Tres grups de mida bàsica
Hi ha tres grups de mida bàsica de motors dièsel basats en la potència: petit, mitjà i gran.Els motors petits tenen valors de potència de sortida inferiors als 16 quilowatts.Aquest és el tipus de motor dièsel més produït.Aquests motors s'utilitzen en automòbils, camions lleugers i algunes aplicacions agrícoles i de construcció i com a petits generadors estacionaris d'energia elèctrica (com els d'embarcacions d'esbarjo) i com a accionaments mecànics.Normalment són motors d'injecció directa, en línia, de quatre o sis cilindres.Molts són turboalimentats amb refrigeradors posteriors.

Els motors mitjans tenen capacitats de potència que oscil·len entre 188 i 750 quilowatts, o entre 252 i 1.006 cavalls de força.La majoria d'aquests motors s'utilitzen en camions pesats.Normalment són motors d'injecció directa, en línia, de sis cilindres turboalimentats i refredats posteriorment.Alguns motors V-8 i V-12 també pertanyen a aquest grup de mida.

Els grans motors dièsel tenen una potència de més de 750 quilowatts.Aquests motors únics s'utilitzen per a aplicacions marines, de locomotores i d'accionament mecànic i per a la generació d'energia elèctrica.En la majoria dels casos són sistemes d'injecció directa, turboalimentats i postrefrigerats.Poden funcionar a 500 revolucions per minut quan la fiabilitat i la durabilitat són crítiques.

Motors de dos i quatre temps
Com s'ha indicat anteriorment, els motors dièsel estan dissenyats per funcionar en cicles de dos o quatre temps.En el típic motor de quatre temps, les vàlvules d'admissió i d'escapament i el broquet d'injecció de combustible es troben a la culata (vegeu la figura).Sovint, s'utilitzen disposicions de vàlvules dobles: dues d'admissió i dues d'escapament.
L'ús del cicle de dos temps pot eliminar la necessitat d'una o ambdues vàlvules en el disseny del motor.L'aire d'aspiració i d'admissió es proporciona normalment a través dels ports de la camisa del cilindre.L'escapament pot ser a través de vàlvules situades a la culata o a través dels ports de la camisa del cilindre.La construcció del motor es simplifica quan s'utilitza un disseny de port en lloc d'un que requereix vàlvules d'escapament.

Combustible per dièsel
Els productes derivats del petroli que s'utilitzen normalment com a combustible per als motors dièsel són destil·lats compostos d'hidrocarburs pesats, amb almenys 12 a 16 àtoms de carboni per molècula.Aquests destil·lats més pesats s'extrauen del petroli cru després d'eliminar les porcions més volàtils utilitzades a la gasolina.Els punts d'ebullició d'aquests destil·lats més pesats oscil·len entre 177 i 343 °C (351 a 649 °F).Així, la seva temperatura d'evaporació és molt superior a la de la gasolina, que té menys àtoms de carboni per molècula.

L'aigua i els sediments dels combustibles poden ser perjudicials per al funcionament del motor;El combustible net és essencial per als sistemes d'injecció eficients.Els combustibles amb un alt residu de carboni es poden manejar millor amb motors de rotació a baixa velocitat.El mateix s'aplica a aquells amb alt contingut de cendra i sofre.El nombre de cetà, que defineix la qualitat d'ignició d'un combustible, es determina mitjançant ASTM D613 "Mètode de prova estàndard per al nombre de cetà del gasoil dièsel".

Desenvolupament de motors dièsel
Treball primerenc
Rudolf Diesel, un enginyer alemany, va concebre la idea del motor que ara porta el seu nom després d'haver buscat un dispositiu per augmentar l'eficiència del motor Otto (el primer motor de quatre temps, construït per l'enginyer alemany del segle XIX). Nikolaus Otto).Diesel es va adonar que el procés d'encesa elèctrica del motor de gasolina es podria eliminar si, durant la carrera de compressió d'un dispositiu de pistó-cilindre, la compressió pogués escalfar l'aire a una temperatura superior a la temperatura d'autoignició d'un determinat combustible.Diesel va proposar aquest cicle a les seves patents de 1892 i 1893.
Originalment, es proposava com a combustible el carbó en pols o el petroli líquid.El dièsel va veure el carbó en pols, un subproducte de les mines de carbó de Saar, com a combustible fàcilment disponible.S'havia d'utilitzar aire comprimit per introduir pols de carbó al cilindre del motor;tanmateix, controlar la velocitat d'injecció de carbó era difícil i, després que el motor experimental fos destruït per una explosió, el dièsel es va convertir en petroli líquid.Va continuar introduint el combustible al motor amb aire comprimit.
El primer motor comercial construït amb les patents de Diesel va ser instal·lat a St. Louis, Missouri, per Adolphus Busch, un cerveser que n'havia vist un exposat en una exposició a Munic i havia comprat una llicència a Diesel per a la fabricació i venda del motor. als Estats Units i al Canadà.El motor va funcionar amb èxit durant anys i va ser el precursor del motor Busch-Sulzer que va impulsar molts submarins de la Marina dels Estats Units durant la Primera Guerra Mundial. Un altre motor dièsel utilitzat per a la mateixa finalitat va ser el Nelseco, construït per la New London Ship and Engine Company. a Groton, Connecticut.

