Noch die Typen vom S bis SSKL werden sowohl bei Rennen als auch im privaten Bereich mit gleichen Motoren eingesetzt. Diese große Nähe von Rennmotoren und Serienaggregate ändert sich spätestens mit den als „Silberpfeile“ bezeichneten Grand-Prix-Wagen von Mercedes-Benz in den 1930er Jahren sowie zeitgenössischen Rekordfahrzeugen.

Auch Forschungsfahrzeuge erhalten später immer wieder Ottomotoren, die in dieser Form nicht direkt in die Serie übernommen werden. Die Erfahrungen aus Forschung und Motorsport sind jedoch immer von großer Wichtigkeit für künftige Entwicklungen in der Motorentechnik bei Mercedes-Benz.

Die Fähigkeit der Mercedes-Benz Ingenieure zur ständigen Verbesserung ihrer Motorkonstruktionen stellt die Zeit der Silberpfeile besonders eindrucksvoll unter Beweis. Silberpfeile werden zunächst in der Vorkriegszeit die Formel-Rennwagen der Typen W 25, W 125, W 154 und W 165 genannt, die von 1934 bis 1939 den europäischen Rennsport dominieren.

Den Anfang macht der W 25, dessen Motor mit Vierventiltechnik, zwei obenliegenden Nockenwellen und Kompressor auftrumpft. Leistungssteigerungen erzielen die Entwickler vor allem durch Hubraumvergrößerung der Achtzylindermotoren. Von 3,4 Liter und 354 PS (260 kW) bei 5800/min steigt die Leistung des Wagens bis 1936 auf 4,7 Liter und 494 PS (363 kW) bei 5800/min.

Der 1937 vorgestellte W 125 ist der erste Rennwagen von Daimler-Benz, bei dem der Kompressor nach den Vergasern angeordnet wird. So wird das bereits fertige Gemisch verdichtet und nicht allein die Ansaugluft. Der Reihenachtzylindermotor M 125 F leistet aus 5,6 Liter Hubraum 592 PS (435kW) bei 5800/min. Die Höchstdrehzahl liegt bei 6000/min.

Für die neue Dreiliter-Formel, die 1938 in Kraft tritt, entwickelt Mercedes-Benz den Rennwagen W 154 mit Zwölfzylindermotor. Der Hubraum von drei Litern für Kompressormotoren ist durch das Reglement vorgegeben, die gleichfalls zugelassenen Saugmotoren dürfen 4,5 Liter Hubraum haben. Zwei mechanische Roots-Lader versorgen den V12 (60 Grad Zylinderbankwinkel) mit komprimierter Luft. Zwei obenliegende Nockenwellen je Zylinderbank steuern die Zylinder mit Vierventiltechnik. Die Höchstleistung der Maschine beträgt 468 PS (344 kW) bei 7800/min, als erreichte Dauerleistung werden 454 PS (334 kW) bei 7500/min gemessen. Durch den Einsatz eines Stufenkompressors steigern die Ingenieure die Leistung des W 154 in der Saison 1939 noch einmal. Der Motor M 163 leistet maximal 483 PS (355 kW) bei 7800/min.

Ein V12-Kompressormotor treibt auch das Rekordfahrzeug an, mit dem Rudolf Caracciola im Januar 1938 den Geschwindigkeitsrekord von 432,7 km/h auf der Autobahn Frankfurt – Darmstadt aufstellt. Diese Marke, die der Rekordwagen mit 5,6-Liter-Motor erreicht, gilt bis heute als höchste auf einer normalen Verkehrsstraße erzielte Geschwindigkeit.

Der eigens für die 1,5-Liter-Formel gebaute Rennwagen W 165 aus dem Jahr 1939 hat einen V8-Motor. Wie die V12-Rennaggregate weist der Motor mit 90 Grad Zylinderbankwinkel vier Ventile je Zylinder auf und hat zwei Nockenwellen je Zylinderreihe. Von zwei Roots-Kompressoren aufgeladen, mobilisiert die Maschine maximal 254 PS (188 kW) bei 8000/min, die Dauerleistung beträgt 250 PS (184 kW) bei 7900/min.

