Tula Tech affronta le inefficienze nei veicoli e nelle attrezzature diesel ed elettriche

I cicli di lavoro per veicoli e attrezzature commerciali variano notevolmente a seconda dell'applicazione. Pertanto, le macchine possono subire perdite di efficienza in determinate situazioni operative, indipendentemente dalla fonte di propulsione, sia essa a motore, elettrica o ibrida.

"Quando le macchine elettriche e i motori a combustione funzionano a bassi carichi, cosa che accade molto spesso, quei punti operativi a basso carico sono relativamente inefficienti", ha affermato John Fuerst, presidente e CEO di Tula Technology .

Affrontare queste sfide è la missione di Tula. L'azienda fornisce sistemi di controllo per ottimizzare l'efficienza di propulsione e le emissioni nella mobilità. Fuerst ha affermato che Tula è stata fondata nel 2008 per sviluppare il suo concetto di "dynamic skip fire" (DSF): la disattivazione dei cilindri (CDA) su ogni singolo cilindro. Più recentemente, l'azienda ha implementato una soluzione correlata per i veicoli elettrici: il sistema di azionamento dinamico del motore (DMD).

DSF per Diesel

Il CDA non è certo una tecnologia nuova. Sebbene le versioni moderne risalgano alla metà degli anni '70 e alla crisi petrolifera, un articolo del Dayton Daily News dell'Ohio del febbraio 2018 ha identificato l'automobile Sturtevant del 1905 come la prima a utilizzare il CDA. Il conducente poteva disattivare manualmente tre dei sei cilindri del motore.

Liebherr e Tula hanno studiato l'impatto che il DSF potrebbe avere sulle attrezzature pesanti fuoristrada utilizzando il motore D966 da 13,6 litri di Liebherr. (Foto: Liebherr)

Molti approcci CDA tendono a raggruppare i cilindri per la disattivazione. Tuttavia, il DSF di Tula adotta un approccio diverso: la disattivazione dei cilindri singolarmente.

"L'accensione dinamica a salto dice OK, rendo tutti i cilindri disattivabili individualmente su richiesta e utilizzerò solo il numero di eventi cilindro necessari per erogare la coppia richiesta dal conducente", ha affermato Fuerst. È un approccio brevettato che richiede una combinazione di hardware e software.

Mentre nei veicoli per passeggeri il CDA tende a concentrarsi sul risparmio di carburante, nei motori diesel per veicoli commerciali il vantaggio riguarda le emissioni.

"Nelle applicazioni diesel, l'incendio dinamico dei cassoni fornisce essenzialmente una strategia di riduzione degli NOx (ossidi di azoto) con anche un piccolo vantaggio in termini di risparmio di carburante", ha affermato Fuerst.

Nel 2021, Power Progress ha pubblicato una ricerca condotta da Tula e Cummins che ha mostrato un calo del 74% delle emissioni di NOx nel motore diesel Cummins X15 in condizioni di basso carico. È stata la prima volta che la tecnologia Tula è stata applicata a un motore diesel. Si è registrata una corrispondente riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO2) e un miglioramento del 5% del risparmio di carburante.

All'epoca, Fuerst affermò che mantenere la temperatura di scarico per il post-trattamento degli NOx è spesso una sfida. Disattivare i cilindri riduce l'eccesso d'aria, il che significa che ce n'è meno per raffreddare i gas di scarico. Il risultato è un'aria di scarico più calda, che consente una riduzione catalitica selettiva (SCR) più efficiente, con conseguenti significative riduzioni degli NOx.

Nel 2022, Tula ha collaborato con Liebherr per studiare l'impatto che il DSF potrebbe avere sulle attrezzature pesanti off-highway . Utilizzando il motore D966 da 13,6 litri di Liebherr, lo studio ha rivelato una riduzione degli NOx del 41% e una riduzione delle emissioni di CO2 del 9,5%.

