Tres grupos de tamaño básicos
Hay tres grupos de tamaños básicos de motores diésel según su potencia: pequeños, medianos y grandes.Los motores pequeños tienen una potencia de menos de 16 kilovatios.Este es el tipo de motor diésel más producido.Estos motores se utilizan en automóviles, camiones ligeros y algunas aplicaciones agrícolas y de construcción, y como pequeños generadores estacionarios de energía eléctrica (como los de embarcaciones de recreo) y como accionamientos mecánicos.Suelen ser motores de inyección directa, en línea, de cuatro o seis cilindros.Muchos están turboalimentados con postenfriadores.

Los motores medianos tienen capacidades de potencia que oscilan entre 188 y 750 kilovatios, o entre 252 y 1.006 caballos de fuerza.La mayoría de estos motores se utilizan en camiones pesados.Suelen ser motores de inyección directa, en línea, turboalimentados y posenfriados, de seis cilindros.Algunos motores V-8 y V-12 también pertenecen a este grupo de tamaño.

Los grandes motores diésel tienen potencias superiores a los 750 kilovatios.Estos motores únicos se utilizan para aplicaciones de propulsión mecánica, de locomotoras y marinas y para la generación de energía eléctrica.En la mayoría de los casos se trata de sistemas de inyección directa, turboalimentados y posenfriados.Pueden funcionar a tan solo 500 revoluciones por minuto cuando la confiabilidad y la durabilidad son críticas.

Motores de dos y cuatro tiempos
Como se señaló anteriormente, los motores diésel están diseñados para funcionar en ciclos 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 están ubicadas en la culata (ver figura).A menudo se emplean disposiciones de válvulas duales: dos válvulas de admisión y dos 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 aspiración y admisión generalmente se proporciona a través de puertos en la camisa del cilindro.El escape puede realizarse a través de válvulas ubicadas en la culata o a través de puertos en la camisa del cilindro.La construcción del motor se simplifica cuando se utiliza un diseño de puerto en lugar de uno que requiere válvulas de escape.

Combustible para diesel
Los productos derivados del petróleo que normalmente se utilizan como combustible para los motores diésel son destilados compuestos de hidrocarburos pesados, con al menos 12 a 16 átomos de carbono por molécula.Estos destilados más pesados ​​se extraen 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 ​​oscilan entre 177 y 343 °C (351 a 649 °F).Así, su temperatura de evaporación es mucho más alta que la de la gasolina, que tiene menos átomos de carbono por molécula.

El agua y los sedimentos de los combustibles pueden ser perjudiciales para el funcionamiento del motor;El combustible limpio es esencial para los sistemas de inyección eficientes.Los combustibles con un alto contenido de residuos de carbono se pueden manejar mejor con motores de baja velocidad de rotación.Lo mismo se aplica a aquellos con alto contenido en cenizas y azufre.El número de cetano, que define la calidad de ignición de un combustible, se determina utilizando el “Método de prueba estándar para el número de cetano del fueloil diésel” ASTM D613.

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 cuatro tiempos, construido por el ingeniero alemán del siglo XIX). Nicolás Otto).Diesel se dio cuenta de que el proceso de encendido eléctrico de un motor de gasolina podía eliminarse si, durante la carrera de compresión de un dispositivo de pistón-cilindro, la compresión podía calentar el aire a una temperatura superior a la temperatura de autoignición de un combustible determinado.Diesel propuso tal ciclo en sus patentes de 1892 y 1893.
Originalmente se propuso como combustible carbón en polvo o petróleo líquido.El diésel vio el carbón en polvo, un subproducto de las minas de carbón del Sarre, como un combustible fácilmente disponible.Se iba a utilizar aire comprimido 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 diésel recurrió al petróleo líquido.Continuó introduciendo el combustible en el motor con aire comprimido.
El primer motor comercial construido con las patentes de Diesel fue instalado en St. Louis, Missouri, por Adolphus Busch, un cervecero que había visto uno en exhibición en una exposición en Munich y había comprado una licencia de Diesel para la fabricación y venta del motor. en Estados Unidos y Canadá.El motor funcionó con éxito durante años y fue el precursor del motor Busch-Sulzer que impulsó muchos submarinos de la Armada estadounidense en la Primera Guerra Mundial. Otro motor diésel utilizado para el mismo propósito fue el Nelseco, construido por New London Ship and Engine Company. en Groton, Connecticut.