El motor dièsel es va convertir en la central elèctrica principal dels submarins durant la Primera Guerra Mundial. No només era econòmic en l'ús de combustible, sinó que també va demostrar ser fiable en condicions de guerra.El gasoil, menys volàtil que la gasolina, es va emmagatzemar i manipular amb més seguretat.
Al final de la guerra, molts homes que havien operat dièsel buscaven feina en temps de pau.Els fabricants van començar a adaptar els dièsel per a l'economia en temps de pau.Una modificació va ser el desenvolupament de l'anomenat semidièsel que funcionava en un cicle de dos temps a una pressió de compressió més baixa i utilitzava una bombeta o tub calent per encendre la càrrega de combustible.Aquests canvis van donar lloc a un motor menys costós de construir i mantenir.

Tecnologia d'injecció de combustible
Una característica censurable del dièsel complet era la necessitat d'un compressor d'aire d'injecció d'alta pressió.No només es necessitava energia per accionar el compressor d'aire, sinó que es va produir un efecte de refrigeració que retardava l'encesa quan l'aire comprimit, normalment a 6,9 megapascals (1.000 lliures per polzada quadrada), es va expandir sobtadament al cilindre, que estava a una pressió d'uns 3,4. a 4 megapascals (de 493 a 580 lliures per polzada quadrada).El dièsel havia necessitat aire a alta pressió amb què introduir carbó en pols al cilindre;quan el petroli líquid substituïa el carbó en pols com a combustible, es podria fer una bomba per substituir el compressor d'aire d'alta pressió.

Hi havia diverses maneres d'utilitzar una bomba.A Anglaterra, la Vickers Company va utilitzar el que s'anomenava mètode common-rail, en el qual una bateria de bombes mantenia el combustible a pressió en una canonada que passava per la longitud del motor amb cables a cada cilindre.Des d'aquesta línia de subministrament de combustible per ferrocarril (o canonada), una sèrie de vàlvules d'injecció admetien la càrrega de combustible a cada cilindre en el punt correcte del seu cicle.Un altre mètode emprava bombes d'injecció de lleves, o tipus d'èmbol, per lliurar combustible a una pressió momentàniament alta a la vàlvula d'injecció de cada cilindre en el moment adequat.

L'eliminació del compressor d'aire d'injecció va ser un pas en la direcció correcta, però encara hi havia un altre problema per resoldre: l'escapament del motor contenia una quantitat excessiva de fum, fins i tot a sortides molt dins de la potència nominal del motor i tot i que hi havia Hi havia prou aire al cilindre per cremar la càrrega de combustible sense deixar un escapament descolorit que normalment indicava sobrecàrrega.Finalment, els enginyers es van adonar que el problema era que l'aire d'injecció d'alta pressió momentània que va explotar al cilindre del motor havia difós la càrrega de combustible de manera més eficient que no eren capaços de fer els broquets de combustible mecànics substitutius, amb el resultat que sense el compressor d'aire el combustible havia de fer-ho. buscar els àtoms d'oxigen per completar el procés de combustió i, com que l'oxigen només representa el 20 per cent de l'aire, cada àtom de combustible només tenia una possibilitat de cada cinc de trobar-se amb un àtom d'oxigen.El resultat va ser una combustió inadequada del combustible.

El disseny habitual d'un broquet d'injecció de combustible introduïa el combustible al cilindre en forma d'esprai cònic, amb el vapor que irradia des del broquet, en lloc d'un corrent o un raig.Es podria fer molt poc per difondre el combustible més a fons.La millora de la barreja s'havia d'aconseguir impartint moviment addicional a l'aire, més comunament mitjançant remolins d'aire produïts per inducció o un moviment radial de l'aire, anomenat squish, o tots dos, des de la vora exterior del pistó cap al centre.S'han utilitzat diversos mètodes per crear aquest remolí i aixafar.Aparentment, els millors resultats s'obtenen quan el remolí d'aire té una relació definida amb la velocitat d'injecció de combustible.La utilització eficient de l'aire dins del cilindre requereix una velocitat de rotació que fa que l'aire atrapat es mogui contínuament d'un ruixat a un altre durant el període d'injecció, sense subsidència extrema entre cicles.