INNOVA Research Journal, ISSN 2477-9024  
Identificación del modo de trabajo de un motor GDI al variar la altura  
mediante una prueba estática a ralentí y 2500 RPM  
Identification of the work mode of a GDI engine when vary the height by a  
static test at idle and 2500 RPM  
Marco Vinicio Noroña Merchán  
Edwin Giovanny Puente Moromenacho  
Universidad Internacional del Ecuador, Ecuador  
Julio César Leguísamo Milla  
Phd. Edilberto Antonio Llanes Cedeño  
Universidad Internacional SEK Ecuador, Ecuador  
Autor para correspondencia: julio.leguisamo@uisek.edu.ec, manoroname@uide.edu.ec  
Fecha de recepción: 23 de abril de 2018 - Fecha de aceptación: 30 de julio de 2018  
Resumen: En este estudio se analiza de manera experimental como identificar el modo de trabajo que  
se produce en un motor de encendido provocado a inyección directa a gasolina y se determina si la  
variación de la altura con respecto al nivel del mar influye en la selección del modo de trabajo que  
puede variar entre homogénea, homogénea pobre y estratificada. Mediante una prueba estática  
desarrollada en base a los protocolos de pruebas establecidos en la Norma Técnica Ecuatoriana “NTN  
INEN 2213” denominada TIS (Two Iddle Speed) cada 500 metros de altura desde una altura de 0  
3
metros a 4500 metros. Las pruebas se realizan en un vehículo Mazda CX-5 de 1998 cm con sistema  
GDI de operación multimodo de tres tipos de mezcla, además de un escaner automotriz Maxidas y un  
GPs Garmin. Los resultados obtenidos revelan cómo varía el modo de trabajo en un sistema de  
inyección directa a gasolina y se determinó que el modo de trabajo no varía al incrementar la altura  
con respecto al nivel del mar, pero varia dentro de los rangos de funcionamiento de cada modo, además  
se estableció que en esta prueba que solo se ejecutan el modo estratificado y homogéneo pobre.  
Palabras Claves: modo estratificado; modo homogéneo; modo homogeneopobre; inyección directa;  
prueba estática  
Abstract: In this study, it is analyzed experimentally how to identify the working mode that occurs in  
an ignition engine caused by direct fuel injection and determine if the variation of the height with  
respect to sea level influences the selection of the mode of operation. work that can vary between  
homogenous, homogeneous, poor and stratified. Through a static test developed based on the test  
protocols established in the Ecuadorian Technical Standard "NTN INEN 2213" called TIS (Two Iddle  
Speed) every 500 meters from a height of 0 meters to 4500 meters. The tests are carried out on a Mazda  
CX-5 1998 cm3 vehicle with a GDI system with multimode operation of three types of mix, plus a  
Maxidas automotive scanner and a Garmin GPs. The results obtained reveal how the work mode in a  
direct fuel injection system varies and it was determined that the working mode does not vary when  
increasing the height with respect to sea level, but it varies within the operating ranges of each mode,  
in addition, it was established that in this test only the stratified and homogeneous poor mode is  
executed.  
Key Words: stratified mode; homogeneous mode; homogeneous mode; direct injection; static test  
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INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, No. 7, pp. 61-70  
Introducción  
La inyección directa a gasolina en motores de encendido por chispa es muy atractiva para  
la economía de combustible y rendimiento en los motores de encendido por chispa. Este sistema  
ofrece la posibilidad de operación multimodo, es decir puede variar el tipo de mezcla a  
combustionarse en el motor y puede ser de carga homogénea, homogénea pobre y estratificado.  
Con beneficios respecto a los motores convencionales como relación de compresión más alta, las  
pérdidas de bombeo cero, el control del proceso de encendido en mezcla de aire-combustible  
muy magra y buena el arranque en frío (Lopéz,2012). Por lo que es importante determinar, si al  
variar la altura en países con topografía muy irregular como el Ecuador de 0 a 4500 metros sobre  
el nivel del mar, que modos de trabajo se producen para determinar si los beneficios de ahorro de  
combustible y reducción de emisiones se mantienen.  
