Audi RS3, RS5 e TT RS: dettagli tecnici – Le tre supersportive di Ingolstadt, in puro stile Audi Sport, celano sotto pelle soluzioni tecniche derivate dal Motorsport.

Seppur accomunate da una simile filosofia costruttiva e dal medesimo know-how maturato nel Motorsport, le tre auto adottano soluzioni tecniche e meccaniche non proprio identiche.

Audi RS3 e TT RS

Sotto il cofano anteriore delle nuove  Audi RS3 e TT-RS giace un motore TFSI da 2.5 litri 5 cilindri in linea turbo benzina in grado ora di erogare ben 400 CV e 480 Nm da 1.700 rpm. Rispetto alla precedente unità questo propulsore ha subito numero interventi votati al risparmio di peso, al contenimento delle dimensioni e alla riduzione delle vibrazioni e degli attriti interni nonostante il leggero incremento di prestazioni. Non per niente misura ora ben 50 cm in meno di lunghezza, risultando quindi estremamente compatto, e pesa ben 26 chilogrammi meno nonostante l’incremento di 33 CV di potenza massima e di 15 Nm di coppia massima. Per la costruzione del basamento non viene più utilizzata ghisa a grafite vermicolare ma alluminio (con un risparmio di peso di circa 18 kg), la coppa dell’olio è in magnesio, la pompa dell’olio a portata variabile è anch’essa in alluminio, l’albero motore è cavo (pesa quindi un chilo in meno), i pistoni in alluminio integrano canali per l’olio di raffreddamento, le superfici di scorrimento dei cilindri sono rivestite al plasma, i cuscinetti principali dell’albero motore presentano un diametro inferiore di sei mm e la pompa dell’acqua a portata variabile è commutabile e non lascia circolare il liquido di raffreddamento nella testata quando il motore è freddo.

La sequenza di scoppio è 1-2-4-5-3 con un intervallo tra uno scoppio e l’altro di 144° permette l’attivazione alternata dei cilindri direttamente adiacenti o distanziati l’uno dall’altro. Questa soluzione determina un ritmo di funzionamento e un sound caratterizzato da frequenze armoniche particolare agli scarichi che accompagnano la tonalità di base. Al già tipico timbro del motore cinque cilindri contribuiscono infine la centralina motore, l’impianto di scarico sportivo e le valvole di scarico apribili dal conducente. Il grande turbocompressore comprime l’aria di aspirazione nelle camere di combustione con una pressione massima di sovralimentazione di 1,35 bar relativi. L’intercooler, il cui grado di rendimento raggiunge l’80%, abbassa la temperatura per ottenere un tenore di ossigeno quanto più possibile elevato. Gli alberi a camme di aspirazione e scarico possono essere regolati in funzione del fabbisogno. Sul lato di aspirazione, infati, l’Audi valvelift system (AVS) modifica la durata di apertura valvole su due livelli in funzione del carico e del regime. Inoltre, per ottenere una migliore carburazione, il nuovo motore 2.5 TFSI lavora con un sistema d’iniezione duale, che offre la possibilità di iniettare il carburante sia nel condotto di aspirazione sia direttamente nella camera di combustione.

Cambio S-Tronic

Al motore è poi collegato un cambio S-Tronic a doppia frizione in bagno d’olio e 7 rapporti corredato di scambiatore di calore a piastre, per raffreddare l’olio interno al cambio, e di una nuova coppia conica verso l’albero cardanico che consente una riduzione del peso di circa due chilogrammi. L’olio all’interno del cambio viene fornito tramite una piccola pompa ad ingranaggi motorizzata ma in alcune situazioni questa pompa viene affiancata da una seconda pompa azionata elettricamente così da soddisfare la crescente richiesta di lubrificazione. All’interno di questo compatto cambio la trasmissione della coppia è affidata a tre alberi, uno motore di ingresso e due di uscita. La grande frizione K1, situata all’esterno, invia la coppia del motore alle ruote dentate degli ingranaggi dei rapporti dispari 1, 3, 5 e 7, situati su un albero solido, che sono in collegamento con il primo albero di uscita. La frizione K2, più piccola e situata all’interno, invia la coppia del motore alle ruote dentate degli ingranaggi dei rapporti pari 2, 4, 6 e retromarcia, situati su un albero cavo, che sono in collegamento con il secondo albero di uscita.

