Tre grundlæggende størrelsesgrupper
Der er tre grundlæggende størrelsesgrupper af dieselmotorer baseret på effekt - lille, mellem og stor.De små motorer har effektværdier på mindre end 16 kilowatt.Dette er den mest almindeligt producerede dieselmotortype.Disse motorer bruges i biler, lette lastbiler og nogle landbrugs- og byggeanvendelser og som små stationære elektriske kraftgeneratorer (såsom dem på lystfartøjer) og som mekaniske drev.De er typisk direkte indsprøjtning, in-line, fire- eller sekscylindrede motorer.Mange er turboladede med efterkølere.

Mellemstore motorer har effektkapaciteter fra 188 til 750 kilowatt eller 252 til 1.006 hestekræfter.De fleste af disse motorer bruges i tunge lastbiler.De er normalt direkte indsprøjtning, in-line, sekscylindrede turboladede og efterkølede motorer.Nogle V-8- og V-12-motorer tilhører også denne størrelsesgruppe.

Store dieselmotorer har en effekt på over 750 kilowatt.Disse unikke motorer bruges til marine-, lokomotiv- og mekaniske drevapplikationer og til elproduktion.I de fleste tilfælde er der tale om direkte indsprøjtning, turboladede og efterkølede systemer.De kan arbejde ved så lave som 500 omdrejninger i minuttet, når pålidelighed og holdbarhed er kritisk.

2-takts og 4-takts motorer
Som nævnt tidligere er dieselmotorer designet til at fungere på enten to- eller firetaktscyklussen.I den typiske firetaktsmotor er indsugnings- og udstødningsventilerne og brændstofindsprøjtningsdysen placeret i cylinderhovedet (se figur).Ofte anvendes dobbeltventilarrangementer - to indsugnings- og to udstødningsventiler -.
Brug af totaktscyklussen kan eliminere behovet for en eller begge ventiler i motordesignet.Skylle- og indsugningsluft leveres normalt gennem porte i cylinderforingen.Udstødning kan enten være gennem ventiler placeret i cylinderhovedet eller gennem porte i cylinderforingen.Motorkonstruktionen er forenklet, når der bruges et portdesign i stedet for en, der kræver udstødningsventiler.

Brændstof til diesel
Petroleumsprodukter, der normalt bruges som brændstof til dieselmotorer, er destillater sammensat af tunge kulbrinter med mindst 12 til 16 kulstofatomer pr. molekyle.Disse tungere destillater tages fra råolie, efter at de mere flygtige dele, der bruges i benzin, er fjernet.Kogepunkterne for disse tungere destillater varierer fra 177 til 343 °C (351 til 649 °F).Således er deres fordampningstemperatur meget højere end for benzin, som har færre kulstofatomer pr. molekyle.

Vand og sedimenter i brændstoffer kan være skadelige for motordriften;rent brændstof er afgørende for effektive indsprøjtningssystemer.Brændstoffer med en høj kulstofrest kan bedst håndteres af motorer med lav hastighed.Det samme gælder dem med højt aske- og svovlindhold.Cetantallet, som definerer antændelseskvaliteten af ​​et brændstof, bestemmes ved hjælp af ASTM D613 "Standard Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil".

Udvikling af dieselmotorer
Tidligt arbejde
Rudolf Diesel, en tysk ingeniør, udtænkte ideen til den motor, der nu bærer hans navn, efter at han havde søgt en anordning til at øge effektiviteten af ​​Otto-motoren (den første firetaktsmotor, bygget af den tyske ingeniør fra det 19. århundrede Nikolaus Otto).Diesel indså, at den elektriske tænding af benzinmotoren kunne elimineres, hvis kompressionen under kompressionsslaget af en stempel-cylinder-anordning kunne opvarme luft til en temperatur, der er højere end selvantændelsestemperaturen for et givet brændstof.Diesel foreslog en sådan cyklus i hans patenter fra 1892 og 1893.
Oprindeligt blev enten pulveriseret kul eller flydende petroleum foreslået som brændstof.Diesel så pulveriseret kul, et biprodukt fra Saar-kulminerne, som et let tilgængeligt brændstof.Trykluft skulle bruges til at indføre kulstøv i motorcylinderen;Det var imidlertid vanskeligt at kontrollere kulinjektionshastigheden, og efter at den eksperimentelle motor blev ødelagt af en eksplosion, blev Diesel til flydende petroleum.Han fortsatte med at indføre brændstoffet i motoren med trykluft.
Den første kommercielle motor bygget på Diesels patenter blev installeret i St. Louis, Mo., af Adolphus Busch, en brygger, der havde set en udstillet på en udstilling i München og havde købt en licens fra Diesel til fremstilling og salg af motoren i USA og Canada.Motoren fungerede med succes i årevis og var forløberen for Busch-Sulzer-motoren, der drev mange ubåde fra den amerikanske flåde i Første Verdenskrig. En anden dieselmotor, der blev brugt til samme formål, var Nelseco, bygget af New London Ship and Engine Company i Groton, Conn.

