Tula Tech s'attaque aux inefficacités des véhicules et équipements diesel et électriques

Les cycles de service des véhicules et équipements commerciaux varient considérablement selon l'application. Ainsi, les machines peuvent subir des pertes d'efficacité dans certaines situations opérationnelles, quelle que soit leur source d'énergie motrice (moteur, électrique ou hybride).

« Lorsque les machines électriques ainsi que les moteurs à combustion fonctionnent à faible charge, ce qui est très souvent le cas, ces points de fonctionnement à faible charge sont relativement inefficaces », a déclaré John Fuerst, président et directeur général de Tula Technology .

La mission de Tula est de relever ces défis. L'entreprise fournit des systèmes de contrôle permettant d'optimiser l'efficacité de la propulsion et les émissions dans le secteur de la mobilité. Fuerst a expliqué que Tula a été créée en 2008 pour développer son concept de démarrage à vide dynamique (DSF) : désactivation des cylindres (CDA) cylindre par cylindre. Plus récemment, l'entreprise a mis en œuvre une solution similaire pour les véhicules électriques : la motorisation dynamique (DMD).

DSF pour Diesel

La technologie CDA n'est pas nouvelle. Si les versions modernes remontent au milieu des années 1970 et à la crise pétrolière, un article de février 2018 du Dayton Daily News de l'Ohio a identifié l'automobile Sturtevant de 1905 comme la première à utiliser la CDA. Le conducteur pouvait couper manuellement trois des six cylindres du moteur.

Liebherr et Tula ont étudié l'impact que le DSF pourrait avoir sur les équipements tout-terrain lourds équipés du moteur D966 de 13,6 L de Liebherr. (Photo : Liebherr)

De nombreuses approches CDA ont tendance à regrouper les cylindres pour les désactiver. Cependant, le DSF de Tula adopte une approche différente : la désactivation individuelle des cylindres.

« Le système de démarrage à vide dynamique indique : « OK, je désactive tous les cylindres individuellement à la demande et n'utilise que le nombre d'événements de cylindres nécessaire pour fournir le couple requis par le conducteur », explique Fuerst. Cette approche brevetée requiert une combinaison de matériel et de logiciel.

Alors que le CDA dans les véhicules de tourisme tend à se concentrer sur l'économie de carburant, lorsqu'il s'agit de moteurs diesel pour véhicules commerciaux, l'avantage réside dans les émissions.

« Dans les applications diesel, le skip fire dynamique fournit essentiellement une stratégie de réduction des NOx (oxydes d'azote) avec également un avantage mineur en matière d'économie de carburant », a déclaré Fuerst.

En 2021, Power Progress a publié un rapport sur une étude menée par Tula et Cummins, qui a montré une baisse de 74 % des émissions de NOx du moteur diesel Cummins X15 à faible charge. C'était la première fois que la technologie de Tula était appliquée à un moteur diesel. Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) ont été réduites en conséquence, et la consommation de carburant a été améliorée de 5 %.

À l'époque, Fuerst avait déclaré que le maintien de la température des gaz d'échappement pour le post-traitement des NOx était souvent un défi. La désactivation des cylindres réduit l'excès d'air, ce qui réduit la quantité d'air nécessaire au refroidissement des gaz d'échappement. Il en résulte un air d'échappement plus chaud, favorisant une réduction catalytique sélective (SCR) plus efficace, entraînant des réductions significatives des NOx.

Tula s'est également associé à Liebherr en 2022 pour étudier l'impact potentiel du DSF sur les engins tout-terrain lourds . Grâce au moteur D966 de 13,6 L de Liebherr, l'étude a révélé une réduction des émissions de NOx de 41 % et des émissions de CO2 de 9,5 %.

Aborder l'électrification

Selon Fuerst, les changements dans l'industrie qui s'éloignent quelque peu de la combustion interne et se dirigent vers l'électrification ont nécessité une nouvelle approche de la technologie de l'entreprise.