1952 hat der Mercedes-Benz 300 SL (W 194) sein Debüt. Der rasante Rennsportwagen mit seinen charakteristischen Flügeltüren ist das erste Fahrzeug, das die Stuttgarter Marke nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs eigens für Motorsportveranstaltung konzipiert. Der Entwurf mit einem leichten Stahlrohrrahmen auf dem modifizierten Fahrgestell des Typs 300 stammt von Rudolf Uhlenhaut. Der Reihensechszylinder M 194 ist um 50 Grad nach links geneigt eingebaut und leistet aus drei Liter Hubraum 175 PS (129 kW) bei 5200/min. Die Ingenieure experimentieren auch mit einem Kompressor, entscheiden sich bei den schließlich in Rennen eingesetzten Fahrzeugen aber für einen reinen Saugmotor.

Als der Seriensportwagen 300 SL im Jahr 1954 eine Einspritzanlage erhält, konstruieren die Stuttgarter Ingenieure auch einen besonders aufwändigen Einspritzmotor für den Rennwagen W 196 R. Dieser neue Silberpfeil hat einen 2,5-Liter-Reihenachtzylindermotor, der 256 PS (188 kW) bei 8260/min leistet. Das Aggregat mit Direkteinspritzung wird von einer Bosch-Achtstempelpumpe versorgt. Eine Besonderheit ist die desmodromische Zwangssteuerung der Ein- und Auslassventile durch zwei obenliegende Nockenwellen. Dabei werden die Ventile mittels Nockenwelle nicht nur geöffnet, sondern auch geschlossen; Ventilfedern entfallen.

Kreiskolben-Viertaktmotoren

Das Viertaktverfahren nach Nikolaus Otto lässt sich nicht nur mit Hubkolbenmaschinen ausführen, sondern auch mit Kreiskolbenmotoren. Wegweisend für diese Technik sind die Entwicklungen von Felix Wankel. Um dieses Verfahren zu erforschen, unterzeichnet die Daimler-Benz AG im Oktober 1962 einen Lizenzvertrag mit NSU.

Die Kreiskolbentechnik wird von der Stuttgarter Marke in den folgenden Jahren konsequent weiterentwickelt. Für Aufsehen sorgt das 1969 auf der IAA in Frankfurt/Main vorgestellte Experimentalfahrzeug C 111 mit einem 280 PS (206 kW) starken Dreischeiben-Wankelmotor und Kunststoffkarosserie. In weiteren Entwicklungsstufen des C 111 aus den Jahren 1969 und 1970 erreicht der Mercedes-Benz Wankelmotor Serienreife. Der hohe Verbrauch der Kreiskolbenaggregate spricht jedoch gegen den Bau als Serienmotor.

Der Umweltgedanke rückt in den 1960er Jahren zunehmend in den Fokus der Ingenieure. Vor allem die katalytische Abgasreinigung von Ottomotoren wird bei Mercedes-Benz seit dieser Zeit intensiv erforscht. Ein Grund dafür sind unter anderem die strengen Abgasnormen in den USA, vor allem in Kalifornien. Die Untersuchungen münden 1985 in die Präsentation eines Modellprogramms, in dem alle mit einem Ottomotor ausgerüsteten Mercedes-Benz Typen auch mit Katalysator erhältlich sind.

In den 1970er Jahren bekommt dann die Forschung zu alternativen Kraftstoffen einen immer höheren Stellenwert. Im Gegensatz zu alternativen Antriebskonzepten, die sich völlig vom Konzept des Verbrennungsmotors lösen, setzen die Ingenieure von Mercedes-Benz bei diesen Versuchen weiterhin auf den bewährten Ottomotor. Intensiv erforscht wird unter anderem dessen Betrieb mit Erdgas, Alkoholen und verschiedenen Benzin-Alkohol-Mischungen. 1979 nimmt zum Beispiel eine Flotte von 80 Mercedes-Benz Versuchsfahrzeugen an einem Großversuch im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung und Technologie geförderten Projekts „Alternative Antriebe“ teil. Untersucht wird dabei unter anderem der Einsatz des Treibstoffs M 15, eine Mischung aus 85 Prozent Superbenzin und 15 Prozent Methanol.