Trazione integrale Quattro

Al cambio a doppia frizione è quindi abbinata una trazione integrale Quattro composta da una frizione multi disco a lamelle in bagno d’olio comandata elettroidraulicamente che presenta una struttura compatta e leggera con posizionamento all’estremità dell’albero cardanico (davanti al differenziale posteriore sportivo) così da avvantaggiare la distribuzione del carico sugli assali. Tale frizione (chiamata in gergo Haldex) è installata di solito su vetture che nascono come anteriori e che rimangono con la semplice trazione anteriore finché non si instaura uno slittamento delle stesse ruote anteriori. Gli anelli di attrito metallico sono disposti uno dietro l’altro in coppia – un anello di ciascuna coppia è rigidamente collegato con il tamburo della frizione, che ruota con l’albero cardanico; l’altro anello è collegato con l’albero di uscita al differenziale dell’asse posteriore. Deputata alla gestione della coppia tra anteriore e posteriore, questa frizione multi disco a lamelle può inviare in pochi millisecondi all’assale posteriore una percentuale di coppia motrice compresa tra il 50 e 100% a seconda dello stile di guida e del coefficiente d’attrito. Per fare questo si avvale di una pompa dell’olio ad alimentazione elettrica che comprime assialmente le lamelle della frizione con una pressione idraulica massima di 40 bar, determinando il trasferimento della coppia all’assale posteriore.

Assetto Magnetic Ride

Sul fronte sospensivo le due compatte sportive di casa Audi adottano l’assetto sportivo Mgnetic Ride a controllo elettronico composto da sospensioni magnetoreologiche cioè ammortizzatori che utilizzano uno speciale olio idrocarburico con microscopiche particelle magnetiche al loro interno (tra 3 e 10 millesimi di millimetro di diametro) in grado di variare in pochi millisecondi le caratteristiche di rigidezza e smorzamento dello stesso ammortizzatore grazie all’azione di un campo magnetico generato da una bobina elettrica che avvolge lo stelo dell’ammortizzatore. Infine, per l’impianto frenante la Casa di Ingolstadt ha optato per dischi anteriori da 370 mm in materiale carboceramico con pinza a 8 pistoncini e perni acciaio inox che collegano gli anelli di attrito alle campane in alluminio al fine di consentire una rapida dissipazione del calore e dischi monoblocco posteriori in acciaio con diametro da 310 millimetri.

Audi RS5

Il cuore pulsante della nuova Audi RS5 è l’innovativo propulsore TFSI da 2.9 litri V6 biturbo benzina capace di erogare la bellezza di 450 CV e sopratutto ben 600 Nm di coppia massima già da 1.900 giri motore. Derivato direttamente dal fratello maggiore 3.0 V6 TFSI, il nuovo motore è in grado di sviluppare gli stessi cavali ma la bellezza di 170 Nm in più di coppia rispetto alla vecchia unità che va a sostituire, il 4.2 litri V8 aspirato che equipaggiava la precedente Audi RS5. Questo nuovo propulsore, adottato anche da Porsche per la nuova Cayenne, vanta basamento in alluminio con canne dei cilindri in acciaio e sovralimentazione inserita nella parte calda cioè all’interno della V di 90°. Una sovralimentazione garantita non da uno ma bensì da due turbocompressori (BorgWarner) con tecnologia twin scroll, ognuno declinato alla gestione di una sola bancata e in grado di generare fino a 1,5 bar di pressione ciascuno. La particolare cilindrata è stata adottata dopo un’attenta analisi delle maggiori pressioni e forze interne che si venivano a generare a causa del forte incremento prestazionale. Tale riduzione è stata ottenuta tramite un accorciamento della corsa di 3 mm, da 89 a 86 mm, a fronte di un alesaggio identico e di una distanza tra i cilindri aumentata di 3 mm fino agli attuali 93 mm. Realizzato tramite colata in sabbia, il nuovo sei cilindri adotta una testata in alluminio, un basamento in lega di alluminio-silicio, canne cilindri integrate in acciaio dello spessore di 1,5 mm e  cuscinetti principali dell’albero a gomiti con diametro maggiorato di 2 mm per aumentare ulteriormente le sollecitazioni ammissibili.

