Ba nhóm kích thước cơ bản
Có ba nhóm kích thước cơ bản của động cơ diesel dựa trên sức mạnh nhỏ, trung bình và lớn. Các động cơ nhỏ có các giá trị công suất-đầu ra dưới 16 kilowatt. Đây là loại động cơ diesel được sản xuất phổ biến nhất. Các động cơ này được sử dụng trong ô tô, xe tải nhẹ, và một số ứng dụng nông nghiệp và xây dựng và như các máy phát điện điện nhỏ đứng yên (như các máy phát điện trên Pleasure Craft) và dưới dạng ổ đĩa cơ học. Chúng thường là động cơ tiêm trực tiếp, nội tuyến, bốn hoặc sáu xi-lanh. Nhiều người đang tăng áp với những người sau khi làm sau.

Động cơ trung bình có công suất từ ​​188 đến 750 kilowatt, hoặc 252 đến 1.006 mã lực. Phần lớn các động cơ này được sử dụng trong các xe tải hạng nặng. Chúng thường là động cơ tăng áp trực tiếp, nội tuyến, sáu xi-lanh và sau đó. Một số động cơ V-8 và V-12 cũng thuộc nhóm kích thước này.

Động cơ diesel lớn có xếp hạng công suất vượt quá 750 kilowatt. Các động cơ độc đáo này được sử dụng cho các ứng dụng lái xe, đầu máy và cơ học và để tạo ra điện năng. Trong hầu hết các trường hợp, chúng được tiêm trực tiếp, các hệ thống tăng áp và sau đó. Chúng có thể hoạt động ở mức thấp tới 500 vòng quay mỗi phút khi độ tin cậy và độ bền là rất quan trọng.

Động cơ hai thì và bốn thì
Như đã lưu ý trước đó, động cơ diesel được thiết kế để hoạt động theo chu kỳ hai hoặc bốn thì. Trong động cơ có chu kỳ bốn thì điển hình, van nạp và xả và vòi phun nhiên liệu được đặt trong đầu xi lanh (xem hình). Thông thường, sắp xếp van kép, hai người và hai van xả được sử dụng.
Việc sử dụng chu kỳ hai thì có thể loại bỏ sự cần thiết của một hoặc cả hai van trong thiết kế động cơ. Không khí nhặt rác và hút thường được cung cấp thông qua các cổng trong lớp lót xi lanh. Khí thải có thể thông qua các van nằm trong đầu xi lanh hoặc qua các cổng trong lớp lót xi lanh. Xây dựng động cơ được đơn giản hóa khi sử dụng thiết kế cổng thay vì một yêu cầu van xả.

Nhiên liệu cho động cơ diesel
Các sản phẩm dầu mỏ thường được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel là chất chưng cất bao gồm các hydrocarbon nặng, với ít nhất 12 đến 16 nguyên tử carbon trên mỗi phân tử. Những chưng cất nặng hơn được lấy từ dầu thô sau khi các phần dễ bay hơi hơn được sử dụng trong xăng được loại bỏ. Các điểm sôi của các chưng cất nặng hơn này nằm trong khoảng từ 177 đến 343 ° C (351 đến 649 ° F). Do đó, nhiệt độ bay hơi của chúng cao hơn nhiều so với xăng, có ít nguyên tử carbon hơn trên mỗi phân tử.

Nước và trầm tích trong nhiên liệu có thể gây hại cho hoạt động của động cơ; Nhiên liệu sạch là điều cần thiết cho các hệ thống tiêm hiệu quả. Nhiên liệu có dư lượng carbon cao có thể được xử lý tốt nhất bằng các động cơ quay tốc độ thấp. Điều tương tự áp dụng cho những người có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao. Số cetane, xác định chất lượng đánh lửa của nhiên liệu, được xác định bằng phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM D613 cho số lượng dầu nhiên liệu diesel.

Phát triển động cơ diesel
Công việc sớm
Rudolf Diesel, một kỹ sư của Đức, đã hình thành ý tưởng cho động cơ hiện đang mang tên của mình sau khi anh ta tìm kiếm một thiết bị để tăng hiệu quả của động cơ Otto (động cơ bốn chu kỳ đầu tiên, được chế tạo bởi kỹ sư Đức thế kỷ 19 Nikolaus Otto). Diesel nhận ra rằng quá trình đánh lửa điện của động cơ xăng có thể được loại bỏ nếu, trong quá trình nén của thiết bị xi-lanh piston, nén có thể làm nóng không khí đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tự động của nhiên liệu nhất định. Diesel đề xuất một chu kỳ như vậy trong các bằng sáng chế của ông là 1892 và 1893.
Ban đầu, than bột hoặc dầu mỏ lỏng được đề xuất làm nhiên liệu. Diesel nhìn thấy than bột, một sản phẩm phụ của các mỏ than Saar, như một loại nhiên liệu có sẵn. Không khí nén được sử dụng để đưa bụi than vào xi lanh động cơ; Tuy nhiên, việc kiểm soát tốc độ phun than là khó khăn, và sau khi động cơ thử nghiệm bị phá hủy bởi một vụ nổ, động cơ diesel đã chuyển sang dầu mỏ lỏng. Ông tiếp tục giới thiệu nhiên liệu vào động cơ với không khí nén.
Động cơ thương mại đầu tiên được xây dựng trên các bằng sáng chế của Diesel đã được cài đặt tại St. tại Hoa Kỳ và Canada. Động cơ hoạt động thành công trong nhiều năm và là tiền thân của động cơ Busch-Sulzer cung cấp nhiều tàu ngầm của Hải quân Hoa Kỳ trong Thế chiến I. Một động cơ diesel khác được sử dụng cho cùng một mục đích là Nelseco, được chế tạo bởi Công ty Động cơ và tàu New London New London Trong Groton, Conn.