Dieselmotoren blev det primære kraftværk for ubåde under Første Verdenskrig. Den var ikke kun økonomisk i brugen af ​​brændstof, men viste sig også pålidelig under krigstidsforhold.Dieselbrændstof, mindre flygtigt end benzin, blev opbevaret og håndteret mere sikkert.
I slutningen af ​​krigen søgte mange mænd, der havde drevet dieselmotorer, efter job i fredstid.Producenter begyndte at tilpasse dieselmotorer til fredstidsøkonomien.En modifikation var udviklingen af ​​den såkaldte semidiesel, der kørte på en totaktscyklus ved et lavere kompressionstryk og gjorde brug af en varm pære eller et rør til at antænde brændstofladningen.Disse ændringer resulterede i en motor, der var billigere at bygge og vedligeholde.

Brændstofindsprøjtningsteknologi
Et forkasteligt træk ved fuld diesel var nødvendigheden af ​​en højtryks-indsprøjtningsluftkompressor.Der krævedes ikke kun energi til at drive luftkompressoren, men en køleeffekt, der forsinkede tændingen, opstod, når den komprimerede luft, typisk ved 6,9 megapascal (1.000 pund pr. kvadrattomme), pludselig udvidede sig ind i cylinderen, som havde et tryk på omkring 3,4 til 4 megapascal (493 til 580 pund pr. kvadrattomme).Diesel havde brug for højtryksluft til at indføre kulpulver i cylinderen;når flydende petroleum erstattede pulveriseret kul som brændstof, kunne en pumpe laves til at træde i stedet for højtryksluftkompressoren.

Der var en række måder, hvorpå en pumpe kunne bruges.I England brugte Vickers Company det, der blev kaldt common-rail-metoden, hvor et batteri af pumper holdt brændstoffet under tryk i et rør, der løber langs motorens længde med ledninger til hver cylinder.Fra denne skinne (eller rør) brændstofforsyningsledning tillod en række indsprøjtningsventiler brændstofladningen til hver cylinder på det rigtige sted i dens cyklus.En anden metode anvendte knastbetjente ryk- eller stempelpumper til at levere brændstof under et øjebliks højt tryk til hver cylinders indsprøjtningsventil på det rigtige tidspunkt.

Elimineringen af ​​indsprøjtningsluftkompressoren var et skridt i den rigtige retning, men der var endnu et problem, der skulle løses: motorens udstødning indeholdt en overdreven mængde røg, selv ved ydelser, der lå inden for motorens nominelle hestekræfter, og selvom der var luft nok i cylinderen til at brænde brændstofladningen uden at efterlade en misfarvet udstødning, der normalt indikerede overbelastning.Ingeniører indså endelig, at problemet var, at den øjeblikkelige højtryksindsprøjtningsluft, der eksploderede ind i motorcylinderen, havde spredt brændstofladningen mere effektivt, end de erstattede mekaniske brændstofdyser var i stand til at gøre, med det resultat, at brændstoffet uden luftkompressoren skulle søg efter oxygenatomerne for at fuldende forbrændingsprocessen, og da oxygen kun udgør 20 procent af luften, havde hvert brændstofatom kun én ud af fem chance for at støde på et oxygenatom.Resultatet var forkert afbrænding af brændstoffet.

Det sædvanlige design af en brændstofindsprøjtningsdyse introducerede brændstoffet i cylinderen i form af en keglespray, hvor dampen udstrålede fra dysen, snarere end i en strøm eller stråle.Meget lidt kunne gøres for at sprede brændstoffet mere grundigt.Forbedret blanding skulle opnås ved at give luften yderligere bevægelse, oftest ved induktionsproducerede lufthvirvler eller en radial bevægelse af luften, kaldet squish, eller begge dele, fra den ydre kant af stemplet mod midten.Forskellige metoder er blevet brugt til at skabe denne hvirvel og squish.De bedste resultater opnås tilsyneladende, når lufthvirvelen har en klar relation til brændstofindsprøjtningshastigheden.Effektiv udnyttelse af luften i cylinderen kræver en rotationshastighed, der får den indesluttede luft til at bevæge sig kontinuerligt fra den ene spray til den næste i løbet af indsprøjtningsperioden, uden ekstrem nedsynkning mellem cyklusser.