La pressione d’iniezione raggiunge i 250 bar come sul V8 così da realizzare una nebulizzazione omogenea e un allargamento omogeneo del fronte di fiamma e gli iniettori sono posizionati al centro della camera di combustione. Inoltre, tale motore utilizza un rapporto di compressione alto, a tutto vantaggio della qualità della combustione, del rendimento termodinamico e quindi dell’efficienza; il processo di combustione a ciclo B, evoluzione del ciclo Miller, di cui parleremo a breve e il sistema Audi Valve Lift (AVS) a due stadi con il quale i quattro alberi a camme possono essere regolati di 50 gradi di angolo di manovella. In questo modo, ai carichi parziali l’AVS chiude le valvole di aspirazione in ritardo, passando da 130 a 200 gradi di angolo di manovella, ma incrementa la corsa delle valvole di aspirazione da 6,0 a 10,0 mm a tutto vantaggio del riempimento del cilindro. L’efficienza generale del motore è stata poi ulteriormente incrementata tramite l’adozione di un innovativo sistema di gestione termica. Il basamento e la testata hanno circuiti di raffreddamento separati e il collettore di scarico è integrato nella testata e viene lambito dal liquido di raffreddamento al fine di agevolare un rapido riscaldamento del motore o, quando il motore è caldo, abbassare la temperatura dei gas di scarico.

Sempre grazie all’AVS tale unità sovralimentata si avvale del ciclo B di combustione. Durante questo ciclo, nella fase di aspirazione le valvole di aspirazione chiudono ben prima che il pistone raggiunga il proprio punto morto inferiore. A causa di questa durata d’apertura particolarmente breve, la quantità d’aria fresca aspirata risulta relativamente ridotta. In tal modo viene ottenuto artificiosamente un volume di cilindrata inferiore. Quando, dopo il punto morto inferiore, il pistone torna a salire, la fase di compressione inizia in ritardo rispetto a un motore convenzionale e genera un elevato rapporto di compressione geometrico (11,2:1). Tale ciclo di combustione quindi genera una fase di compressione minore rispetto a quella di espansione così da migliorare l’efficienza stessa del motore. Il rapporto di espansione, che è rimasto invariato, risulta ora maggiore del rapporto di compressione, modificato tramite la fasatura variabile in aspirazione, generando un maggiore rendimento e di conseguenza una migliore efficienza del motore. Un aspetto importante del processo di combustione ciclo B è la posizione centrale dell’iniettore nella camera di combustione. In sinergia con i condotti di aspirazione, tale posizione consente una geometria nella zona delle valvole di aspirazione che genera una turbolenza mirata (swirl) della carica dei gas.

Cambio Tiptronic

Per scaricare a terra tali valori di coppia e potenza al motore viene affiancato il cambio automatico Tiptronic cioè un cambio a convertitore di coppia con 8 rapporti prodotto dalla ben nota ZF. Tale moderno cambio si avvale, oltre che di un convertitore di coppia, anche di una frizione di bloccaggio del convertitore e di uno smorzatore torsionale con pendolo centrifugo integrato che svolgono un importante ruolo in termini di efficienza, riduzione delle vibrazioni. La frizione viene infatti chiusa durante la normale marcia così da collegare saldamente la trasmissione al motore e prevenire possibili slittamenti deleteri per consumi e prestazioni. Solo in determinate situazioni permette microslittamenti cosi da garantire un perfetto funzionamento a basse velocità e bassi giri motore senza che vengano a instaurarsi fastidiose vibrazioni. Lo smorzatore torsionale e il pendolo centrifugo sono infine incaricati di ridurre a zero le vibrazioni torsionali provenienti dal motore, di incrementare il comfort di marcia e di ridurre i consumi di carburante.

Trazione integrale permanente Quattro

Uscita dal motore e attraversato il cambio, la potenza per poter raggiungere le ruote deve passare tramite la trazione integrale. In questo caso ci troviamo di fronte a una trazione integrale permanente Quattro con differenziale centrale autobloccante meccanico che in condizioni normali ripartisce la coppia motrice agli assali in modo asimmetrico nel rapporto 40:60. All’interno di questo differenziale autobloccante meccanico ci sono due corone, la corona posteriore aziona l’albero cardanico che va al differenziale dell’asse posteriore mentre la corona anteriore aziona l’albero cardanico che va al differenziale dell’asse anteriore. Le due corone si ingranano con quattro pignoni che sono disposti ad angolo retto tra loro e sono azionati dall’alloggiamento del differenziale, cioè dall’albero di uscita della trasmissione. In condizioni di guida normali, le due corone ruotano alla stessa velocità dell’alloggiamento. La loro particolare geometria provoca però un trasferimento di coppia intenzionalmente sfalsato: normalmente il 60% della coppia motore viene convogliato sull’asse posteriore e il 40% sulla parte anteriore. Ma se si dovesse verificare una perdita di aderenza in uno dei due assali, si svilupperebbero all’interno del differenziale diverse velocità e forze assiali e le piastre adiacenti verrebbero forzate assieme innescando l’effetto autobloccante che invierebbe il maggior quantitativo di coppia all’assale con maggiore aderenza (fino al 70% di coppia motrice verso l’anteriore o fino al 85% verso il posteriore).

