Tres grupos de tamaño básico
Hay tres grupos básicos de motores diesel basados ​​en la potencia: menores, medianos y grandes. Los motores pequeños tienen valores de potencia de menos de 16 kilovatios. Este es el tipo de motor diesel más comúnmente producido. Estos motores se utilizan en automóviles, camiones ligeros y algunas aplicaciones agrícolas y de construcción y como pequeños generadores estacionarios de potencia eléctrica (como los de la artesanía de placer) y como impulsos mecánicos. Típicamente son motores de inyección directa, en línea, de cuatro o seis cilindros. Muchos son turboalimentados con los posibles.

Los motores medianos tienen capacidades de energía que van desde 188 a 750 kilovatios, o 252 a 1.006 caballos de fuerza. La mayoría de estos motores se usan en camiones de servicio pesado. Por lo general, son motores de inyección directa, en línea, de seis cilindros turboalimentados y poseen. Algunos motores V-8 y V-12 también pertenecen a este grupo de tamaño.

Los grandes motores diesel tienen clasificaciones de energía superiores a 750 kilovatios. Estos motores únicos se utilizan para aplicaciones marinas, locomotoras y de accionamiento mecánico y para la generación de potencia eléctrica. En la mayoría de los casos, son sistemas de inyección directa, turboalimentada y posterior. Pueden operar hasta 500 revoluciones por minuto cuando la confiabilidad y la durabilidad son críticos.

Motores de dos tiempos y cuatro tiempos
Como se señaló anteriormente, los motores diesel están diseñados para operar en el ciclo de dos o cuatro tiempos. En el motor típico de ciclo de cuatro tiempos, las válvulas de admisión y escape y la boquilla de inyección de combustible se encuentran en la cabeza del cilindro (ver figura). A menudo, se emplean arreglos de doble válvula, dos válvulas de consumo y dos válvulas de escape.
El uso del ciclo de dos tiempos puede eliminar la necesidad de una o ambas válvulas en el diseño del motor. El aire de eliminación y admisión generalmente se proporciona a través de puertos en el revestimiento del cilindro. El escape puede ser a través de válvulas ubicadas en la cabeza del cilindro o a través de puertos en el revestimiento del cilindro. La construcción del motor se simplifica cuando se usa un diseño de puerto en lugar de uno que requiere válvulas de escape.

Combustible para motores diesel
Los productos de petróleo normalmente utilizados como combustible para motores diesel son destilados compuestos de hidrocarburos pesados, con al menos 12 a 16 átomos de carbono por molécula. Estos destilados más pesados ​​se toman del petróleo crudo después de que se eliminan las porciones más volátiles utilizadas en la gasolina. Los puntos de ebullición de estos destilados más pesados ​​varían de 177 a 343 ° C (351 a 649 ° F). Por lo tanto, su temperatura de evaporación es mucho más alta que la de la gasolina, que tiene menos átomos de carbono por molécula.

El agua y el sedimento en los combustibles pueden ser perjudiciales para la operación del motor; El combustible limpio es esencial para los sistemas de inyección eficientes. Los combustibles con un alto residuo de carbono pueden ser manejados mejor por motores de rotación de baja velocidad. Lo mismo se aplica a aquellos con alto contenido de cenizas y azufre. El número de cetano, que define la calidad de encendido de un combustible, se determina utilizando ASTM D613 "Método de prueba estándar para el número de combustible diesel".

Desarrollo de motores diesel
Trabajo temprano
Rudolf Diesel, un ingeniero alemán, concibió la idea del motor que ahora lleva su nombre después de haber buscado un dispositivo para aumentar la eficiencia del motor Otto (el primer motor de ciclo de cuatro tiempos, construido por el ingeniero alemán del siglo XIX. Nikolaus Otto). Diesel se dio cuenta de que el proceso de encendido eléctrico del motor de gasolina podría eliminarse si, durante la carrera de compresión de un dispositivo de cilindro de pistón, la compresión podría calentar el aire a una temperatura más alta que la temperatura de autoigencia de un combustible dado. Diesel propuso tal ciclo en sus patentes de 1892 y 1893.
Originalmente, se propuso carbón en polvo o petróleo líquido como combustible. Diesel vio carbón en polvo, un subproducto de las minas de carbón Saar, como un combustible fácilmente disponible. El aire comprimido debía usarse para introducir polvo de carbón en el cilindro del motor; Sin embargo, controlar la tasa de inyección de carbón fue difícil y, después de que el motor experimental fue destruido por una explosión, el diesel se convirtió en petróleo líquido. Continuó introduciendo el combustible en el motor con aire comprimido.
Adolphus Busch, un cervecero que había visto una en una exposición en Munich, instaló una de Munich y había comprado una licencia para la fabricación y venta de Diesel para la fabricación y venta de Diesel. en los Estados Unidos y Canadá. El motor funcionó con éxito durante años y fue el precursor del motor Busch-Sulzer que impulsó a muchos submarinos de la Marina de los EE. UU. En la Guerra Mundial. Otro motor diesel utilizado para el mismo propósito fue el NelSeco, construido por la compañía de buques y motores de Londres. En Groton, Conn.

