Tre grunnleggende størrelsesgrupper
Det er tre grunnleggende størrelsesgrupper av dieselmotorer basert på kraft - liten, middels og stor.De små motorene har effektverdier på mindre enn 16 kilowatt.Dette er den mest produserte dieselmotortypen.Disse motorene brukes i biler, lette lastebiler og noen landbruks- og konstruksjonsapplikasjoner og som små stasjonære elektriske kraftgeneratorer (som de på fritidsbåter) og som mekaniske stasjoner.De er vanligvis direkte-injeksjon, in-line, fire- eller sekssylindrede motorer.Mange er turboladet med etterkjølere.

Middels motorer har kraftkapasiteter fra 188 til 750 kilowatt, eller 252 til 1006 hestekrefter.De fleste av disse motorene brukes i tunge lastebiler.De er vanligvis direkteinnsprøytede, in-line, sekssylindrede turboladede og etterkjølte motorer.Noen V-8- og V-12-motorer tilhører også denne størrelsesgruppen.

Store dieselmotorer har en effekt på over 750 kilowatt.Disse unike motorene brukes til marine-, lokomotiv- og mekaniske drivapplikasjoner og til elektrisk kraftproduksjon.I de fleste tilfeller er det direkteinnsprøytning, turboladede og etterkjølte systemer.De kan operere med så lave som 500 omdreininger per minutt når pålitelighet og holdbarhet er kritisk.

To- og firetaktsmotorer
Som nevnt tidligere, er dieselmotorer designet for å fungere på enten totakts- eller firetaktssyklusen.I den typiske firetaktsmotoren er inntaks- og eksosventilene og drivstoffinnsprøytningsdysen plassert i sylinderhodet (se figur).Ofte brukes doble ventilarrangementer - to inntaksventiler og to eksosventiler.
Bruk av totaktssyklusen kan eliminere behovet for én eller begge ventiler i motordesignet.Rense- og inntaksluft tilføres vanligvis gjennom porter i sylinderforingen.Eksos kan enten være gjennom ventiler plassert i sylinderhodet eller gjennom porter i sylinderforingen.Motorkonstruksjonen er forenklet når du bruker en portdesign i stedet for en som krever eksosventiler.

Drivstoff til diesel
Petroleumsprodukter som normalt brukes som drivstoff for dieselmotorer er destillater sammensatt av tunge hydrokarboner, med minst 12 til 16 karbonatomer per molekyl.Disse tyngre destillatene tas fra råolje etter at de mer flyktige delene som brukes i bensin er fjernet.Kokepunktene til disse tyngre destillatene varierer fra 177 til 343 °C (351 til 649 °F).Dermed er deres fordampningstemperatur mye høyere enn for bensin, som har færre karbonatomer per molekyl.

Vann og sediment i drivstoff kan være skadelig for motordriften;rent drivstoff er avgjørende for effektive injeksjonssystemer.Drivstoff med høy karbonrester kan best håndteres av motorer med lavt turtall.Det samme gjelder de med høyt aske- og svovelinnhold.Cetantallet, som definerer antennelseskvaliteten til et drivstoff, bestemmes ved hjelp av ASTM D613 "Standard testmetode for Cetane Number of Diesel Fuel Oil."

Utvikling av dieselmotorer
Tidlig arbeid
Rudolf Diesel, en tysk ingeniør, unnfanget ideen til motoren som nå bærer navnet hans etter at han hadde søkt en enhet for å øke effektiviteten til Otto-motoren (den første firetaktsmotoren, bygget av den tyske ingeniøren fra 1800-tallet). Nikolaus Otto).Diesel innså at den elektriske tenningsprosessen til bensinmotoren kunne elimineres hvis kompresjon under kompresjonsslaget til en stempel-sylinderanordning kunne varme opp luften til en temperatur høyere enn selvtenningstemperaturen til et gitt drivstoff.Diesel foreslo en slik syklus i patentene hans fra 1892 og 1893.
Opprinnelig ble enten pulverisert kull eller flytende petroleum foreslått som drivstoff.Diesel så pulverisert kull, et biprodukt fra Saar-kullgruvene, som et lett tilgjengelig drivstoff.Trykkluft skulle brukes til å føre kullstøv inn i motorsylinderen;Det var imidlertid vanskelig å kontrollere kullinjeksjonshastigheten, og etter at den eksperimentelle motoren ble ødelagt av en eksplosjon, ble Diesel til flytende petroleum.Han fortsatte å føre drivstoffet inn i motoren med trykkluft.
Den første kommersielle motoren bygget på Diesels patenter ble installert i St. Louis, Mo., av Adolphus Busch, en brygger som hadde sett en utstilt på en utstilling i München og hadde kjøpt en lisens fra Diesel for produksjon og salg av motoren i USA og Canada.Motoren fungerte med suksess i årevis og var forløperen til Busch-Sulzer-motoren som drev mange ubåter fra den amerikanske marinen i første verdenskrig. En annen dieselmotor som ble brukt til samme formål var Nelseco, bygget av New London Ship and Engine Company i Groton, Conn.

