20世纪70年代末，Mercedes-Benz使用R107系列的大型V8动力双门轿跑车参加拉力赛，主要是轻量化的Mercedes 450 SLC 5.0。Mercedes-Benz希望让190 E参加拉力赛，并委托英国工程公司Cosworth为拉力赛车开发一台功率达320 hp (239 kW; 324 PS)的发动机。该项目在Cosworth内部被称为WAA项目。在此期间，搭载全轮驱动系统和涡轮增压发动机的Audi Quattro问世，使得2.3-16显得相形见绌。尽管如此，Mercedes-Benz仍希望用190参加赛车运动，并且现在也拥有了相应的发动机，于是转而参加了Deutsche Tourenwagen Meisterschaft (DTM)（德国房车锦标赛）系列赛事。然而，参加该锦标赛的赛车必须基于量产公路车型。因此，Mercedes-Benz不得不将搭载了Cosworth发动机降功率版本的190投入量产。这款高性能车型被称为190 E 2.3-16，并于1983年9月在法兰克福车展上首次亮相，尽管其声誉早已确立。三辆仅经过轻微外观改动的赛车，于8月在意大利Nardo测试场创下了三项世界纪录，在50,000公里耐力测试中取得了154.06 mph (247.94 km/h)的综合平均速度，并建立了十二项国际耐力纪录。
Cosworth发动机基于M102四缸2.3升8气门单元，该单元已应用于190和E级车型，可产生136 hp (101 kW; 138 PS)的功率。Cosworth开发了气缸盖。它采用轻质合金，通过Cosworth独特的铸造工艺制造，配备了双顶置凸轮轴和每缸四气门，即总共16个气门，这些气门被设计为“在燃烧室中实际可安装的最大尺寸”。
在公路版配置中，2.3升16气门发动机在6,200 rpm时产生183 hp (136 kW)的最大功率输出，在4,500 rpm时产生174 lb⋅ft (236 N⋅m)的扭矩。其95.50 x 80.25 mm的缸径和冲程尺寸确保了发动机能够轻松达到7,000 rpm的红线转速。0-100 km/h (62 mph)加速时间不到八秒，最高时速为230 km/h (143 mph)。
美国规格车型的压缩比略有降低（9.7:1，而非10.5:1），在5,800 rpm时额定功率为167 hp (125 kW; 169 PS)，在4,750 rpm时扭矩为162 lb⋅ft (220 N⋅m)。
公路版发动机经过重新配置，减小了进气和排气道尺寸，采用了不同的凸轮轴轮廓，取消了干式油底壳配置，并用Bosch K-Jetronic系统取代了专用的Kugelfischer燃油喷射系统。这些变化有助于将功率降低到所需的183 bhp (136 kW)规格，但仍然产生了一台“极其灵活的发动机，具有非常平坦的扭矩曲线和宽广的功率带”。发动机缸盖在Cosworth位于伍斯特的Coscast铸造厂铸造，并运往德国与其他发动机部件组装，其中一些部件与标准2.3升发动机不同，包括轻质冲压合金活塞和设计用于承受更高发动机转速的活塞环，而连杆、轴承和轴承盖则被证明足够坚固，保持不变。
仅适用于2.5-16和Evolution I车型的可选AMG Power Pack，将功率提升至7,200 rpm时的224 hp (167 kW; 227 PS)，扭矩提升至5,000 rpm时的181 lb⋅ft (245 N⋅m)，同时将最高时速推高至250 km/h (155 mph)。在其最终版本中，这些发动机在赛车调校下可产生高达350 bhp (261 kW)的功率。
1988年，一台排量更大的2.5升发动机取代了2.3升发动机。它采用了双排正时链条，以解决早期2.3升发动机单链条易断裂的问题，并将峰值功率提高了19 hp (14 kW)，扭矩也略有增加。对于欧洲市场，该车在不配备催化转化器（但为后期加装做好了准备，称为“RÜF”）的情况下，可提供高达204 PS (150 kW; 201 hp)的功率。配备2.5升16V发动机并装有催化转化器的车型，功率输出略有降低，为195 PS (143 kW; 192 hp)。Cosworth同样将开发2.5-16气门缸盖的项目代码列为“WAB”，就像他们为2.3-16气门缸盖所做的那样。
由于其性能，16气门车型与其他190车型有所不同。2.3-16和2.5-16上的车身套件将风阻系数降低至0.32，这是当时四门轿车中最低的CD值之一，同时也减少了高速行驶时的升力。转向比更快，方向盘比其他190车型更小，而油箱容量从55升扩大到70升。Getrag 5速手动变速箱是16气门车型独有的，采用犬齿式换挡模式，一档向左下方换挡。然而，换挡质量被指出“生涩、卡顿”，而共享同一变速箱的BMW M3 (E30)则未受到此类批评。安装了机油冷却器，以确保许多注定要用于赛道的车型获得足够的机油冷却。
严格的四座内饰配备了标准运动型座椅，前后乘客都有坚固的侧向支撑。中控台内增加了三个额外的仪表——机油温度表、秒表和电压表。190 E 2.3-16仅提供两种颜色：蓝黑色金属漆（美国市场称为珍珠黑）和烟银色。2.5-16增加了石榴石红和星辉银。
所有2.3-16气门190车型均标配限滑差速器（LSD）。它们也可选装Mercedes-Benz的ASD系统，该系统是2.5-16v的标准配置。ASD是一种电子控制的液压锁止差速器，在需要时自动激活。电子控制允许差速器锁止程度从标准的15%变化到高达100%。然而，它并非牵引力控制系统，只能最大化牵引力，而不能防止车轮打滑。ASD系统激活时，速度表中会亮起一个琥珀色三角形指示灯。
16气门车型的悬挂系统在标准190 (W201)的基础上进行了改进。除了更低、更硬之外，它还配备了更快的减震器、更大的防倾杆、更硬的衬套以及后部的液压自调平悬挂（SLS）。这使得即使在车辆满载时，后部行驶高度也能保持恒定。
1984年纽博格林冠军赛在新的、更短的纽博格林赛道开幕时举行，由现役和退役F1车手驾驶相同的190 E赛车。当时尚不知名的Ayrton Senna获得了第一名。
像AMG这样的私人车队后来将2.3-16投入房车赛，尤其是DTM。在20世纪80年代末，2.5-16（从未在美国发布）多次参赛，与类似的BMW M3甚至涡轮增压的Ford Sierra RS Cosworth同场竞技。
