Wyprodukowany przez Mercedesa nowy silnik o oznaczeniu M 139 jest najmocniejszą produkowaną seryjnie 4-cylindrową jednostką napędową z turbodoładowaniem. Z mocą 421 KM jest o 41 KM mocniejsza od poprzedniego rekordzisty, również skonstruowanego przez inżynierów AMG (silnika M 133).
Nowa czterocylindrowa jednostka benzynowa o pojemności dwóch litrów będzie oferowana w dwóch wariantach: bazowej o mocy 387 KM oraz wersji S o mocy 421. I właśnie ta mocniejsza odmiana od teraz nosi miano najmocniejszego seryjnie produkowanego silnika z turbodoładowaniem z czterema cylindrami. Co więcej, pod względem mocy jednostkej (211 KM na litr pojemności) przewyższa ona wiele silników napędzających auta supersportowe.
W porównaniu do poprzednika (M 133) z 475 do 500 Nm wzrósł także maksymalny moment obrotowy, który jest dostępny w zakresie od 5000 do 5250 obr/min. Dzięki takiej konfiguracji inżynierom AMG udało się uzyskać charakterystykę zbliżoną do motoru wolnossącego. Sportowy charakter nowego silnika potwierdza również wysoka maksymalna prędkość obrotowa (7200 obr/min).
Nowy silnik jest montowany całkowicie ręcznie w fabryce silników AMG w Affalterbach. W tym celu zaprojektowano całkowicie nową linię produkcyjną, w której wykorzystano najnowocześniejsze zdobycze techniki zgodne z tzw. koncepcją Przemysłu 4.0.
Nowa jednostka wyróżnia się nie tylko większą dawką mocy, ale także wieloma nowatorskimi rozwiązaniami. Obrócono ją np. o 180 stopni, dzięki czemu turbosprężarka i kolektor wydechowy znajdują się teraz z tyłu, a układ dolotowy z przodu. Taka konfiguracja ma pozwolić na uzyskanie bardziej aerodynamicznej przedniej części nadwozia oraz zastowanie krótszych przewodów, zarówno po stronie dolotowej, jak i wydechowej.
Nowa turbosprężarka twin-scroll łączy z kolei optymalną szybkość reakcji przy niskich prędkościach obrotowych z wysoką mocą przy wyższych obrotach. Ponadto wały sprężarki i turbiny po raz pierwszy zaopatrzono w łożyska wałeczkowe, podobnie jak w przypadku najmocniejszego wariantu 4-litrowego silnika V8 z AMG GT 4-drzwiowego Coupe.
Dwulitrowa jednostka jest także liderem pod względem maksymalnego ciśnienia doładowania – 2,1 bara (wersja bazowa: 1,9 bara). Elektronicznie sterowany zawór upustowy typu wastegate pozwala na jeszcze dokładniejsze i bardziej elastyczne sterowanie ciśnieniem doładowania, a jednocześnie optymalizuje szybkość reakcji. Przy okazji w trakcie przyspieszania możliwe jest również tymczasowe „podbicie” ciśnienia doładowania (funkcja overboost).
Z 4-litrowego silnika V8 wykorzystano także koncepcję chłodzenia turbosprężarki. Oprócz oleju i wody wykorzystuje się także świeże powietrze, które jest przez wlot powietrza do chłodnicy oraz specjalne kanały doprowadzane do sprężarki.
Nowy silnik otrzymał dwustopniowy wtrysk paliwa. W pierwszym etapie piezoelektryczne wtryskiwacze dostarczają benzynę do komór spalania pod ciśnieniem do 200 barów. W drugim etapie do akcji wkracza dodatkowy układ wtrysku paliwa do kolektora dolotowego, korzystający z zaworów elektromagnetycznych.
Ważący 160,5 kg silnik ma całkowicie aluminiową skrzynię korbową odlewaną na zimno, a tzw. „zamknięta” konstrukcja bloku, wzorowana na silnikach wyścigowych, zapewnia wyjątkową sztywność i niską wagę skrzyni korbowej. Aby zmniejszyć natomiast tarcie pomiędzy tłokami i cylindrami, tuleje pokryte zostały opatentowaną przez Mercedesa powłoką Nanoslide.
W porównaniu z poprzednim silnikiem M 133 nowa konstrukcja ma znacznie większe zawory wydechowe. To rezultat zmiany położenia i nieznacznego pochylenia dysz wtryskiwaczy oraz zespołu świecy zapłonowej w głowicy cylindrów.
Ponadto nowy silnik AMG oferuje funkcje zarządzania alternatorem, ECO start/stop z szybkim ponownym uruchomieniem silnika i żeglowania. Wyposażono go także w filtr cząstek stałych.