Kolme peruskokoryhmää
Dieselmoottoreiden peruskokoryhmää on kolme tehon perusteella: pieni, keskikokoinen ja suuri.Pienten moottoreiden teho on alle 16 kilowattia.Tämä on yleisimmin valmistettu dieselmoottorityyppi.Näitä moottoreita käytetään autoissa, kevyissä kuorma-autoissa ja joissakin maatalous- ja rakennussovelluksissa sekä pieninä kiinteinä sähkögeneraattoreina (kuten huviveneissä) ja mekaanisina käyttömoottoreina.Ne ovat tyypillisesti suoraruiskutus-, rivi-, neli- tai kuusisylinterisiä moottoreita.Monet ovat turboahdettuja jälkijäähdyttimillä.

Keskikokoisten moottoreiden tehot vaihtelevat 188 - 750 kilowattia tai 252 - 1 006 hevosvoimaa.Suurin osa näistä moottoreista käytetään raskaissa kuorma-autoissa.Yleensä ne ovat suoraruiskutus-, rivi-, kuusisylinterisiä turbo- ja jälkijäähdytteisiä moottoreita.Jotkut V-8- ja V-12-moottorit kuuluvat myös tähän kokoryhmään.

Suurien dieselmoottoreiden teho on yli 750 kilowattia.Näitä ainutlaatuisia moottoreita käytetään laivojen, veturien ja mekaanisiin käyttösovelluksiin sekä sähköntuotantoon.Useimmissa tapauksissa ne ovat suoraruiskutus-, turboahdettu- ja jälkijäähdytteisiä järjestelmiä.Ne voivat toimia jopa 500 kierrosta minuutissa, kun luotettavuus ja kestävyys ovat kriittisiä.

Kaksitahtiset ja nelitahtiset moottorit
Kuten aiemmin todettiin, dieselmoottorit on suunniteltu toimimaan joko kaksi- tai nelitahtisyklissä.Tyypillisessä nelitahtimoottorissa imu- ja pakoventtiilit sekä polttoaineen ruiskutussuutin sijaitsevat sylinterinkannessa (katso kuva).Usein käytetään kaksoisventtiilijärjestelyjä – kahta imu- ja kahta poistoventtiiliä.
Kaksitahtisyklin käyttö voi poistaa yhden tai molempien venttiilien tarpeen moottorin suunnittelussa.Huuhtelu- ja imuilma toimitetaan tavallisesti sylinterin vuorauksen aukkojen kautta.Pakokaasu voi tapahtua joko sylinterinkannessa olevien venttiilien kautta tai sylinterin vaipan aukkojen kautta.Moottorin rakenne yksinkertaistuu, kun käytetään porttirakennetta pakoventtiilejä vaativan sijaan.

Polttoaine dieseleille
Dieselmoottoreiden polttoaineena tavallisesti käytettävät öljytuotteet ovat raskaista hiilivedyistä koostuvia tisleitä, joissa on vähintään 12–16 hiiliatomia molekyyliä kohden.Nämä raskaammat tisleet otetaan raakaöljystä sen jälkeen, kun bensiinissä käytetyt haihtuvat osat on poistettu.Näiden raskaampien tisleiden kiehumispisteet vaihtelevat 177 - 343 °C (351 - 649 °F).Siten niiden haihtumislämpötila on paljon korkeampi kuin bensiinin, jossa on vähemmän hiiliatomeja molekyyliä kohden.

Vesi ja sedimentit polttoaineissa voivat olla haitallisia moottorin toiminnalle;puhdas polttoaine on välttämätön tehokkaille ruiskutusjärjestelmille.Polttoaineet, joissa on paljon hiilijäännöstä, voidaan käsitellä parhaiten hitailla pyörivillä moottoreilla.Sama koskee niitä, joissa on korkea tuhka- ja rikkipitoisuus.Setaaniluku, joka määrittää polttoaineen syttymislaadun, määritetään ASTM D613:n "Dieselpolttoöljyn setaaniluvun standarditestimenetelmän" avulla.

Dieselmoottoreiden kehittäminen
Aikainen työ
Saksalainen insinööri Rudolf Diesel sai idean moottorista, joka nyt kantaa hänen nimeään etsiessään laitetta Otto-moottorin (ensimmäinen nelitahtinen moottori, jonka rakensi 1800-luvun saksalainen insinööri) tehokkuutta lisäävä. Nikolaus Otto).Diesel ymmärsi, että bensiinimoottorin sähköinen sytytysprosessi voitaisiin eliminoida, jos mäntä-sylinterilaitteen puristustahdin aikana puristus voisi lämmittää ilman lämpötilaan, joka on korkeampi kuin tietyn polttoaineen itsesyttymislämpötila.Diesel ehdotti tällaista sykliä patenteissaan 1892 ja 1893.
Alun perin polttoaineeksi ehdotettiin joko hiilijauhetta tai nestemäistä öljyä.Diesel sahasi Saaren hiilikaivosten sivutuotteena jauhettua hiiltä helposti saatavilla olevaksi polttoaineeksi.Paineilmaa oli tarkoitus käyttää hiilipölyn syöttämiseen moottorin sylintereihin;hiilen ruiskutusnopeuden hallinta oli kuitenkin vaikeaa, ja sen jälkeen kun koemoottori tuhoutui räjähdyksessä, Diesel muuttui nestemäiseksi öljyksi.Hän jatkoi polttoaineen syöttämistä moottoriin paineilmalla.
Ensimmäisen Dieselin patenteilla rakennetun kaupallisen moottorin asensi St. Louisissa Mo.:ssa panimo Adolphus Busch, joka oli nähnyt sen esillä Münchenin näyttelyssä ja oli ostanut Dieseliltä lisenssin moottorin valmistusta ja myyntiä varten. Yhdysvalloissa ja Kanadassa.Moottori toimi menestyksekkäästi vuosia ja oli Busch-Sulzer-moottorin edelläkävijä, joka käytti useita Yhdysvaltain laivaston sukellusveneitä ensimmäisessä maailmansodassa. Toinen samaan tarkoitukseen käytetty dieselmoottori oli New London Ship and Engine Companyn rakentama Nelseco. paikassa Groton, Conn.

