Tre gruppi di dimensioni di base
Esistono tre gruppi di dimensioni di base di motori diesel basati su potenza: più, medio e grande. I piccoli motori hanno valori di output di potenza inferiore a 16 chilowatt. Questo è il tipo di motore diesel più comunemente prodotto. Questi motori sono utilizzati in automobili, camion leggeri e alcune applicazioni agricole e di costruzione e come piccoli generatori di potenza elettrica stazionaria (come quelli su artigianato di piacere) e come unità meccaniche. Sono in genere motori a iniezione diretta, in linea, a quattro o sei cilindri. Molti sono turbocompressi con posti post.

I motori medi hanno capacità di potenza che vanno da 188 a 750 kilowatt, ovvero da 252 a 1.006 cavalli. La maggior parte di questi motori è usata in camion pesanti. Di solito sono motori a iniezione diretta, in linea, a sei cilindri turbo e post-raffreddamento. Alcuni motori V-8 e V-12 appartengono anche a questo gruppo di dimensioni.

I grandi motori diesel hanno una valutazione di potenza superiore a 750 chilowatt. Questi motori unici sono utilizzati per applicazioni marine, locomotive e meccaniche e per la generazione di potenza elettrica. Nella maggior parte dei casi sono sistemi a iniezione diretta, turbo e post-raffreddamento. Possono operare a partire da 500 rivoluzioni al minuto quando l'affidabilità e la durata sono fondamentali.

Motori a due tempi e a quattro tempi
Come notato in precedenza, i motori diesel sono progettati per funzionare sul ciclo a due o quattro tempi. Nel tipico motore a quattro tempi, le valvole di aspirazione e di scarico e l'ugello di iniezione del carburante si trovano nella testata (vedi figura). Spesso, sono impiegate disposizioni a doppia valvola, due assunzioni e due valvole di scarico.
L'uso del ciclo a due tempi può eliminare la necessità di una o entrambe le valvole nella progettazione del motore. L'aria di calotta e aspirazione viene generalmente fornita attraverso le porte nella fodera del cilindro. Lo scarico può essere attraverso le valvole situate nella testata o attraverso le porte nel rivestimento del cilindro. La costruzione del motore è semplificata quando si utilizza un design della porta anziché uno che richiede valvole di scarico.

Carburante per diesel
I prodotti petroliferi normalmente utilizzati come combustibile per motori diesel sono distillati composti da idrocarburi pesanti, con almeno 12-16 atomi di carbonio per molecola. Questi distillati più pesanti vengono prelevati dal petrolio greggio dopo che le porzioni più volatili utilizzate nella benzina vengono rimosse. I punti di ebollizione di questi distillati più pesanti vanno da 177 a 343 ° C (da 351 a 649 ° F). Pertanto, la loro temperatura di evaporazione è molto più alta di quella della benzina, che ha meno atomi di carbonio per molecola.

L'acqua e i sedimenti nei carburanti possono essere dannosi per il funzionamento del motore; Il carburante pulito è essenziale per sistemi di iniezione efficienti. I carburanti con un elevato residuo di carbonio possono essere gestiti meglio da motori di rotazione a bassa velocità. Lo stesso vale per quelli con alto contenuto di ceneri e zolfo. Il numero di cetano, che definisce la qualità di accensione di un combustibile, viene determinato utilizzando ASTM D613 "Metodo di prova standard per il numero di cetano di olio da gasolio".

Sviluppo di motori diesel
Primo lavoro
Rudolf Diesel, un ingegnere tedesco, ha concepito l'idea per il motore che ora porta il suo nome dopo aver cercato un dispositivo per aumentare l'efficienza del motore Otto (il primo motore a quattro colpi, costruito dall'ingegnere tedesco del XIX secolo Nikolaus Otto). Il diesel si rese conto che il processo di accensione elettrica del motore a benzina poteva essere eliminato se, durante la corsa di compressione di un dispositivo a pistone, la compressione poteva riscaldare l'aria a una temperatura superiore alla temperatura di auto-ansia di un determinato carburante. Il diesel propose un simile ciclo nei suoi brevetti del 1892 e del 1893.
Inizialmente, il carbone in polvere o il petrolio liquido venivano proposti come carburante. Carbone in polvere di sega diesel, un sottoprodotto delle miniere di carbone Saar, come carburante prontamente disponibile. L'aria compressa doveva essere utilizzata per introdurre polvere di carbone nel cilindro del motore; Tuttavia, il controllo del tasso di iniezione di carbone è stato difficile e, dopo che il motore sperimentale è stato distrutto da un'esplosione, il diesel si è trasformato in petrolio liquido. Ha continuato a introdurre il carburante nel motore con aria compressa.
Il primo motore commerciale costruito sui brevetti di Diesel è stato installato a St. Louis, Mo., da Adolphus Busch, un produttore di birra che ne aveva visto uno in mostra a un'esposizione a Monaco e aveva acquistato una licenza da Diesel per la produzione e la vendita del motore negli Stati Uniti e in Canada. Il motore ha operato con successo per anni ed è stato il precursore del motore Busch-Sulzer che alimentava molti sottomarini della Marina degli Stati Uniti nella prima guerra mondiale. Un altro motore diesel usato per lo stesso scopo era il Nelseco, costruito dalla nuova compagnia di navi e motori di Londra A Groton, Conn.