Động cơ diesel trở thành nhà máy điện chính cho các tàu ngầm trong Thế chiến I. Nó không chỉ kinh tế trong việc sử dụng nhiên liệu mà còn được chứng minh là đáng tin cậy trong điều kiện thời chiến. Nhiên liệu diesel, ít biến động hơn xăng, được lưu trữ và xử lý an toàn hơn.
Vào cuối cuộc chiến, nhiều người đàn ông đã vận hành động cơ diesel đang tìm kiếm công việc thời bình. Các nhà sản xuất bắt đầu thích nghi với động cơ diesel cho nền kinh tế thời bình. Một sửa đổi là sự phát triển của cái gọi là semid Diesel hoạt động theo chu kỳ hai thì ở áp suất nén thấp hơn và sử dụng bóng đèn hoặc ống nóng để đốt cháy điện tích nhiên liệu. Những thay đổi này dẫn đến một động cơ ít tốn kém hơn để chế tạo và bảo trì.

Công nghệ tiêm nhiên liệu
Một đặc điểm khó chịu của động cơ diesel đầy đủ là sự cần thiết của máy nén khí áp suất cao. Năng lượng cần thiết để điều khiển máy nén khí, mà hiệu ứng làm lạnh bị trễ xảy ra khi không khí nén, thường ở mức 6,9 megapascals (1.000 pound mỗi inch), đột nhiên mở rộng vào xi lanh, ở áp suất khoảng 3,4 đến 4 megapascal (493 đến 580 pounds mỗi inch vuông). Diesel có không khí áp suất cao để giới thiệu than bột vào xi lanh; Khi dầu khí thay thế than bột làm nhiên liệu, một máy bơm có thể được chế tạo để thay thế máy nén khí áp suất cao.

Có một số cách mà một máy bơm có thể được sử dụng. Ở Anh, công ty Vickers đã sử dụng cái được gọi là phương pháp đường sắt chung, trong đó pin của máy bơm duy trì nhiên liệu dưới áp lực trong một đường ống chạy theo chiều dài của động cơ có dây dẫn đến mỗi xi lanh. Từ đường ray này (hoặc đường ống) đường cung cấp nhiên liệu, một loạt các van phun đã thừa nhận điện tích nhiên liệu cho mỗi xi lanh ở đúng điểm trong chu kỳ của nó. Một phương pháp khác sử dụng máy bơm hoạt động bằng cam, hoặc loại pít tông, máy bơm để cung cấp nhiên liệu dưới áp suất cao trong giây lát cho van phun của mỗi xi lanh vào đúng thời điểm.

Việc loại bỏ máy nén khí phun là một bước đi đúng hướng, nhưng vẫn có một vấn đề khác cần giải quyết: khí thải động cơ chứa một lượng khói quá nhiều, ngay cả ở đầu ra trong xếp hạng mã lực của động cơ và mặc dù ở đó là đủ không khí trong xi lanh để đốt cháy nhiên liệu mà không để lại một ống xả bị đổi màu thường chỉ ra quá tải. Các kỹ sư cuối cùng nhận ra rằng vấn đề là không khí phun áp suất cao trong giây lát phát nổ vào xi lanh động cơ đã khuếch tán điện tích nhiên liệu hiệu quả hơn so với các vòi phun nhiên liệu cơ học thay thế có thể làm được, với kết quả là không có máy nén khí, nhiên liệu phải Tìm kiếm các nguyên tử oxy để hoàn thành quá trình đốt cháy, và, vì oxy chỉ chiếm 20 % không khí, mỗi nguyên tử nhiên liệu chỉ có một cơ hội trong năm lần gặp một nguyên tử oxy. Kết quả là đốt nhiên liệu không đúng cách.

Thiết kế thông thường của vòi phun nhiên liệu đã đưa nhiên liệu vào xi lanh dưới dạng bình xịt hình nón, với hơi nước tỏa ra từ vòi phun, thay vì trong một dòng suối hoặc máy bay phản lực. Rất ít có thể được thực hiện để khuếch tán nhiên liệu kỹ lưỡng hơn. Trộn được cải thiện phải được thực hiện bằng cách truyền chuyển động bổ sung lên không khí, phổ biến nhất là do các vòng xoáy không khí do cảm ứng sản xuất hoặc một chuyển động xuyên tâm của không khí, được gọi là Squish, hoặc cả hai, từ rìa ngoài của pít-tông về phía trung tâm. Các phương pháp khác nhau đã được sử dụng để tạo ra vòng xoáy và squish này. Kết quả tốt nhất rõ ràng có được khi xoáy không khí có mối quan hệ xác định với tốc độ tiêm nhiên liệu. Việc sử dụng hiệu quả không khí trong xi lanh đòi hỏi vận tốc quay khiến không khí bị vướng vào liên tục từ bình xịt này sang bình xịt tiếp theo trong thời gian tiêm, mà không bị sụt giảm cao giữa các chu kỳ.