Dieselmoottorista tuli ensimmäisen maailmansodan aikana sukellusveneiden ensisijainen voimalaitos. Se oli paitsi taloudellinen polttoaineen käytössä, myös osoittautui luotettavaksi sodan aikana.Dieselpolttoaine, joka oli vähemmän haihtuvaa kuin bensiini, säilytettiin ja käsiteltiin turvallisemmin.
Sodan lopussa monet dieseleillä käyneet miehet etsivät rauhanajan töitä.Valmistajat alkoivat mukauttaa dieseleitä rauhanajan talouteen.Yksi muunnelma oli niin sanotun puolidieselin kehittäminen, joka toimi kaksitahtisella syklillä pienemmällä puristuspaineella ja käytti kuumaa polttimoa tai putkea polttoainepanoksen sytyttämiseen.Nämä muutokset johtivat moottorin rakentamiseen ja ylläpitoon halvemmaksi.

Polttoaineen ruiskutustekniikka
Yksi täysdieselin epämiellyttävä ominaisuus oli korkeapaineisen ruiskutusilmakompressorin välttämättömyys.Ilmakompressorin käyttämiseen tarvittiin energian lisäksi jäähdytysvaikutus, joka viivästytti syttymistä, kun paineilma, tyypillisesti 6,9 megapascalia (1 000 paunaa neliötuumaa kohti), yhtäkkiä laajeni sylinteriin, jonka paine oli noin 3,4 4 megapascaliin (493 - 580 puntaa neliötuumaa kohti).Diesel oli tarvinnut korkeapaineista ilmaa viedäkseen jauhemaisen hiilen sylinteriin;kun nestemäinen öljy korvasi jauhetun kivihiilen polttoaineena, pumppu voitiin tehdä korkeapaineisen ilmakompressorin tilalle.

Pumppua voitiin käyttää useilla tavoilla.Englannissa Vickers Company käytti niin sanottua yhteispaineruiskutusmenetelmää, jossa pumppuakku piti polttoaineen paineen alaisena moottorin pituudelta kulkevassa putkessa ja jokaiseen sylinteriin johtavat johdot.Tästä kiskon (tai putken) polttoaineen syöttölinjasta sarja ruiskutusventtiilejä päästi polttoainelatauksen jokaiseen sylinteriin sen syklin oikeassa kohdassa.Toisessa menetelmässä käytettiin nokkakäyttöisiä nykäys- tai mäntätyyppisiä pumppuja polttoaineen toimittamiseksi hetkellisesti korkeassa paineessa kunkin sylinterin ruiskutusventtiiliin oikeaan aikaan.

Ruiskutusilmakompressorin poistaminen oli askel oikeaan suuntaan, mutta vielä yksi ongelma oli ratkaistava: moottorin pakokaasut sisälsivät liikaa savua, vaikka tehot olivatkin hyvin moottorin hevosvoiman sisällä. oli tarpeeksi ilmaa sylinterissä polttaakseen polttoainepanoksen jättämättä värjäytyneitä pakokaasuja, jotka yleensä osoittivat ylikuormitusta.Insinöörit ymmärsivät lopulta, että ongelma oli se, että hetkellisesti moottorin sylinteriin räjähtänyt korkeapaineinen ruiskutusilma oli hajauttanut polttoainepanoksen tehokkaammin kuin korvaavat mekaaniset polttoainesuuttimet pystyivät tekemään, minkä seurauksena polttoaineen piti ilman kompressoria etsi happiatomit palamisprosessin loppuunsaattamiseksi, ja koska happi muodostaa vain 20 prosenttia ilmasta, jokaisella polttoaineatomilla oli vain yksi mahdollisuus kohdata happiatomi viidestä.Seurauksena oli polttoaineen väärä palaminen.

Polttoaineen ruiskutussuuttimen tavallinen rakenne tuo polttoainetta sylinteriin kartiosuihkun muodossa, jolloin höyry säteili suuttimesta, ei virtana tai suihkuna.Hyvin vähän olisi voitu tehdä polttoaineen hajottamiseksi perusteellisemmin.Parempi sekoittuminen oli saatava aikaan antamalla ilmaan lisäliikettä, yleisimmin induktiolla syntyneillä ilmapyörteillä tai ilman säteittäisellä liikkeellä, jota kutsutaan squishiksi, tai molemmilla männän ulkoreunasta kohti keskustaa.Tämän pyörteen ja squishin luomiseen on käytetty erilaisia ​​menetelmiä.Parhaat tulokset saadaan ilmeisesti, kun ilmapyörteellä on selvä suhde polttoaineen ruiskutusnopeuteen.Ilman tehokas hyödyntäminen sylinterissä vaatii pyörimisnopeutta, joka saa kiinni jääneen ilman liikkumaan jatkuvasti ruiskutuksesta toiseen ruiskutusjakson aikana ilman äärimmäistä vajoamista jaksojen välillä.