En (Lapuerta, 2006) se estudia el efecto de la altitud sobre la potencia en motores de  
aspiración natural y turboalimentados sin sistemas correctores, en función de la presión  
ambiental, pero con un solo tipo de mezcla homogénea. Y se obtiene como resultado que la  
altitud sobre el nivel del mar tiene un notable efecto sobre la densidad del aire y su composición.  
Debido a que los motores de combustión interna tienen sistemas de admisión y de inyección de  
combustible volumétricos, la altitud modifica el ciclo termodinámico de operación, y en  
consecuencia las prestaciones, así como las condiciones locales de combustión, y por tanto la  
formación de contaminantes.  
En comparación con los motores de inyección indirecta los motores de GDI son más  
susceptibles a que los inyectores formen coque es sus puntas ya que están directamente  
expuestos a duras condiciones en los cilindros. En los motores GDI las características de  
pulverización son más críticas para mantener un rendimiento estable del motor. Especialmente  
cuando se están ejecutando los diferentes modos de combustión, donde la formación de la  
mezcla de aire / combustible deseada se basa en gran medida en el modelo de pulverización  
cuidadosamente diseñado y su interacción con la carga de admisión flujo de aire. Y se determinó  
que la limpieza del inyector influye en cada modo de trabajo directamente en consumo de  
combustible, emisiones de HC y emisiones de CO. (Wang, 2017).  
En el artículo (Jiao, 2015) se hace una investigación para predecir las emisiones de hollín  
tanto en masa y el número de partículas sólidas de un motor a inyección directa de gasolina  
(GDI) mediante CFD. En este trabajo, la influencia de los parámetros de funcionamiento del  
motor se examinó para una configuración de inyector de combustible de montaje lateral en un  
motor de inyección directa de encendido por chispa (DISI). Los modelos actuales son capaces de  
predecir razonablemente las influencias de las variables de interés en comparación con los datos  
experimentales disponibles o la literatura. Para que una estrategia de inyección tarde, los efectos  
de la composición del combustible, y el ángulo del cono de pulverización se investigaron con un  
inyector de un solo orificio. Para una estrategia de inyección temprano, los efectos de los  
sustitutos de varios componentes de combustible para la gasolina, tiempos y temperaturas de las  
paredes SOI se estudiaron con un inyector de seis hoyos. Las investigaciones confirmaron la  
necesidad de considerar la composición de combustible de múltiples componentes y también  
demuestran cómo y por qué las películas de pared contribuyen significativamente a las emisiones  
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INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, No. 7, pp. 61-70  
de los motores de hollín DISI y la importancia de conocer los datos y valores de cada modo de  
trabajo.  
En la actualidad se han realizado estudios (Piazzullo, 2017) durante la inyección directa  
de gasolina (GDI) en los motores de encendido por chispa, en los cuales se ha determinado que  
las gotitas de combustible pueden golpear las superficies del pistón. Esto puede determinar una  
atomización secundaria y un enriquecimiento de la mezcla y de ahí la razón para el aumento de  
hidrocarburos no quemados y las emisiones de partículas en el escape que depende mucho del  
modo de trabajo en el cual está operando el vehículo. En este trabajo se desarrolla un modelo de  
pulverización previamente validado para cada modo de trabajo con el objetivo de resolver el  
problema de transferencia de calor y masa fuertemente acoplado a las características de  
operación de cada modo de trabajo, pero se debe considerar que se lo realiza a una sola altura y  
no se toma en cuenta la variación de la presión atmosférica.  