1980 gehen Versuchs-Pkw an den Start, die mit reinem Methanol oder Ethanol betankt werden. Und 1992 präsentiert Mercedes-Benz auf dem Genfer Automobil-Salon ein „ Flexible Fuel“-Versuchsfahrzeug auf Basis des 300 SE (W 140), dessen Motorsteuerung für variablen Benzin-Methanol-Mischbetrieb bis zu einem Methanolanteil von 85 Prozent ausgelegt ist. Fahrzeuge mit Erdgasantrieb kommen später zum Serieneinsatz.

Bereits in den 1970er Jahre arbeiten die Mercedes-Benz Ingenieure an innovativen Techniken zur Senkung des Verbrauchs. Eine solche Lösung ist die selektive Zylinderabschaltung bei Fahrten im Teillastbereich. Bei einem V8-Motor können dabei zwei oder vier Zylinder abgeschaltet werden.

Sowohl die reine Kraftstoffabschaltung wie auch die Ventilabschaltung werden bei Mercedes-Benz seit 1974 als Verfahren zur Verbrauchsreduzierung konsequent erforscht und verbessert. Beide Abschaltstufen stellen keinen Komfortverlust dar: Der Massenausgleich eines V8 bleibt sowohl beim Vier- als auch beim Sechszylinderbetrieb erhalten. Die Vorteile liegen in einer deutlichen Verbrauchsreduzierung durch die Kraftstoffabschaltung bis 120 km/h, die Ventilabschaltung zeigt ihre Wirkung sogar bis 160 km/h.

1983 präsentiert Mercedes-Benz den 190 E 2.3-16. Der Ottomotor des Wagens ist der Vierventiler in der Markengeschichte seit 1914. Seine Dynamik stellt das Fahrzeug zunächst bei Rekordfahrten auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke in Nardo, Italien, unter Beweis. Mit drei weitgehend serienmäßigen 190 E 2.3-16 stellen die Fahrer von Mercedes-Benz im August 1983 Langstreckenweltrekorde über 25 000 Kilometer, 25 000 Meilen und 50 000 Kilometer mit Durchschnittsgeschwindigkeiten von nahezu 250 km/h auf.

Der 190 E 2.5-16 bildet auch die Basis für die bei der Deutschen Tourenwagen-Meisterschaft (DTM) eingesetzten Rennsport-Tourenwagen der Gruppe A. Allerdings bringt der vorhandene Motor nicht die für Rennsport-Einsätze notwendigen Voraussetzungen mit: Er hat nicht das richtige Verhältnis von Bohrung zu Hub, ist aufgrund seines langhubigen Charakters für sehr hohe Drehzahlen ungeeignet und hat keinen Raum für leistungssteigernde Maßnahmen. Es liegt für Mercedes-Benz daher nahe, einen völlig neuen Motor mit dem gleichen Hubraum zu konstruieren.

Zwei Rennsportwagen Sauber-Mercedes C 9 gewinnen 1989 das 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Dieser Doppelsieg folgt 37 Jahre nach dem ersten und bis dahin einzigen Erfolg für Daimler-Benz in Le Mans. Angetrieben werden die Rennfahrzeuge vom Vierventil-V8 M 119 HL mit fünf Liter Hubraum und 720 PS (530 kW) bei 7000/min.

