Tri osnovne grupe veličine
Postoje tri osnovne grupe dizel motora zasnovane na snazi ​​- mali, srednji i veliki.Mali motori imaju izlaznu snagu manju od 16 kilovata.Ovo je najčešće proizveden tip dizel motora.Ovi motori se koriste u automobilima, lakim kamionima i nekim poljoprivrednim i građevinskim aplikacijama i kao mali stacionarni generatori električne energije (kao što su oni na plovilima za razonodu) i kao mehanički pogoni.Obično su to linijski motori sa direktnim ubrizgavanjem, četiri ili šest cilindara.Mnogi imaju turbo punjače sa naknadnim hlađenjem.

Srednji motori imaju snage u rasponu od 188 do 750 kilovata, odnosno od 252 do 1.006 konjskih snaga.Većina ovih motora se koristi u teškim kamionima.Obično su to motori sa direktnim ubrizgavanjem, redni, šestocilindarski turbo motori i motori sa naknadnim hlađenjem.Neki V-8 i V-12 motori takođe pripadaju ovoj grupi veličina.

Veliki dizel motori imaju nazivnu snagu veću od 750 kilovata.Ovi jedinstveni motori se koriste za brodske, lokomotivske i mehaničke pogone i za proizvodnju električne energije.U većini slučajeva to su sistemi sa direktnim ubrizgavanjem, turbo punjenje i naknadno hlađeni sistemi.Oni mogu raditi na čak 500 okretaja u minuti kada su pouzdanost i izdržljivost kritični.

Dvotaktni i četvorotaktni motori
Kao što je ranije navedeno, dizel motori su dizajnirani da rade u dvotaktnom ili četverotaktnom ciklusu.U tipičnom četvorotaktnom motoru, usisni i izduvni ventili i mlaznica za ubrizgavanje goriva nalaze se u glavi cilindra (vidi sliku).Često se koriste dvostruki rasporedi ventila - dva usisna i dva izduvna ventila.
Upotreba dvotaktnog ciklusa može eliminirati potrebu za jednim ili oba ventila u dizajnu motora.Usisni i usisni vazduh se obično obezbeđuju kroz otvore u košuljici cilindra.Ispuh može biti ili kroz ventile koji se nalaze u glavi cilindra ili kroz otvore u oblogu cilindra.Konstrukcija motora je pojednostavljena kada se koristi dizajn priključka umjesto onog koji zahtijeva ispušne ventile.

Gorivo za dizele
Naftni proizvodi koji se obično koriste kao gorivo za dizel motore su destilati sastavljeni od teških ugljovodonika, sa najmanje 12 do 16 atoma ugljika po molekulu.Ovi teži destilati se uzimaju iz sirove nafte nakon što se uklone isparljiviji dijelovi koji se koriste u benzinu.Tačke ključanja ovih težih destilata kreću se od 177 do 343 °C (351 do 649 °F).Stoga je njihova temperatura isparavanja mnogo viša od one kod benzina, koji ima manje atoma ugljika po molekulu.

Voda i talog u gorivima mogu biti štetni za rad motora;čisto gorivo je neophodno za efikasne sisteme ubrizgavanja.Goriva s visokim udjelom ugljika mogu se najbolje nositi s motorima male brzine rotacije.Isto važi i za one sa visokim sadržajem pepela i sumpora.Cetanski broj, koji definira kvalitetu paljenja goriva, određen je korištenjem ASTM D613 “Standardna metoda ispitivanja za cetanski broj dizel loživog ulja”.

Razvoj dizel motora
Rani posao
Rudolf Diesel, njemački inženjer, osmislio je ideju za motor koji sada nosi njegovo ime nakon što je tražio uređaj za povećanje efikasnosti Otto motora (prvi četverotaktni motor, koji je napravio njemački inženjer iz 19. stoljeća Nikolaus Otto).Diesel je shvatio da bi se proces električnog paljenja benzinskog motora mogao eliminirati ako bi, tokom kompresijskog takta klipno-cilindričnog uređaja, kompresija mogla zagrijati zrak na temperaturu veću od temperature samopaljenja datog goriva.Diesel je predložio takav ciklus u svojim patentima iz 1892. i 1893. godine.
Prvobitno je kao gorivo predložen ugalj u prahu ili tečna nafta.Dizel je vidio ugalj u prahu, nusproizvod rudnika uglja Saar, kao lako dostupno gorivo.Komprimirani zrak se trebao koristiti za unošenje ugljene prašine u cilindar motora;međutim, kontrola brzine ubrizgavanja uglja bila je teška, i, nakon što je eksperimentalni motor uništen eksplozijom, dizel se pretvorio u tečni naftu.Nastavio je da unosi gorivo u motor komprimovanim vazduhom.
Prvi komercijalni motor izgrađen na Dieselovim patentima instalirao je u St. Louisu, Mo., Adolphus Busch, pivar koji je vidio jedan izložen na izložbi u Minhenu i kupio licencu od Diesel-a za proizvodnju i prodaju motora u Sjedinjenim Državama i Kanadi.Motor je godinama uspješno radio i bio je preteča Busch-Sulzer motora koji je pokretao mnoge podmornice američke mornarice u Prvom svjetskom ratu. Drugi dizel motor korišten u istu svrhu bio je Nelseco, koji je izgradila New London Ship and Engine Company u Grotonu, Conn.

