SL, SLC (Baureihe 107)
• 450 SLC 5.0 (Baureihe 107)
• 500 SE, SEL, SEC (Baureihe 126)
• 500 SL, SLC (Baureihe 107)
• 560 SE, SEL, SEC (Baureihe 126)
• 560 SL US-Version (Baureihe 107)
• 500 GE (G-Klasse Baureihe 463)