Beim Formel-1-Rennen in Interlagos, Brasilien, geht 1994 erstmals der Sauber-Mercedes C 13 an den Start. Damit kehrt Mercedes-Benz als Motorenlieferant für das Sauber-Team nach 40 Jahren in die Formel 1 zurück. Der 3,5-Liter-V10 Vierventilmotor wiegt nur 122,6 Kilogramm und leistet gut 700 PS (515 kW). Im Oktober desselben Jahres stellen die Stuttgarter ihr neues Konzept für die Formel 1 vor. Der neue Partner ist Team McLaren International, dem Mercedes-Benz die gemeinsam mit der englischen Firma Illmor entwickelten neuen Dreiliter-V10-Motoren zur Verfügung stellt.

1994 startet auch das Penske-Team bei den „ 500 Meilen von Indianapolis“ mit einem Mercedes-Benz Motor, einem 3,4-Liter-V8-Turbomotor. Nach 200 Runden gewinnt Al Unser Jr. auf Penske-Mercedes das Rennen. 1997 entscheidet Mercedes-Benz als Motorenpartner des Penske-Teams die Herstellerwertung in der „CART World Series“, der ehemaligen Indy-Car-Serie, für sich. Auf den etwa 800 PS (588 kW) starken V8-Motor vertrauen auch die Kundenteams Bettenhausen, Forsythe, Hogan und Pac West.

2002 gründet die DaimlerChrysler AG mit der Hyundai Motor Company und der Mitsubishi Motors Corporation die Global Engine Alliance L.L.C. Dieses Joint Venture zur Entwicklung und Produktion von Vierzylinder-Reihen-Benzinmotoren erhält seinen Sitz in den Vereinigten Staaten von Amerika. 2004 ändern die Partner ihre strategische Allianz. Die gemeinsame Entwicklung und Produktion einer Vierzylinder-Benzinmotoren-Familie, der sogenannten World Engine, soll weitergeführt werden.

Im September 2005 unterzeichnet die DaimlerChrysler AG mit der BMW AG und der General Motors Corporation ein „Memorandum of Understanding“ über eine Allianz gleichberechtigter Partner zur Entwicklung von Hybridantrieben.

Mercedes-Benz hat bereits in den 1990er Jahren an Ottomotoren für Kleinfahrzeuge geforscht, die weniger als zwei Liter Benzin auf 100 Kilometer verbrauchen sollen. Der kleine, innovative Ottomotor mit dem Arbeitsnamen „Minmot“ mit minimalem Verbrauch und extrem niedrigen Schadstoffemissionen ist als intelligente Alternative zu aufwändigen Hybridantrieben gedacht und basiert auf der langen Erfahrung der konzerneigenen Forschung mit der Ottomotor-Technik.

Visionär ist nicht allein die Anforderung an die Verbrauchs- und Emissionswerte des Aggregats: Der Minmot soll auch mit Wasserstoff oder Methangas zu betreiben sein, so lautete eine Maßgabe im Lastenheft. Damit will das Unternehmen schon früh auf die Veränderung des Treibstoffangebots in der Zukunft reagieren können.

Ähnliche Ziele, wenn auch deutlich näher an der Serie, verfolgt das Projekt „Lomix“ Ende der 1990er Jahre. Entworfen werden soll eine Fahrzeugkonzeption der C-Klasse, die durch Modifikation der Aerodynamik, Leichtbau, Fahrwerksveränderungen und Veränderung der Antriebstechnik weniger als drei Liter Benzin auf 100 Kilometer verbraucht. Die C-Klasse Lomix bringt für die Forscher wichtige Erkenntnisse für künftige Fahrzeugkonzepte mit extrem niedrigen Verbrauchswerten.

Mit solchen und anderen Forschungsprojekten hat Mercedes-Benz immer wieder bestehende Fahrzeugantriebe auf Basis des Ottomotors weitergedacht – aktuelles Beispiel ist der auf der IAA 2007 präsentierte DIESOTTO-Forschungsmotor, der die Vorteile der Otto- mit denen der Dieselmotortechnik vereint. Die Marke, deren Wurzeln in den ersten schnelllaufenden Ottomotoren liegen, unterstreicht damit ihr Verantwortungsbewusstsein für die Zukunft des Automobils.