Dizel motor je postao primarna elektrana za podmornice tokom Prvog svjetskog rata. Nije bio samo ekonomičan u korištenju goriva, već se pokazao i pouzdanim u ratnim uvjetima.Dizelsko gorivo, manje isparljivo od benzina, bilo je sigurnije skladišteno i rukovano.
Na kraju rata mnogi ljudi koji su koristili dizel motore tražili su mirnodopske poslove.Proizvođači su počeli prilagođavati dizele za mirnodopsku ekonomiju.Jedna modifikacija bila je razvoj takozvanog poludizela koji je radio u dvotaktnom ciklusu pri nižem pritisku kompresije i koristio je vruću sijalicu ili cijev za paljenje goriva.Ove promjene su rezultirale jeftinijim motorom za izgradnju i održavanje.

Tehnologija ubrizgavanja goriva
Jedna od nepoželjnih karakteristika potpunog dizela bila je potreba za visokotlačnim kompresorom zraka za ubrizgavanje.Ne samo da je bila potrebna energija za pogon zračnog kompresora, već i rashladni efekat koji je doveo do odloženog paljenja kada se komprimirani zrak, obično na 6,9 megapaskala (1000 funti po kvadratnom inču), iznenada proširio u cilindar, koji je bio pod pritiskom od oko 3,4 do 4 megapaskala (493 do 580 funti po kvadratnom inču).Dizelu je bio potreban vazduh pod visokim pritiskom kojim bi ubacio ugalj u prahu u cilindar;kada je tečna nafta zamenila ugalj u prahu kao gorivo, mogla bi se napraviti pumpa koja bi zamenila vazdušni kompresor visokog pritiska.

Postojalo je nekoliko načina na koje se pumpa mogla koristiti.U Engleskoj je kompanija Vickers koristila ono što je nazvano common-rail metodom, u kojoj je baterija pumpi održavala gorivo pod pritiskom u cijevi koja se proteže duž motora sa vodovima do svakog cilindra.Iz ove tračnice (ili cijevi) dovoda goriva, niz ventila za ubrizgavanje dopuštao je punjenje goriva u svaki cilindar u pravoj tački njegovog ciklusa.Druga metoda koristila je trzajne pumpe ili pumpe tipa klipa za isporuku goriva pod trenutno visokim pritiskom do ventila za ubrizgavanje svakog cilindra u pravo vrijeme.

Ukidanje kompresora zraka za ubrizgavanje bio je korak u pravom smjeru, ali je postojao još jedan problem koji je trebao biti riješen: izduvni gas motora je sadržavao prekomjernu količinu dima, čak i na izlaznim snagama koje su u granicama snage motora i iako postoji je bilo dovoljno zraka u cilindru da sagori punjenje goriva bez ostavljanja promijenjene boje izduvnih gasova koji inače ukazuju na preopterećenje.Inženjeri su konačno shvatili da je problem bio u tome što je trenutni zrak za ubrizgavanje pod visokim pritiskom koji je eksplodirao u cilindar motora raspršio punjenje goriva efikasnije nego što su to mogle učiniti zamjenske mehaničke mlaznice za gorivo, što je rezultiralo time da je bez kompresora za zrak gorivo moralo isteći. pretražite atome kiseonika da biste dovršili proces sagorevanja, a pošto kiseonik čini samo 20 procenata vazduha, svaki atom goriva imao je samo jednu od pet šanse da naiđe na atom kiseonika.Rezultat je bilo nepravilno sagorijevanje goriva.

Uobičajeni dizajn mlaznice za ubrizgavanje goriva uvodi gorivo u cilindar u obliku konusnog spreja, pri čemu para isijava iz mlaznice, a ne u mlazu ili mlazu.Vrlo malo se moglo učiniti da se gorivo temeljitije rasprši.Poboljšano miješanje je moralo biti postignuto dodavanjem dodatnog kretanja zraku, najčešće indukcijski proizvedenim vrtlozima zraka ili radijalnim kretanjem zraka, zvanim gnječenje, ili oboje, od vanjskog ruba klipa prema centru.Korištene su različite metode za stvaranje ovog vrtloga i gnječenja.Najbolji rezultati se očigledno postižu kada vrtlog vazduha ima definitivan odnos sa brzinom ubrizgavanja goriva.Efikasno korištenje zraka unutar cilindra zahtijeva brzinu rotacije koja uzrokuje da se zarobljeni zrak neprekidno kreće od jednog raspršivača do drugog tokom perioda ubrizgavanja, bez ekstremnog slijeganja između ciklusa.