Differenziale sportivo posteriore Torque Vectoring

In abbinamento al differenziale centrale autobloccante meccanico Audi propone un differenziale posteriore sportivo con funzione Torque Vectoring. Si tratta nello specifico di un differenziale con due pacchi frizioni, uno per semiasse, in grado di ripartire l’esatto quantitativo di coppia verso ognuna delle due ruote posteriori. Affrontando quindi una curva ad alta velocità questo differenziale sarà in grado di inviare un maggior quantitativo di coppia verso la ruota posteriore esterna alla curva, più carica e con maggiore aderenza, accentuando l’inserimento in curva e la svolta della vettura e riducendo il fenomeno del sottosterzo in ingresso curva. All’interno di questo differenziale troviamo un rotismo epicicloidale che, composto da due ruote planetarie e un ingranaggio interno, è stato installato sia a sinistra che a destra di un classico differenziale posteriore.

Inoltre, una frizione a lamelle in bagno d’olio, azionata da un attuatore elettroidraulico, fornisce il collegamento tra il semiasse e il rotismo epicicloidale che gira il 10% più veloce dell’albero motore. Quando la frizione, una per rotismo epicicloidale, si chiude impone al semiasse di ruotare alla stessa velocità del rotismo epicicloidale ma per fare questo il semiasse necessita che della coppia aggiuntiva venga spostata dalla ruota interna alla ruota esterna tramite il differenziale. Così facendo quasi tutta la coppia della ruota interna che sta slittando (ruotando ad alta velocità) può essere trasferita verso la ruota esterna praticamente ferma. Grazie al controllo completamente elettrico e alla capacità di reazione entro qualche centesimo di secondo si ha la possibilità di creare una differenza di coppia massima tra le due ruote pari a 1.800 Nm.

Assetto sportivo Dynamic Ride Control

Anche sul fronte sospensivo la nuova Audi RS5 adotta soluzioni davvero  niente male. Sull’assale anteriore viene impiegata una struttura a cinque bracci ulteriormente ottimizzata mentre al posteriore un asse a cinque bracci va a sostituire la versione a bracci trapezoidali del modello precedente, a tutto vantaggio dell’agilità e delle caratteristiche di marcia sportive. Con l’assetto sportivo RS di serie, RS 5 Coupé è 7 mm più bassa del modello base. In alternativa, Audi Sport offre l’assetto sportivo RS plus con Dynamic Ride Control (DRC). Questo sistema, che opera con molle in acciaio e ammortizzatori regolabili su tre livelli, è un sistema puramente meccanico e quindi completamente privo di ritardi per ridurre il rollio e il beccheggio della vettura intorno agli assi trasversali e longitudinali. Le coppie di ammortizzatori diagonalmente opposti sono collegati tra loro con un collegamento a X da circuiti idraulici e da una valvola centrale. Questa soluzione permette di affrontare curve ad alta velocità senza soffrire di fenomeni di rollio o beccheggio perché regola immediatamente il flusso dell’olio nell’ammortizzatore della ruota anteriore esterna alla curva durante la fase di compressione. Le valvole rendono più stabile l’appoggio, riducono quindi il beccheggio e il rollio, consentendo all’auto di essere ancora più solidale alla strada e migliorandone la maneggevolezza.

Sterzo dinamico

All’assetto sportivo Dynamic Ride Control è stato inoltre affiancato uno sterzo dinamico con demoltiplicazione variabile e taratura specifica RS. A seconda della velocità e della modalità impostata nel sistema di controllo della dinamica di marcia Audi drive select, lo sterzo dinamico varia il proprio rapporto di trasmissione fino al 100% grazie a un rotismo epicicloidale. Questo ingranaggio è integrato nel piantone dello sterzo ed è guidato da un motore elettrico. L’unità è compatta, leggera e resistente alla torsione, e reagisce senza gioco, con precisione e con un basso attrito. Questo tipo di azionamento “armonico” può trasmettere enormi quantità di coppia in modo estremamente rapido e molto efficiente grazie a solo tre componenti principali di funzionamento: un motore elettrico ruota un rotore interno ellittico che, tramite un cuscinetto a sfere, altera la forma di un sottile volano collegato all’albero di entrata dello sterzo. Infine, per l’impianto frenante la Casa di Ingolstadt ha optato dischi forati in carboceramica da 400 mm all’anteriore con pinze fisse a 6 pistoncini e per dischi forati in materiale composito da 330 mm al posteriore.