El motor diésel se convirtió en la principal central eléctrica de los submarinos durante la Primera Guerra Mundial. No sólo era económico en el uso de combustible sino que también demostró ser confiable en condiciones de guerra.El combustible diésel, menos volátil que la gasolina, se almacenó y manipuló de forma más segura.
Al final de la guerra, muchos hombres que habían operado motores diésel buscaban trabajos en tiempos de paz.Los fabricantes comenzaron a adaptar los motores diésel a la economía en tiempos de paz.Una modificación fue el desarrollo del llamado semidiesel que funcionaba en un ciclo de dos tiempos con una presión de compresión más baja y utilizaba 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 diésel era la necesidad de un compresor de aire de inyección de alta presión.No solo se requería energía para accionar el compresor de aire, sino que se producía un efecto de refrigeración que retrasaba el encendido cuando el aire comprimido, normalmente a 6,9 megapascales (1.000 libras por pulgada cuadrada), se expandía repentinamente dentro del cilindro, que estaba a una presión de aproximadamente 3,4. a 4 megapascales (493 a 580 libras por pulgada cuadrada).Diesel había necesitado aire a alta presión para introducir carbón en polvo en el cilindro;Cuando el petróleo líquido reemplazó al carbón en polvo como combustible, se pudo fabricar una bomba para reemplazar al compresor de aire de alta presión.

Había varias formas en las que se podía utilizar una bomba.En Inglaterra, la Vickers Company utilizó lo que se llamó el método common-rail, en el que una batería de bombas mantenía el combustible bajo presión en una tubería que recorría todo el motor con conexiones a cada cilindro.Desde esta línea de suministro de combustible de riel (o tubería), una serie de válvulas de inyección admitían la carga de combustible a cada cilindro en el punto correcto de su ciclo.Otro método empleaba bombas de empuje accionadas por levas, o de tipo émbolo, para suministrar 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 aún quedaba otro problema por resolver: el escape del motor contenía una cantidad excesiva de humo, incluso a potencias dentro de los caballos de potencia del motor y aunque había Había suficiente aire en el cilindro para quemar la carga de combustible sin dejar un escape descolorido que normalmente indicaba sobrecarga.Los ingenieros finalmente se dieron cuenta de que el problema era que el aire de inyección momentáneamente a alta presión que explotaba en el cilindro del motor había difundido la carga de combustible de manera más eficiente que lo que podían hacer las boquillas de combustible mecánicas sustitutas, con el resultado de que sin el compresor de aire el combustible tenía que buscaba los átomos de oxígeno para completar el proceso de combustión y, dado que el oxígeno constituye sólo el 20 por ciento del aire, cada átomo de combustible tenía sólo una probabilidad entre cinco de encontrar un átomo de oxígeno.El resultado fue una quema inadecuada del combustible.

El diseño habitual de una boquilla de inyección de combustible introducía el combustible en el cilindro en forma de un cono rociador, con el vapor irradiando desde la boquilla, en lugar de en una corriente o chorro.Se podía hacer muy poco para difundir mejor el combustible.Se tuvo que lograr una mezcla mejorada impartiendo movimiento adicional al aire, más comúnmente mediante remolinos de aire producidos por inducción o un movimiento radial del aire, llamado aplastamiento, o ambos, desde el borde exterior del pistón hacia el centro.Se han empleado varios métodos para crear este remolino y aplastamiento.Aparentemente se obtienen mejores resultados cuando el remolino de aire guarda una relación definida con la tasa de inyección de combustible.La utilización eficiente del aire dentro del cilindro exige una velocidad de rotación que haga que el aire atrapado se mueva continuamente de una pulverización a la siguiente durante el período de inyección, sin un hundimiento extremo entre ciclos.