Se debe considerar que los modos de trabajo de un vehículo equipado con inyección  
directa a gasolina no solo se refieren a la relación aire combustible sino también hay otros  
parámetros que influyen con respecto al torque, potencia, consumo de combustible y emisión de  
gases contaminantes. La sincronización de la chispa es otro parámetro importante para el control  
de la combustión y reducir las emisiones de escape. Lo que indica que para cada tipo de modo de  
trabajo el tiempo de encendido tendrá un valor diferente, si avanzamos la sincronización de la  
chispa aumenta la eficiencia del motor y de potencia, sin embargo, aumentan las emisiones de  
NOx y partículas de HC. El retraso de sincronización de la chispa reduce la fracción de masa  
quemada en la final de la combustión. Por lo tanto, las emisiones de Nox pueden reducirse (Gu,  
X, 2012). Por eso es importante identificar el modo de trabajo seleccionado por la Ecu para  
verificar el correcto funcionamiento del salto de la chispa a los grados adecuados  
En este estudio (Polat, S., 2014) se determinó la influencia del modo del tipo de mezcla  
en la sincronización de la chispa y la válvula EGR, además se observó que sus parámetros de  
funcionamiento varían en base al modo de trabajo debido a que válvula EGR aumenta la fracción  
de gas residual en el cilindro y reduce la temperatura en el cilindro. En los cilindros la  
temperatura disminuyó con el aumento de la relación de EGR y la sincronización de la chispa  
afectando directamente la tendencia al golpeteo del motor al aumentar el avance de la  
sincronización de la chispa. Los resultados mostraron que el tiempo de encendido óptimo y la  
relación de EGR se deben elegir para el rendimiento máximo del motor y de emisiones de gases,  
en base al modo de trabajo seleccionado, el cual varía a diferentes velocidades del motor y  
condiciones de carga.  
Los motores GDI son eficientes, pero promueven fenómenos de combustión anormales  
como la pre-ignición y el golpeteo. En este estudio se investigó como varía el frente de llama en  
diferentes condiciones de combustión las cuales corresponden a los diferentes modos de trabajo.  
Se determinó que el tipo de modo de trabajo el frente de llama es diferente y que de acuerdo al  
tipo de mezcla el frente de llama está más cerca o lejos de la pared del cilindro lo cual influye  
directamente en el golpeteo del cilindro. (Merola, S, 2016).  
El presente estudio tiene como objetivo identificar el modo de trabajo seleccionado por  
un motor gdi que tiene modos de trabajo estratificado, homogéneo pobre y homogéneo mediante  
una prueba estática debido a que en cada modo de trabajo los parámetros de funcionamiento de  
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INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, No. 7, pp. 61-70  
sensores y actuadores varían y se debe determinan un procedimiento para comprobar y  
diagnosticar el correcto funcionamiento de estos elementos.  
Materiales  
El vehículo en el que se realizaran las pruebas es el MAZDA CX-5 debido a que es un  
vehículo que se dispone y viene equipado con un sistema de inyección directa a gasolina de alta  
eficiencia en el cual trabaja con un modo de operación estratificado, homogéneo y homogéneo  
pobre que indica el manual de servicio (Mazda Motor Corporation, 2012).  
Tabla 1. Especificaciones Técnicas Mazda CX-5  
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS MOTOR  
Posición del motor  
Número cilindros  
Delantero Transversal  
4 en línea  
Cilindrada  
1998 (cc)  
Potencia Máxima  
165 Cv (121 kW) / 6.000 rpm  
210 Nm / 4.000 r.p.m.  
83,5 mm x 91,2 mm  
14,0 : 1  
Par motor máxima  
Diámetro x Carrera (mm)  
Relación de compresión  
Alimentación  
Inyección directa.  
Euro V  
Normativa de emisión de gases  
Combustible  
Gasolina  
Se utiliza un escáner automotriz que cumple la legislación OBDII que prescribe una  
estandarización de las informaciones de lectura en la línea de datos conforme a las  
especificaciones (SAE J, 1979). Se usa el scanner MAXIDAS de la marca Autel que es un  
equipo genérico, con el cual se puede observar en el equipo los valores de trabajo de los  
sensores, actuadores e interruptores. En la pantalla de datos cada sensor y actuador posee una  
línea de datos denominada PID.  
Para verificar la ubicación del vehículo en las diferentes posiciones de prueba del auto se  
utiliza un GPS Garmin e-trex 20 con el cual se puede determinar la altura con respecto al nivel y  
la presión atmosférica del lugar de prueba.  
Métodos  
Los parámetros para determinar el modo de trabajo indica el manual del fabricante  
Mazda, 2013), que se muestra en la figura 1 y se observa los principales parámetros para  
(
determinar los modos de trabajo que son la carga absoluta del motor en el eje vertical y las  
revoluciones del motor en el eje horizontal. El régimen es la velocidad angular con que gira el  
cigüeñal y se mide en rpm; la carga que representa un valor para un régimen de giro dado, el  
grado de carga expresa la relación entre el par máximo del motor a ese régimen y el que está  
suministrando el motor en las condiciones de funcionamiento. Los valores de datos utilizados se  
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obtienen en los PIDS de la línea de datos que se puede observar en el escáner que de acuerdo a la  
norma SAE, (Society of Automotive Engineers, 2002).  
