Tula Tech aborda las ineficiencias en vehículos y equipos diésel y eléctricos

Los ciclos de trabajo de los vehículos y equipos comerciales varían considerablemente según la aplicación. Por ello, las máquinas pueden sufrir pérdidas de eficiencia en determinadas situaciones operativas, independientemente de su fuente de energía, ya sea motor, eléctrica o híbrida.

"Cuando las máquinas eléctricas y los motores de combustión funcionan con cargas bajas, lo que ocurre muy a menudo, esos puntos operativos de baja carga son relativamente ineficientes", dijo John Fuerst, presidente y director ejecutivo de Tula Technology .

Abordar estos desafíos es la misión de Tula. La empresa proporciona controles para optimizar la eficiencia de la propulsión y las emisiones en la movilidad. Fuerst explicó que Tula se fundó en 2008 para impulsar su concepto de desactivación dinámica de cilindros (DSF): desactivación de cilindros (CDA) individual. Recientemente, la empresa ha implementado una solución similar para vehículos eléctricos: el accionamiento dinámico del motor (DMD).

DSF para diésel

El CDA no es una tecnología nueva. Si bien las versiones modernas se remontan a mediados de la década de 1970 y la crisis del petróleo, un artículo de febrero de 2018 del Dayton Daily News de Ohio identificó al automóvil Sturtevant de 1905 como el primero en utilizar el CDA. El conductor podía apagar manualmente tres de los seis cilindros del motor.

Liebherr y Tula investigaron el impacto que el DSF podría tener en equipos pesados todoterreno utilizando el motor Liebherr D966 de 13,6 L. (Foto: Liebherr)

Muchos enfoques de CDA tienden a agrupar los cilindros para su desactivación. Sin embargo, el DSF de Tula adopta un enfoque diferente: desactiva los cilindros individualmente.

“El sistema de salto de fuego dinámico dice OK, hago que todos los cilindros se desactiven individualmente a demanda y solo usaré el número de eventos de cilindro necesarios para entregar el par solicitado por el conductor”, dijo Fuerst. Se trata de un enfoque patentado que requiere una combinación de hardware y software.

Mientras que el CDA en los vehículos de pasajeros tiende a centrarse en el ahorro de combustible, cuando se trata de motores diésel para vehículos comerciales, el beneficio está en términos de emisiones.

“En aplicaciones diésel, el sistema de encendido dinámico proporciona esencialmente una estrategia de reducción de NOx (óxidos de nitrógeno) con un pequeño beneficio también en términos de ahorro de combustible”, dijo Fuerst.

En 2021, Power Progress informó sobre una investigación realizada por Tula y Cummins que mostró una reducción del 74 % en las emisiones de NOx del motor diésel Cummins X15 en condiciones de baja carga. Fue la primera vez que la tecnología de Tula se aplicó a un motor diésel. Se observó una reducción correspondiente en las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y una mejora del 5 % en el ahorro de combustible.

En aquel momento, Fuerst afirmó que mantener la temperatura del escape para el postratamiento de NOx suele ser un desafío. Desactivar los cilindros reduce el exceso de aire, lo que significa que hay menos para enfriar el escape. El resultado es un aire de escape más cálido para una reducción catalítica selectiva (SCR) más eficiente, lo que resulta en reducciones significativas de NOx.

Tula también colaboró con Liebherr en 2022 para investigar el impacto que el DSF podría tener en los equipos pesados todoterreno . Con el motor D966 de 13,6 L de Liebherr, el estudio reveló una reducción del 41 % en las emisiones de NOx y del 9,5 % en las de CO2.

Abordar la electrificación

Según Fuerst, los cambios en la industria, que se están alejando de la combustión interna y acercándose a la electrificación, hicieron necesario un nuevo enfoque de la tecnología de la empresa.

“Para 2018, nos dimos cuenta de que existía una oportunidad en la electrificación y en los vehículos eléctricos en general: la oportunidad de utilizar una estrategia similar a la DSF en los sistemas de propulsión de máquinas eléctricas”, afirmó. El resultado fue el DMD, que describió como un método para “lograr un poco más de eficiencia” en los vehículos eléctricos, del orden del 0,5 al 2 %.

Fuerst explicó que la tecnología DMD funciona mejor cuando un vehículo está operando entre sin carga y su punto de máxima eficiencia.

“Nuestra estrategia consiste en, en lugar de operar de forma constante en ese punto de baja eficiencia, aumentar la potencia a un ritmo más cercano a la eficiencia máxima”, explicó. “Ofrecemos esa menor eficiencia en promedio, pero con pulsos de alta eficiencia”.

Fuerst continuó: “Básicamente, se trata de desplazar el punto de eficiencia [máxima] hacia abajo y lograr una mayor eficiencia con demandas de torque más bajas”.

El DMD también se aplica al frenado regenerativo, algo que, según Fuerst, “puede ahorrar electricidad al ir y venir, como algunos podrían decir”.

A diferencia de la tecnología de fuego dividido, DMD no requiere ningún hardware.

“La estrategia es puramente de software”, dijo Fuerst. “El beneficio otorgado es menor, pero en términos de beneficio por dólar gastado, es muy competitivo con el DSF”.

Eso no quiere decir que los ajustes de hardware no puedan mejorar los beneficios del DMD.

“Hay algunos cambios de hardware que hacen que el DMD sea más efectivo”, dijo Fuerst. “Actualmente, creemos que la mejor estrategia para el mercado es decir que estos son los beneficios si no se realizan cambios de hardware, y que si se realizan algunos, se podrían obtener un poco más”.

Una ventaja única de DMD como solución exclusivamente de software es su flexibilidad en la implementación.

“Es software puro, lo que significa que se puede implementar en un vehículo en producción”, dijo Fuerst. “Puede ser un cambio continuo. Ya hemos hablado con un par de empresas sobre la implementación de DMD como un cambio continuo en un diseño actual, lo que significa que lo que harán es cambiar lo que flashean en su controlador”.

Aplicaciones comerciales

Fuerst dijo que el transporte comercial puede experimentar beneficios de la tecnología de Tula, pero no necesariamente la variedad de larga distancia.

El sistema de extinción de incendios dinámico (DSF) se fabrica en más de 3 millones de vehículos en circulación. (Foto: Tula Technology)

“El transporte por carretera también tiene una oportunidad, pero probablemente se trate más bien de un transporte de carga de tamaño mediano, en el que hay una cantidad significativa de carga operativa vacía”, dijo.

Fuerst agregó que más allá de los vehículos de reparto, otras posibilidades son las aplicaciones como los camiones de cemento que circulan vacíos al regresar a la planta.

“Los autobuses que necesitan alejarse rápidamente de la parada, pero que luego, a mitad de camino, avanzan con suavidad, tienen una oportunidad”, añadió. “Es, como nos gusta decir, muy específico para cada aplicación”.

Según Fuerst, “no hay duda” de que el DMD se puede aplicar a aplicaciones comerciales más pesadas, pero llevará un poco más de tiempo.

“Hemos mantenido conversaciones sobre vehículos comerciales y realizado simulaciones que han llevado a los fabricantes de equipos originales (OEM) a decir que sí, que podría ser DMD en el futuro”, dijo Fuerst. “Los camiones comerciales se diseñan con mayor antelación que los turismos. El plazo para el cambio tecnológico es algo mayor”.