El motor diesel se convirtió en la principal planta de energía para los submarinos durante la Primera Guerra Mundial. No solo fue económico en el uso de combustible, sino que también resultó confiable en condiciones de guerra. El combustible diesel, menos volátil que la gasolina, se almacenó y manejó más de forma segura.
Al final de la guerra, muchos hombres que habían operado motores diesel estaban buscando trabajos en tiempos de paz. Los fabricantes comenzaron a adaptar los motores diesel para la economía en tiempos de paz. Una modificación fue el desarrollo del llamado semidiesel que funcionaba en un ciclo de dos tiempos a una presión de compresión más baja y utilizó una bombilla o tubo caliente para encender la carga de combustible. Estos cambios dieron como resultado un motor menos costoso de construir y mantener.

Tecnología de inyección de combustible
Una característica objetable del diesel completo era la necesidad de un compresor de aire de inyección de alta presión. No solo se requería energía para conducir el compresor de aire, sino un efecto de refrigeración que se produjo una ignición retrasada cuando el aire comprimido, típicamente a 6.9 megapascales (1,000 libras por pulgada cuadrada), se expandió repentinamente en el cilindro, que estaba a una presión de aproximadamente 3.4 a 4 megapascales (493 a 580 libras por pulgada cuadrada). El diesel había necesitado aire de alta presión para introducir carbón en polvo en el cilindro; Cuando el petróleo líquido reemplazó el carbón en polvo como combustible, se pudo hacer una bomba para tomar el lugar del compresor de aire de alta presión.

Hubo varias formas en que se podía usar una bomba. En Inglaterra, la Compañía Vickers utilizó lo que se llamaba el método de riel común, en el que una batería de bombas mantenía el combustible bajo presión en una tubería que corría a lo largo del motor con cables a cada cilindro. Desde esta línea de suministro de combustible de riel (o tubería), una serie de válvulas de inyección admitieron la carga de combustible a cada cilindro en el punto derecho de su ciclo. Otro método empleó a Jerk operado por CAM, o bombas de tipo émbolo, para administrar combustible bajo una presión momentáneamente alta a la válvula de inyección de cada cilindro en el momento adecuado.

La eliminación del compresor de aire de inyección fue un paso en la dirección correcta, pero había otro problema que resolver: el escape del motor contenía una cantidad excesiva de humo, incluso en las salidas bien dentro de la clasificación de potencia del motor y, aunque allí era suficiente aire en el cilindro para quemar la carga de combustible sin dejar un escape descolorido que normalmente indicaba una sobrecarga. Los ingenieros finalmente se dieron cuenta de que el problema era que el aire de inyección de alta presión momentáneamente que explotaba en el cilindro del motor había difundido la carga de combustible de manera más eficiente que las boquillas de combustible mecánica sustituto, con el resultado que sin el compresor de aire tenía que tener que Busque los átomos de oxígeno para completar el proceso de combustión y, dado que el oxígeno representa solo el 20 por ciento del aire, cada átomo de combustible tenía solo una posibilidad en cinco de encontrar un átomo de oxígeno. El resultado fue la quema incorrecta del combustible.

El diseño habitual de una boquilla de inyección de combustible introdujo el combustible en el cilindro en forma de spray de cono, con el vapor que irradia desde la boquilla, en lugar de en una corriente o chorro. Se podría hacer muy poco para difundir el combustible más a fondo. La mezcla mejorada tuvo que lograrse impartiendo un movimiento adicional al aire, más comúnmente mediante remolinos de aire producidos por inducción o un movimiento radial del aire, llamado Squish, o ambos, desde el borde exterior del pistón hacia el centro. Se han empleado varios métodos para crear este remolino y aplastamiento. Aparentemente, los mejores resultados se obtienen cuando el remolino de aire tiene una relación definitiva con la tasa de inyección de combustible. La utilización eficiente del aire dentro del cilindro exige una velocidad de rotación que hace que el aire atrapado se mueva continuamente de un aerosol al siguiente durante el período de inyección, sin un subsidencia extremo entre los ciclos.