Optimization of Efficiency and Emissions in Otto Engines Through the Characterization of Spark Plugs and Fuels under Extreme Altitude Conditions

• Autores: Edgar Rojas, Ángel Paucar, Jessica Quinatoa, Jonathan Gallardo
• Localización: Revista Politécnica, ISSN-e 2477-8990, Vol. 57, Nº. 1, 2026 (Ejemplar dedicado a: Revista Politécnica), págs. 7-18
• Idioma: inglés
• DOI: 10.33333/rp.vol57n1.01
• Títulos paralelos:
  • Optimización de la Eficiencia y las Emisiones en Motores Otto mediante la Caracterización de Bujías y Combustibles en Condiciones de Altitud Extrema
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• Resumen
  • español

    El objetivo de este estudio es identificar los parámetros de encendido óptimos que mejoran el rendimiento y la eficiencia medioambiental de un motor de encendido por chispa de 2.7 litros en condiciones de gran altitud (2560 m s. n. m.). Se analizó la influencia de la resistencia eléctrica de las bujías, la calibración de los electrodos y el índice de octano del combustible en el par motor, la potencia y las emisiones contaminantes mediante un diseño experimental factorial respaldado por ANOVA y modelos de regresión múltiple. Las pruebas se realizaron en un banco de pruebas MAHA LPS 3000, de acuerdo con la norma ecuatoriana INEN 0960, y emplearon bujías de platino y cobre con combustibles de 85, 89 y 92 RON. Los resultados mostraron que las bujías de platino incrementaron la potencia máxima de 28.9 kW a 31.2 kW y el par motor de 110.5 Nm a 119.1 Nm, al tiempo que redujeron las emisiones de HC en un 50.47 %, las de CO en un 6.97 % y el consumo específico de combustible en un 4.12 % en comparación con las bujías de cobre convencionales. Las bujías de platino, debido a su composición y al diseño de sus electrodos finos, producen una chispa más estable y potente que mejora la ignición del combustible, lo que favorece una combustión más completa y reduce los contaminantes como el CO y los HC. Este efecto se amplifica con combustibles de mayor octanaje, que aumentan la estabilidad de la ignición y la eficiencia térmica. Los modelos predictivos desarrollados proporcionan una herramienta útil para la calibración de vehículos, el control de emisiones y la optimización de los sistemas de encendido por chispa en las regiones andinas de gran altitud.

     

  • English

    This study aims to identify the optimal ignition parameters that enhance the performance and environmental efficiency of a 2.7 L spark-ignition engine under high-altitude conditions (2560 m a.s.l.). The influence of spark-plug electrical resistance, electrode calibration, and fuel octane rating on torque, power, and pollutant emissions was analyzed using a factorial experimental design supported by ANOVA and multiple regression models. Tests were conducted on a MAHA LPS 3000 chassis dynamometer, following Ecuadorian standard INEN 0960, using platinum and copper spark plugs with fuels rated at 85, 89, and 92 RON. The results showed that platinum spark plugs increased maximum power from 28.9 kW to 31.2 kW and torque from 110.5 Nm to 119.1 Nm, while reducing HC emissions by 50.47 %, CO by 6.97 %, and specific fuel consumption by 4.12 % compared with conventional copper spark plugs. Platinum spark plugs, due to their composition and fine-electrode design, produce a more stable and powerful spark that improves fuel ignition, leads to more complete combustion and reduces pollutants such as CO and HC. This effect is amplified with higher-octane fuels, which increase ignition stability and thermal efficiency. The predictive models developed provide a useful tool for vehicle calibration, emission control, and optimization of spark-ignition systems in high-altitude Andean regions.