Affrontare l'elettrificazione

Secondo Fuerst, i cambiamenti nel settore, che si stanno allontanando dalla combustione interna e si stanno orientando verso l'elettrificazione, hanno reso necessario un nuovo approccio alla tecnologia aziendale.

"Entro il 2018, ci siamo resi conto che c'era un'opportunità nell'elettrificazione e nei veicoli elettrici in generale: l'opportunità di utilizzare una strategia simile al DSF nei sistemi di propulsione elettrica", ha affermato. Il risultato è stato il DMD, che ha descritto come un metodo per "ottenere un po' più di efficienza" nei veicoli elettrici, nell'ordine dello 0,5-2%.

Fuerst ha spiegato che la tecnologia DMD funziona al meglio quando un veicolo opera tra la fase senza carico e il punto di massima efficienza.

"La nostra strategia è che, invece di operare in regime stazionario a quel punto di bassa efficienza, aumentiamo la nostra efficienza a impulsi avvicinandoci al picco massimo", ha affermato. "Offriamo in media quell'efficienza inferiore, ma con impulsi di alta efficienza".

Fuerst ha continuato: "In sostanza, si tratta di spostare verso il basso il punto di efficienza [di picco] e di ottenere una maggiore efficienza con minori richieste di coppia".

Il DMD si applica anche alla frenata rigenerativa, qualcosa che, secondo Fuerst, "può far risparmiare energia elettrica in entrata e in uscita, come alcuni potrebbero dire".

A differenza della tecnologia Split Fire, DMD non richiede alcun hardware.

"La strategia è puramente software", ha detto Fuerst. "Il beneficio concesso è minore, ma in termini di beneficio per dollaro speso, è molto competitivo con DSF."

Ciò non significa che le modifiche hardware non possano migliorare i vantaggi della DMD.

"Ci sono alcune modifiche hardware che rendono DMD più efficace", ha affermato Fuerst. "Al momento, pensiamo che l'approccio migliore al mercato sia dire che questi sono i vantaggi se non si apportano modifiche hardware, e che apportandone alcune, si potrebbe ottenere qualcosa in più."

Uno dei vantaggi esclusivi di DMD come soluzione esclusivamente software è la sua flessibilità di distribuzione.

"È software puro, il che significa che è possibile implementarlo su un veicolo in produzione", ha detto Fuerst. "Può essere una modifica in corso d'opera. Abbiamo già parlato con un paio di aziende dell'implementazione di DMD come modifica in corso d'opera in un progetto attuale, il che significa che cambieranno solo i dati memorizzati nel loro controller."

Applicazioni commerciali

Fuerst ha affermato che il trasporto commerciale può trarre vantaggio dalla tecnologia di Tula, ma non necessariamente dai trasporti a lungo raggio.

Il sistema di accensione dinamica a skip (DSF) è in produzione su oltre 3 milioni di veicoli in circolazione. (Foto: Tula Technology)

"Anche per quanto riguarda i trasporti su strada c'è un'opportunità, ma probabilmente si tratta di consegne di tipo medio, in cui si ha una notevole quantità di veicoli operativi a vuoto", ha affermato.

Fuerst ha aggiunto che, oltre ai veicoli per le consegne, sono possibili anche applicazioni come le autocisterne per cemento che tornano vuote allo stabilimento.

"Gli autobus che devono partire bruscamente dalla fermata, ma poi, a metà strada, rallentano, hanno un'opportunità", ha aggiunto. "È, come amiamo dire, molto specifico per ogni applicazione."

Secondo Fuerst, non c'è "dubbio" che il DMD possa essere applicato ad applicazioni commerciali più pesanti, ma ci vorrà ancora un po' di tempo.

"Abbiamo discusso di veicoli commerciali e abbiamo effettuato alcune simulazioni che hanno portato [gli OEM] a dire di sì, potrebbe essere DMD in futuro", ha affermato Fuerst. "I camion commerciali sono progettati con un'anticipazione maggiore rispetto alle autovetture. I tempi di evoluzione tecnologica sono leggermente più lunghi."