Figura 1. Modos de trabajo Mazda cx-5 (MAZDA, 2013)  
La medición de los parámetros necesarios para obtener el tipo de mezcla se realiza en  
base a la norma técnica ecuatoriana (Norma Técnica Ecuatoriana, 2000). Se realizaron diez  
pruebas en cada 500 metros de altura desde los 0 a los 4500 m (Robles, 2010). Para determinar el  
tipo de modo de trabajo que ejecuta el motor GDI. Para determinar si los datos obtenidos en la  
experimentación son fiables debido a que pueden presentar desviaciones, con respecto al  
objetivo específico y se pueden manifestar en forma de datos inexactos y se puede producir una  
excesiva variabilidad respecto a los valores deseables (Portilla, 2010)., se realizó el control de  
rangos y se determinó que las mediciones obtenidas son fiables.  
Análisis De Resultados  
Emisiones del Motor en la Prueba Estática  
En las siguientes tablas se puede observar los valores de carga y rpm a ralentí y 2500 rpm obtenidas en  
la prueba estática a las diferentes alturas para establecer el modo de trabajo que ejecuta el vehículo.  
Tabla 2. Valores de carga en la prueba estática a ralenti 750 rpm  
Altura con respecto el nivel del mar  
PRUEB  
0
500  
1000  
1500  
2000  
2500  
3000  
3500  
4000  
4500  
A
#
1
2
3
4
5
6
Carg  
a (%) a (%)  
16.4  
8
16.3  
0
16.1  
4
16.1  
5
16.3  
4
16.9  
5
Carg  
Carg  
a (%)  
Carg  
a (%)  
Carg  
a (%)  
17.1  
7
17.4  
2
17.6  
0
17.8  
3
17.6  
5
17.2  
5
Carg  
a (%)  
17.9  
4
18.0  
7
19.0  
1
18.1  
0
18.6  
3
18.2  
1
Carg  
a (%)  
19.8  
1
19.3  
1
19.4  
5
19.9  
0
19.5  
2
19.5  
7
Carg  
a (%)  
20.1  
6
20.4  
1
20.6  
3
20.2  
5
20.3  
3
20.9  
6
Carga  
(%)  
Carga  
(%)  
16.39  
16.78  
21.0  
2
22.0  
6
23.7  
2
23.5  
1
23.8  
0
23.4  
7
23.0  
4
23.9  
2
16.19  
16.61  
16.84  
16.27  
16.86  
16.99  
16.45  
16.45  
16.65  
16.07  
21.2  
5
22.5  
0
21.4  
2
22.2  
4
21.1  
0
22.1  
5
21.5  
4
22.4  
4
21.3  
5
22.3  
5
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7
8
9
1
16.2  
2
16.4  
1
16.5  
4
16.5  
5
16.94  
16.14  
16.72  
16.11  
16.52  
16.78  
16.13  
16.87  
17.2  
7
17.4  
5
17.1  
7
17.2  
2
18.3  
5
18.1  
6
18.2  
5
18.2  
0
19.7  
0
19.3  
8
19.8  
5
19.1  
4
20.0  
8
20.8  
7
20.6  
0
20.4  
5
21.1  
0
21.1  
4
21.2  
0
21.0  
5
22.5  
5
22.6  
5
22.2  
4
22.2  
4
23.4  
0
23.3  
5
23.1  
2
23.1  
9
0
Tabla 3. Valores de carga en la prueba estática a 2500 rpm  
Altura con respecto el nivel del mar  
PRUEB  
0
500  
1000  
1500  
2000  
2500  
3000  
3500  
4000  
4500  
Carga (%)  
29.01  
A
#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Carg  
a (%) a (%)  
17.2  
5
17.5  
8
17.9  
4
17.1  
9
17.5  
6
17.6  
5
17.2  
2
18.0  
1
17.9  
6
17.1  
4
Carg  
Carg  
a (%)  
Carg  
Carg  
a (%)  
21.5  
6
21.9  
3
20.3  
3
22.0  
3
21.6  
3
20  
Carg  
a (%)  
22.3  
5
21.9  
6
22.8  
5
22.9  
6
22.6  
3
21.8  
7
22.7  
0
22.4  
1
22.5  
5
22.2  
1
Carg  
a (%)  
22.9  
6
23.5  
4
23.1  
2
22.9  
0
23.7  
2
23.1  
3
23.4  
