Tula Tech aborda ineficiências em veículos e equipamentos a diesel e elétricos

Os ciclos de trabalho de veículos e equipamentos comerciais variam amplamente dependendo da aplicação. Assim, as máquinas podem sofrer perdas de eficiência em determinadas situações operacionais, independentemente da fonte de energia motriz — seja motor, elétrica ou híbrida.

“Quando máquinas elétricas e motores de combustão operam com cargas baixas, o que acontece com muita frequência, esses pontos operacionais de baixa carga são relativamente ineficientes”, disse John Fuerst, presidente e CEO da Tula Technology .

A missão da Tula é enfrentar esses desafios. A empresa fornece controles para otimizar a eficiência da propulsão e as emissões em mobilidade. Fuerst afirmou que a Tula foi fundada em 2008 para aprimorar seu conceito de disparo dinâmico por salto (DSF): desativação de cilindro (CDA) por cilindro. Mais recentemente, a empresa implementou uma solução relacionada para veículos elétricos: o acionamento dinâmico do motor (DMD).

DSF para Diesel

O CDA não é uma tecnologia nova. Embora as iterações modernas possam remontar sua história a meados da década de 1970 e à crise do petróleo, um artigo de fevereiro de 2018 no jornal Dayton Daily News, de Ohio, identificou o automóvel Sturtevant de 1905 como o primeiro a usar o CDA. O motorista podia desligar manualmente três dos seis cilindros do motor.

A Liebherr e a Tula investigaram o impacto que o DSF poderia ter em equipamentos pesados fora de estrada usando o motor D966 de 13,6 L da Liebherr. (Foto: Liebherr)

Muitas abordagens de CDA tendem a agrupar cilindros para desativação. No entanto, o DSF de Tula adota uma abordagem diferente: desativa os cilindros individualmente.

"O sistema de ignição por salto dinâmico diz: OK, eu desativo todos os cilindros individualmente sob demanda e usarei apenas o número de eventos de cilindro necessários para fornecer o torque solicitado pelo motorista", disse Fuerst. É uma abordagem patenteada que requer uma combinação de hardware e software.

Enquanto o CDA em veículos de passageiros tende a se concentrar na economia de combustível, quando se trata de motores a diesel para veículos comerciais, o benefício está em termos de emissões.

“Em aplicações a diesel, a combustão dinâmica proporciona essencialmente uma estratégia de redução de NOx (óxidos de nitrogênio) com um pequeno benefício na economia de combustível”, disse Fuerst.

Em 2021, a Power Progress divulgou uma pesquisa conduzida pela Tula e pela Cummins que mostrou uma redução de 74% nas emissões de NOx no motor diesel Cummins X15 em condições de baixa carga. Foi a primeira vez que a tecnologia da Tula foi aplicada a um motor diesel. Houve uma redução correspondente nas emissões de dióxido de carbono (CO2) e a economia de combustível melhorou em 5%.

Na época, Fuerst afirmou que manter a temperatura do escapamento para o pós-tratamento de NOx costuma ser um desafio. A desativação dos cilindros reduz o excesso de ar, o que significa que há menos ar para resfriar o escapamento. O resultado é um ar de escapamento mais quente para uma redução catalítica seletiva (SCR) mais eficiente, resultando em reduções significativas de NOx.

A Tula também uniu forças com a Liebherr em 2022 para investigar o impacto que o DSF poderia ter em equipamentos pesados fora de estrada . Utilizando o motor D966 de 13,6 L da Liebherr, o estudo revelou uma redução de 41% nas emissões de NOx e de 9,5% nas emissões de CO2.

Abordando a eletrificação

De acordo com Fuerst, as mudanças na indústria que estão se afastando um pouco da combustão interna e caminhando em direção à eletrificação exigiram uma nova abordagem para a tecnologia da empresa.

“Em 2018, percebemos que havia uma oportunidade na eletrificação e nos veículos elétricos em geral — uma oportunidade de usar uma estratégia semelhante à DSF em sistemas de acionamento de máquinas elétricas”, disse ele. O resultado foi a DMD, que ele descreveu como um método para “obter um pouco mais de eficiência” em veículos elétricos, na ordem de 0,5% a 2%.

Fuerst explicou que a tecnologia DMD funciona melhor quando um veículo está operando entre o modo sem carga e seu ponto de pico de eficiência.

“Nossa estratégia é, em vez de operar em estado estacionário naquele ponto de baixa eficiência, pulsar para mais perto do pico de eficiência”, disse ele. “Obtemos essa eficiência mais baixa em média, mas com pulsos de alta eficiência.”

Fuerst continuou: “É essencialmente deslocar o ponto de eficiência [de pico] para baixo e colocar maior eficiência em demandas de torque mais baixas.”

O DMD também se aplica à frenagem regenerativa, algo que Fuerst disse que “pode economizar eletricidade na ida e na volta, como algumas pessoas podem dizer”.

Ao contrário da tecnologia de fogo dividido, a DMD não requer nenhum hardware.

“A estratégia é puramente de software”, disse Fuerst. “O benefício concedido é menor, mas em termos de benefício por dólar gasto, é muito competitivo com o DSF.”

Isso não quer dizer que ajustes de hardware não possam aumentar os benefícios do DMD.

“Existem algumas mudanças de hardware que tornam o DMD mais eficaz”, disse Fuerst. “No momento, acreditamos que a melhor abordagem para o mercado é dizer que estes são os benefícios se você não fizer nenhuma mudança de hardware, e se fizer algumas mudanças de hardware, você pode obter um pouco mais.”

Um benefício exclusivo do DMD como uma solução somente de software é sua flexibilidade na implantação.

"É software puro, o que significa que você pode implementá-lo em um veículo em produção", disse Fuerst. "Pode ser uma mudança contínua. Já conversamos com algumas empresas sobre a implementação do DMD como uma mudança contínua em um projeto atual, o que significa que o que elas farão é alterar o que instalarem em seus controladores."

Aplicações Comerciais

Fuerst disse que o transporte comercial pode se beneficiar da tecnologia de Tula, mas não necessariamente a variedade de longa distância.

O sistema de ignição dinâmica (DSF) está em produção em mais de 3 milhões de veículos nas ruas. (Foto: Tula Technology)

“Também há uma oportunidade no transporte rodoviário, mas provavelmente é mais para entregas de médio porte, onde há uma quantidade significativa de veículos vazios em operação”, disse ele.

Fuerst acrescentou que, além dos veículos de entrega, aplicações como caminhões de cimento que retornam vazios à fábrica também são possibilidades.

“Ônibus que precisam sair rapidamente do ponto, mas depois, no meio do caminho, estão apenas avançando lentamente, têm uma oportunidade aí”, acrescentou. “É, como gostamos de dizer, muito específico para cada aplicação.”

De acordo com Fuerst, "não há dúvidas" de que o DMD pode ser aplicado em aplicações comerciais mais pesadas, mas isso levará um pouco mais de tempo.

“Tivemos algumas discussões sobre veículos comerciais e fizemos algumas simulações que levaram [os fabricantes de equipamentos originais] a dizer que sim, que poderia ser DMD no futuro”, disse Fuerst. “Caminhões comerciais são projetados com mais antecedência do que carros de passeio. Há um prazo um pouco maior para mudanças tecnológicas.”