« En 2018, nous avons compris qu'il y avait une opportunité dans l'électrification et dans les véhicules électriques en général : une opportunité d'utiliser une stratégie similaire à la DSF pour les systèmes d'entraînement des machines électriques », a-t-il déclaré. Le résultat a été la DMD, qu'il a décrite comme une méthode permettant d'« améliorer légèrement l'efficacité » des véhicules électriques, de l'ordre de 0,5 à 2 %.

Fuerst a expliqué que la technologie DMD fonctionne mieux lorsqu'un véhicule fonctionne entre le vide et son point d'efficacité maximale.

« Notre stratégie consiste à ne pas fonctionner en régime permanent à ce point de faible rendement, mais à augmenter progressivement pour se rapprocher du rendement maximal », a-t-il expliqué. « Nous obtenons ce rendement inférieur en moyenne, mais avec des impulsions de rendement élevé. »

Fuerst a poursuivi : « Il s'agit essentiellement de déplacer le point d'efficacité [de pointe] vers le bas et d'obtenir une efficacité plus élevée avec des demandes de couple plus faibles. »

Le DMD s’applique également au freinage régénératif, ce qui, selon Fuerst, « peut économiser l’électricité entrante et sortante, comme certains pourraient le dire ».

Contrairement à la technologie Split Fire, le DMD ne nécessite aucun matériel.

« La stratégie est purement logicielle », a déclaré Fuerst. « L'avantage procuré est moindre, mais en termes de bénéfice par dollar dépensé, elle est très compétitive par rapport à DSF. »

Cela ne veut pas dire que les ajustements matériels ne peuvent pas améliorer les avantages du DMD.

« Certaines modifications matérielles rendent le DMD plus efficace », a déclaré Fuerst. « Pour l'instant, nous pensons que la meilleure approche consiste à présenter les avantages sans modification matérielle, et à envisager des améliorations en cas de modifications matérielles. »

L’un des avantages uniques de DMD en tant que solution logicielle uniquement est sa flexibilité de déploiement.

« C'est un logiciel pur, ce qui signifie qu'il est possible de l'implémenter sur un véhicule en production », a déclaré Fuerst. « Cela peut être une modification permanente. Nous avons déjà discuté avec plusieurs entreprises de l'intégration de DMD dans une conception actuelle, ce qui signifie qu'elles vont modifier ce qu'elles intègrent à leur contrôleur. »

Applications commerciales

Fuerst a déclaré que le transport routier commercial peut bénéficier des avantages de la technologie de Tula, mais pas nécessairement de la variété longue distance.

Le système Dynamic Skip Fire (DSF) équipe plus de 3 millions de véhicules en circulation. (Photo : Tula Technology)

« Le transport routier offre également des possibilités, mais il s'agit probablement davantage de livraisons de poids moyen, où il y a une quantité importante de véhicules fonctionnant à vide », a-t-il déclaré.

Fuerst a ajouté qu'en dehors des véhicules de livraison, des applications telles que les camions à ciment qui roulent à vide lorsqu'ils reviennent à l'usine sont également des possibilités.

« Les bus qui doivent démarrer rapidement à l'arrêt, mais qui, au milieu, ralentissent leur progression, offrent des opportunités », a-t-il ajouté. « C'est, comme nous aimons le dire, très spécifique à chaque application. »

Selon Fuerst, il n'y a « aucun doute » que le DMD peut être appliqué à des applications commerciales plus lourdes, mais cela prendra un peu plus de temps.

« Nous avons eu des discussions sur les véhicules utilitaires et réalisé des simulations qui ont convaincu les constructeurs d'équipement d'origine (OEM) que la DMD pourrait être une option à l'avenir », a déclaré Fuerst. « Les camions utilitaires sont conçus plus en avance que les voitures particulières. Le délai d'évolution technologique est un peu plus long. »