Il motore diesel divenne la centrale elettrica principale per i sottomarini durante la prima guerra mondiale. Non era solo economico nell'uso del carburante, ma si è anche dimostrato affidabile in condizioni di guerra. Il gasolio, meno volatile della benzina, è stato conservato e gestito in modo più sicuro.
Alla fine della guerra molti uomini che avevano gestito diesel stavano cercando lavori in tempo di pace. I produttori hanno iniziato ad adattare i diesel per l'economia in tempo di pace. Una modifica è stata lo sviluppo del cosiddetto Semidiesel che operava su un ciclo a due tempi a una pressione di compressione più bassa e faceva uso di una lampadina o un tubo per accendere la carica del carburante. Queste modifiche hanno portato a un motore meno costoso da costruire e mantenere.

Tecnologia di iniezione di carburante
Una caratteristica discutibile dell'intero diesel era la necessità di un compressore d'aria ad alta pressione. Non solo l'energia era necessaria per guidare il compressore d'aria, ma un effetto refrigerante che si è verificata l'accensione ritardata quando l'aria compressa, in genere a 6,9 megapascali (1.000 libbre per pollice quadrato), si espanse improvvisamente nel cilindro, che era a una pressione di circa 3,4 a 4 megapascals (da 493 a 580 libbre per pollice quadrato). Il diesel aveva bisogno di aria ad alta pressione con cui introdurre carbone in polvere nel cilindro; Quando il petrolio liquido ha sostituito il carbone in polvere come combustibile, potrebbe essere fatta una pompa per prendere il posto del compressore d'aria ad alta pressione.

C'erano diversi modi in cui poteva essere utilizzata una pompa. In Inghilterra la società Vickers ha usato quello che veniva chiamato il metodo del rastrello comune, in cui una batteria di pompe ha mantenuto il carburante sotto pressione in un tubo che esegueva la lunghezza del motore con le cavi a ciascun cilindro. Da questa linea di fornitura di carburante (o tubo), una serie di valvole di iniezione ha ammesso la carica del carburante per ciascun cilindro nel punto destro del suo ciclo. Un altro metodo impiegava un coglione a camme, o tipo di stantuffo, pompe per consegnare carburante a pressione momentaneamente elevata alla valvola di iniezione di ciascun cilindro al momento giusto.

L'eliminazione del compressore d'aria di iniezione è stata un passo nella giusta direzione, ma c'era ancora un altro problema da risolvere: lo scarico del motore conteneva una quantità eccessiva di fumo, anche alle uscite ben all'interno della valutazione della potenza del motore e anche se lì era abbastanza aria nel cilindro per bruciare la carica del carburante senza lasciare uno scarico scolorito che normalmente indicava un sovraccarico. Gli ingegneri alla fine si sono resi conto che il problema era che l'aria di iniezione momentaneamente ad alta pressione che esplodeva nel cilindro del motore aveva diffuso la carica del carburante in modo più efficiente rispetto agli ugelli di carburante meccanici sostitutivi, con il risultato che senza compressore d'aria doveva Cerca gli atomi di ossigeno per completare il processo di combustione e, poiché l'ossigeno costituisce solo il 20 percento dell'aria, ogni atomo di carburante aveva solo una possibilità in cinque di incontrando un atomo di ossigeno. Il risultato fu una combustione impropria del carburante.

Il solito design di un ugello di iniezione di carburante ha introdotto il carburante nel cilindro sotto forma di spruzzo di cono, con il vapore che si irradiava dall'ugello, piuttosto che in un flusso o un getto. Si potrebbe fare molto poco per diffondere il carburante in modo più accurato. La miscelazione migliorata doveva essere eseguita impartendo un movimento aggiuntivo all'aria, più comunemente mediante turbini dell'aria prodotti inducenti o un movimento radiale dell'aria, chiamato Squish, o entrambi, dal bordo esterno del pistone verso il centro. Sono stati impiegati vari metodi per creare questo turbinio e squish. I migliori risultati sono apparentemente ottenuti quando il turbinio dell'aria ha una relazione definita con il tasso di iniezione del carburante. L'utilizzo efficiente dell'aria all'interno del cilindro richiede una velocità di rotazione che fa sì che l'aria intrappolata si muova continuamente da uno spray a quello successivo durante il periodo di iniezione, senza estrema subsidenza tra i cicli.