5
23.8  
7
23.6  
5
23.5  
5
Carg  
a (%)  
24.9  
6
24.5  
5
24.0  
5
25.0  
1
24.6  
2
24.3  
1
24.7  
8
24.9  
9
24.5  
0
24.8  
3
Carg  
a (%)  
26.9  
5
26.4  
5
26.8  
0
26.7  
5
26.5  
9
26.6  
6
26.5  
4
26.5  
0
26.4  
7
26.2  
0
a (%)  
17.64  
19.21  
27.0  
5
27.2  
5
27.8  
9
27.2  
5
27.4  
0
27.5  
3
27.1  
3
27.1  
0
18.15  
17.99  
18.01  
18.52  
17.99  
17.70  
18.14  
17.75  
17.97  
19.10  
20.05  
19.55  
19.14  
19.81  
19.82  
19.95  
19.81  
20.47  
29.80  
29.55  
29.25  
29.61  
29.51  
21.9  
5
21.1  
0
21.7  
5
21.7  
5
29.14  
29.13  
27.3  
6
27.5  
8
29.37  
1
0
29.45  
En el análisis de los resultados de la prueba estática a ralentí y 2500 rpm, se realizó el  
respectivo control de rangos (Suarez, 2012), para garantizar la fiabilidad y confiabilidad de los  
datos obtenidos con respecto a la selección del modo de trabajo del vehículo GDI.  
Los valores indicados en la tabla 4, corresponden a la prueba estática efectuada a ralentí y  
muestra los efectos de la variación de la altura con respecto al nivel del mar, la carga del motor  
en conjunto con las revoluciones son las principales variables para que la Ecu determine el modo  
de trabajo de inyección de combustible y mediante estos parámetros se puede obtener el modo de  
trabajo en todas las condiciones en ralentí es estratificado. Debido a que en cada condición de  
altura las rpm varían de 515 a 590 en ralentí y la carga oscila de 16.40 al 23.46%  
respectivamente lo que estable una mezcla estratificada. Esto indica la condición de menor  
consumo de combustible, pero a la vez emisiones más altas de NOx lo que indica que el  
acumulador de NOx empieza a almacenar estos gases.  
Tabla 4. Identificación modo de trabajo prueba estática en ralentí  
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ALTURA  
RPM  
CARGA  
(%)  
MODO DE  
TRABAJO  
(
m)  
0
515  
515  
520  
523  
538  
548  
555  
562  
578  
590  
16.40  
16.51  
16.58  
17.40  
18.29  
19.57  
20.48  
21.32  
22.35  
23.46  
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
5
00  
1
1
2
2
3
3
4
4
000  
500  
000  
500  
000  
500  
000  
500  
La figura 2 muestra el efecto que produce la variación de altura con respecto al nivel del  
mar donde se puede observar que el incremento de la altura corresponde a una función  
exponencial, es así que a 0 metros sobre el nivel del mar tenemos una carga de 16.40% y a 4500  
metros una carga de 23,46% pero en los valores intermedios de cada rango se pueden identificar  
este tipo de función lo que no permite establecer una constante entre cada intervalo. En esta  
condición de bajas rpm y carga la mezcla permite que el motor trabaje con un valor lambda alto,  
debido a que se necesita un exceso de aire el cual es controlado por al adelanto a la apertura de  
las válvulas de admisión y se produce el mayor ahorro de combustible debido a que no se somete  
el vehículo a solicitudes de carga y potencia por parte del conductor.  