Dieselmotoren ble det primære kraftverket for ubåter under første verdenskrig. Den var ikke bare økonomisk i bruken av drivstoff, men viste seg også pålitelig under krigstidsforhold.Diesel, mindre flyktig enn bensin, ble mer trygt lagret og håndtert.
På slutten av krigen var mange menn som hadde drevet diesel på jakt etter jobber i fredstid.Produsenter begynte å tilpasse dieseler for fredstidsøkonomien.En modifikasjon var utviklingen av den såkalte semidieselen som opererte på en totaktssyklus ved et lavere kompresjonstrykk og gjorde bruk av en varm pære eller et rør for å tenne drivstoffladningen.Disse endringene resulterte i en motor som var rimeligere å bygge og vedlikeholde.

Drivstoffinnsprøytningsteknologi
En kritikkverdig egenskap ved full diesel var nødvendigheten av en høytrykks, innsprøytningsluftkompressor.Ikke bare var det nødvendig med energi for å drive luftkompressoren, men en kjøleeffekt som forsinket tenning oppstod når den komprimerte luften, typisk på 6,9 megapascal (1000 pund per kvadrattomme), plutselig ekspanderte inn i sylinderen, som hadde et trykk på omtrent 3,4 til 4 megapascal (493 til 580 pund per kvadrattomme).Diesel hadde trengt høytrykksluft for å føre kullpulver inn i sylinderen;når flytende petroleum erstattet pulverisert kull som drivstoff, kunne en pumpe lages for å erstatte høytrykksluftkompressoren.

Det var en rekke måter en pumpe kunne brukes på.I England brukte Vickers Company det som ble kalt common-rail-metoden, der et batteri av pumper holdt drivstoffet under trykk i et rør som løper langs motoren med ledninger til hver sylinder.Fra denne skinne- (eller rør-) drivstofftilførselsledningen tillot en serie injeksjonsventiler drivstoffladningen til hver sylinder på riktig punkt i syklusen.En annen metode brukte kamopererte rykk- eller stempelpumper for å levere drivstoff under et øyeblikkelig høyt trykk til injeksjonsventilen til hver sylinder til rett tid.

Elimineringen av innsprøytningsluftkompressoren var et skritt i riktig retning, men det var enda et problem som skulle løses: motoreksosen inneholdt for mye røyk, selv ved ytelser godt innenfor motorens hestekrefter og selv om det var nok luft i sylinderen til å brenne drivstoffladningen uten å etterlate et misfarget eksos som normalt indikerte overbelastning.Ingeniører innså til slutt at problemet var at den midlertidige høytrykksinjeksjonsluften som eksploderte inn i motorsylinderen hadde spredt drivstoffladningen mer effektivt enn de erstatnings mekaniske drivstoffdysene var i stand til å gjøre, med det resultat at uten luftkompressoren måtte drivstoffet søk ut oksygenatomene for å fullføre forbrenningsprosessen, og siden oksygen utgjør bare 20 prosent av luften, hadde hvert drivstoffatom bare én av fem sjanser til å møte et oksygenatom.Resultatet var feil forbrenning av drivstoffet.

Den vanlige utformingen av en drivstoffinnsprøytningsdyse introduserte drivstoffet i sylinderen i form av en kjeglespray, med dampen som strålte ut fra dysen, i stedet for i en strøm eller stråle.Svært lite kunne gjøres for å spre drivstoffet mer grundig.Forbedret blanding måtte oppnås ved å gi ekstra bevegelse til luften, oftest ved induksjonsproduserte luftvirvler eller en radiell bevegelse av luften, kalt squish, eller begge deler, fra den ytre kanten av stempelet mot midten.Ulike metoder har blitt brukt for å lage denne virvelen og squishen.De beste resultatene oppnås tilsynelatende når luftvirvelen har en klar relasjon til drivstoffinjeksjonshastigheten.Effektiv utnyttelse av luften inne i sylinderen krever en rotasjonshastighet som får den innestengte luften til å bevege seg kontinuerlig fra en spray til den neste under injeksjonsperioden, uten ekstrem innsynkning mellom syklusene.