Motores a combustão interna visando sustentabilidade associada a menores consumos de combustível e diminuição de emissão de poluentes são demandas para as próximas gerações de veículos. O combustível etanol é uma boa alternativa para as demandas do mercado interno quando equipado a sistemas de injeção direta de combustível. No desenvolvimento e formação de sprays, a dinâmica do ar admitido é fundamental para estabelecer um conhecimento mais sólido para o ambiente da câmara de combustão. Técnicas de medição da velocidade de fluidos são amplamente usados e as técnicas mais confiáveis ultimamente são as medições ópticas não intrusivas, como o PIV (Particle Image Velocimetry) e o PTV (Particle Image Velocimetry). Apesar da popularidade do PIV, a técnica de PTV está ganhando atenção devido aos novos algorítimos desenvolvidos para lidar com escoamentos com maiores densidade de partículas, visto que suas demandas eram específicas para avaliação de fluxos com menores densidade de partículas. Este trabalho visa em avançar os estudos sobre o campo de velocidades do ar dentro da câmara de combustão no qual foram conduzidos anteriormente para o desenvolvimento de sprays de etanol, usando a IESC (Isothermal Ethanol Spray Chamber ) do laboratório LETE da Universidade de São Paulo, mas com a perspectiva da técnica de PTV. O objetivo foi ampliar a compreensão do comportamento do ar ao redor do desenvolvimento do spray em motores a combustão interna com injeção direta usando os dados experimentais obtidos para a técnica PIV e comparar com a técnica PTV para as mesmas imagens cruas do ar que circunda o spray. A medição PIV apresentou muito ruído em áreas de baixa densidade de partículas ou altos gradientes de velocidade. Através de pré-processamento de imagens, foi possível melhorar em 150% as relações com SNR. Os resultados foram agrupados e aplicadas as médias e a média de detecção dos vetores outliers foi por volta de 15%. Além disso, analises foram feitas para garantir a qualidade do vetor resultante com uma amplitude de peak locking entre 8 a 18% e um histograma de deslocamento subpixel aproximadamente plano. O campo vetorial do PTV mostrou boas informações e sua variação da magnitude da velocidade global, U , variou entre 2 e 15 m/s. As componentes u e v desses vetores foram encontradas e suas comparações com o estágio do desenvolvimento do spray e pressões de injeção foram relacionados. A shear layer mostrou ser um desafio e sua componente v do ar nos primeiros instantes do spray teve um acréscimo de 52, 4%. Estruturas de recirculação, arraste do ar para as cavidades do spray, e um arraste global atrás do spray puderam ser encontrados usando a técnica de PTV. O escoamento bi-fásico mostrou ser desafiador, porém o PTV proveu informações sobre o ar que circunda o desenvolvimento do spray em condições experimentais que motores reais operam, exceto para baixas rotações ou condições de altas demandas.

Sustainable internal combustion engines associated with lower fuel consumption and low levels of pollutants emission are demands for the next generation of vehicles. Ethanol fuel is a good alternative for domestic market demands when equipped with a direct injection system. In the spray development formation, the inlet surrounding air dynamics is fundamental to establishing more robust knowledge in the internal combustion chamber environment. Fluid velocity measurement techniques are widely used, and the most reliable techniques nowadays are the nonintrusive optical measurement, such as PIV (Particle Image Velocimetry) and PTV (Particle Image Velocimetry). Despite PIV popularity, the PTV technique is getting attention with new algorithms developed to handle higher seeded flows, since its demands were specific for the evaluation of sparsely seeded flows. This work aims to advance the studies over air velocity field inside the internal combustion chamber previously carried out by ethanol spray development, using the IESC (Isothermal Ethanol Spray Chamber) from the LETE laboratory of the Polytechnic School of USP, but with the PTV perspective. The objective was to amplify the comprehension of air behavior movement around spray development inside direct injection spark ignition engines using the experimental data done with the PIV technique and compare it with the PTV technique for the same raw images. The PIV measurement showed too much noise in areas of low seeding segments or high-velocity gradients of the flow. Through image pre-processing, it was possible to enhance 150% better relation in SNR. The results were averaged ensembles and the average outliers detection was about 15%. Also, analyses were made to ensure the quality of the resultant flow field with a peak locking range between 8 to 18% and a near-flat histogram of sub-pixel displacement. The PTV vector field showed good information and its range of global velocity magnitude, U , varies between 2 to 15 m/s. The u and v components of these vectors were found and their comparison with the spray development stage and injection pressures were related. The shear layer showed to be a challenge, and the v component of the air in the first instants of the spray had an increase of 52.4%. Recirculation structures, air drag into spray cavities, and global drag behind the spray could be found using the PTV technique. The two-phase flow proved to be challenging, but the PTV provided information about the surrounding air of the spray development in the experimental conditions where the real engine operates, except for low rotational speed and high load conditions.