سه گروه اندازه اصلی
سه گروه اندازه اصلی موتورهای دیزلی بر اساس قدرت وجود دارد - کوچک، متوسط ​​و بزرگ.موتورهای کوچک دارای قدرت خروجی کمتر از 16 کیلووات هستند.این رایج ترین نوع موتور دیزلی است که تولید می شود.این موتورها در خودروها، کامیون‌های سبک و برخی کاربردهای کشاورزی و ساختمانی و به عنوان ژنراتورهای برق ثابت کوچک (مانند موتورهای تفریحی) و به‌عنوان درایوهای مکانیکی استفاده می‌شوند.آنها معمولاً موتورهای تزریق مستقیم، خطی، چهار یا شش سیلندر هستند.بسیاری از آنها با خنک کننده های اضافی توربو شارژ می شوند.

موتورهای متوسط ​​قدرتی بین 188 تا 750 کیلووات یا 252 تا 1006 اسب بخار دارند.اکثر این موتورها در کامیون های سنگین استفاده می شوند.آنها معمولاً موتورهای تزریق مستقیم، خطی، شش سیلندر توربوشارژ و پس خنک هستند.برخی از موتورهای V-8 و V-12 نیز به این گروه اندازه تعلق دارند.

موتورهای دیزلی بزرگ دارای توانی بیش از 750 کیلووات هستند.این موتورهای منحصربه‌فرد برای کاربردهای دریایی، لوکوموتیو و مکانیکی و برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.در بیشتر موارد، سیستم‌های تزریق مستقیم، توربوشارژ و پس‌خنک هستند.هنگامی که قابلیت اطمینان و دوام بسیار مهم است، ممکن است با سرعت 500 دور در دقیقه کار کنند.

موتورهای دو زمانه و چهار زمانه
همانطور که قبلاً ذکر شد، موتورهای دیزل برای کارکردن در چرخه دو زمانه یا چهار زمانه طراحی شده اند.در موتورهای معمولی چهار زمانه، سوپاپ های ورودی و خروجی و نازل تزریق سوخت در سرسیلندر قرار دارند (شکل را ببینید).اغلب، ترتیبات سوپاپ دوگانه - دو دریچه ورودی و دو سوپاپ خروجی - استفاده می شود.
استفاده از چرخه دو زمانه می تواند نیاز به یک یا هر دو سوپاپ را در طراحی موتور برطرف کند.هواگیری و هوای ورودی معمولاً از طریق درگاه‌هایی در آستر سیلندر تأمین می‌شود.خروجی اگزوز می تواند از طریق سوپاپ هایی که در سر سیلندر قرار دارند یا از طریق پورت هایی در آستر سیلندر باشد.ساخت موتور هنگام استفاده از طراحی پورت به جای نیاز به دریچه های اگزوز ساده می شود.

سوخت برای گازوئیل
فرآورده های نفتی که معمولاً به عنوان سوخت موتورهای دیزلی استفاده می شوند، تقطیرهایی هستند که از هیدروکربن های سنگین، با حداقل 12 تا 16 اتم کربن در هر مولکول تشکیل شده اند.این تقطیرهای سنگین‌تر از نفت خام پس از حذف قسمت‌های فرارتر مورد استفاده در بنزین گرفته می‌شوند.نقطه جوش این تقطیرهای سنگین از 177 تا 343 درجه سانتیگراد (351 تا 649 درجه فارنهایت) متغیر است.بنابراین دمای تبخیر آنها بسیار بالاتر از بنزین است که اتم های کربن کمتری در هر مولکول دارد.

آب و رسوب موجود در سوخت ها می تواند برای عملکرد موتور مضر باشد.سوخت پاک برای سیستم های تزریق کارآمد ضروری است.سوخت های با باقیمانده کربن بالا را می توان به بهترین نحو توسط موتورهایی با چرخش کم سرعت اداره کرد.همین امر در مورد کسانی که محتوای خاکستر و گوگرد بالایی دارند نیز صدق می کند.عدد ستان که کیفیت احتراق یک سوخت را مشخص می کند، با استفاده از ASTM D613 "روش تست استاندارد برای تعداد ستان روغن سوخت دیزل" تعیین می شود.