Figura 2. Prueba estática Modos de trabajo Mazda cx-5 a ralentí  
Los valores indicados en la tabla 5, corresponden a la prueba estática efectuada a 2500  
rpm y muestra los efectos de la variación de la altura con respecto al nivel del mar y se puede  
observar que a estas revoluciones el modo de funcionamiento del sistema cambia de estratificado  
a homogéneo pobre en todas las variaciones de altura en base a los valores de rpm y carga  
registrados, solo con el aumento de la altura la Ecu determina un aumento de carga del motor. En  
este caso la carga aumenta del 17.55% a la menor altura a 29,38% a la mayor altura hay un  
aumento de 11,89% de carga en 4500 metros de altura.  
En el modo homogéneo pobre la relación aire combustible varía reduciendo el flujo de  
aire que opone menor resistencia y se mejora el ángulo del cono de pulverización con el cual se  
obtiene una buena dispersión y penetración obteniéndose rendimiento favorable con respecto a  
las emisiones y consumo de combustible. En esta condición se determinó el modo homogéneo  
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pobre y la variación determina el cambio de rangos de trabajo de sensores y actuadores que  
intervienen directamente con la mezcla.  
Tabla 5. Identificación modo de trabajo prueba estática a 2500 rpm.  
ALTURA  
RPM  
CARGA  
(%)  
MODO DE  
TRABAJO  
(
m)  
0
00  
2632  
2450  
2356  
2720  
2690  
2555  
2590  
2610  
2520  
2525  
17.55  
17.97  
19.65  
21.40  
22.45  
23.39  
24.69  
26.59  
27.36  
29.38  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
HP  
5
1
1
2
2
3
3
4
4
000  
500  
000  
500  
000  
500  
000  
500  
Se identifica en los resultados que a pesar de que el modo de trabajo cambia con respecto  
al incremento de rpm a modo homogéneo pobre, la tendencia de aumento de carga por la  
reducción de presión atmosférica se mantiene de manera exponencial. El modo de trabajo  
homogéneo pobre se desarrolla, dentro de los rangos de trabajo entre el modo estratificado y el  
homogéneo. En toda la cámara de combustión existe una mezcla homogénea pobre. La relación  
de combustible y aire es de aproximadamente Lambda = 1,55. En este modo operativo el  
aumento de la carga se produce por el incremento de la altura y la solicitud de aumento de par  
por en el pedal del acelerador que se traduce en el cambio de rangos de trabajo de sensores y  
actuadores través de la masa de aire.  
Figura 3. Prueba estática modos de trabajo Mazda cx-5 a 2500 rpm  
En la figura se puede observar la ubicación del modo de trabajo en base a las normas del  
fabricante y se verifica como se producen los modos de trabajo en base a las condiciones de  
carga y rpm lo que nos obliga a conocer los rangos de trabajo de los diferentes sensores y  
actuadores para realizar una correcta verificación y diagnóstico.  
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Figura 4. Ubicación de los modos de trabajo Mazda cx-5 a ralentí y 2500 rpm  
Conclusiones  
En el presente estudio se demuestra la importancia de identificar el modo de trabajo de  
un motor GDI con un método técnico mediante la utilización de equipos de diagnóstico  
adecuados debido a que el comportamiento y los rangos de trabajo de los diferentes sensores  
y actuadores cambian en base a la selección del modo de trabajo.  
En las pruebas estáticas a ralentí se determinó que de los 0 a los 4500 metros sobre el  
nivel del mar cada 500 metros de altura siempre se produce un modo estratificado debido a  
que la solicitud de carga y es mínima y se necesita la menor cantidad de combustible.  
Con respecto a la variación de altura se determinó que el incremento de la altura  
aumenta la carga del motor en 7,06% comparando la menor altura con la mayor y el aumento  
de la carga es exponencial.  
La prueba estática a 2500 rpm indica que se produce un cambio del modo de trabajo de  
estratificado a homogéneo pobre, debido a que la variación de la altura afecta a la relación  
estequiometria combustible/aire, y como consecuencia el ecu del motor ejecuta otro modo de  
trabajo para mantener las prestaciones eficientes de torque, potencia y emisión de gases. La  
variación de altura e esta condición incrementa la carga 11,83% comparando la menor altura  
con la mayor y en relación con la prueba estática se produce un incremento del 4,77% de la  
carga.  
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