توسعه موتورهای دیزلی
اوایل کار
رودولف دیزل، یک مهندس آلمانی، پس از جستجوی دستگاهی برای افزایش کارایی موتور اتو (اولین موتور چرخه چهار زمانه، ساخته شده توسط مهندس آلمانی قرن نوزدهم) ایده موتوری را که اکنون نام او را به خود گرفته است، در سر گرفت. نیکولاس اتو).دیزل متوجه شد که فرآیند احتراق الکتریکی موتور بنزینی را می توان حذف کرد، اگر در طول حرکت تراکم یک دستگاه سیلندر پیستون، فشرده سازی بتواند هوا را تا دمایی بالاتر از دمای اشتعال خودکار یک سوخت معین گرم کند.دیزل چنین چرخه ای را در اختراعات خود در سال های 1892 و 1893 پیشنهاد کرد.
در ابتدا، زغال سنگ پودر یا نفت مایع به عنوان سوخت پیشنهاد شد.دیزل زغال‌سنگ پودری، محصول جانبی معادن زغال‌سنگ سار، را به‌عنوان سوختی در دسترس دید.قرار بود از هوای فشرده برای وارد کردن غبار زغال سنگ به داخل سیلندر موتور استفاده شود.با این حال، کنترل سرعت تزریق زغال سنگ دشوار بود، و پس از اینکه موتور آزمایشی در اثر انفجار از بین رفت، دیزل به نفت مایع تبدیل شد.او همچنان سوخت را با هوای فشرده وارد موتور کرد.
اولین موتور تجاری ساخته شده بر اساس اختراعات دیزل توسط آدولفوس بوش، یک آبجوساز که یکی از آنها را در نمایشگاهی در مونیخ به نمایش گذاشته بود و مجوز ساخت و فروش موتور را از دیزل خریداری کرده بود، در سنت لوئیس، مونیخ نصب شد. در ایالات متحده و کانادا.این موتور سال ها با موفقیت کار کرد و پیشرو موتور بوش سولزر بود که بسیاری از زیردریایی های نیروی دریایی ایالات متحده را در جنگ جهانی اول نیرو می داد. موتور دیزل دیگری که برای همین منظور مورد استفاده قرار گرفت Nelseco بود که توسط شرکت کشتی و موتور نیو لندن ساخته شد. در گروتن، کن.

موتور دیزل در طول جنگ جهانی اول به نیروگاه اصلی زیردریایی ها تبدیل شد. این موتور نه تنها در استفاده از سوخت مقرون به صرفه بود، بلکه در شرایط جنگ نیز قابل اعتماد بود.سوخت گازوئیل که فراریت کمتری نسبت به بنزین داشت، با خیال راحت تری ذخیره و نگهداری می شد.
در پایان جنگ، بسیاری از مردانی که با گازوئیل کار می کردند، به دنبال شغل در زمان صلح بودند.سازندگان شروع به تطبیق دیزل ها برای اقتصاد زمان صلح کردند.یکی از اصلاحات توسعه نیمه دیزلی بود که در یک چرخه دو زمانه با فشار تراکم کمتر کار می کرد و از یک لامپ یا لوله داغ برای احتراق شارژ سوخت استفاده می کرد.این تغییرات منجر به ساخت و نگهداری موتور ارزان‌تر شد.

تکنولوژی تزریق سوخت
یکی از ویژگی های قابل اعتراض دیزل کامل، نیاز به یک کمپرسور هوای تزریقی با فشار بالا بود.نه تنها برای به حرکت درآوردن کمپرسور هوا به انرژی نیاز بود، بلکه یک اثر تبرید کننده که اشتعال تاخیری را به وجود می آورد، زمانی رخ داد که هوای فشرده، معمولاً با سرعت 6.9 مگا پاسکال (1000 پوند بر اینچ مربع)، به طور ناگهانی به داخل سیلندر منبسط شد، که در فشاری در حدود 3.4 بود. تا 4 مگا پاسکال (493 تا 580 پوند بر اینچ مربع).دیزل به هوای پرفشار نیاز داشت تا بتواند با آن زغال سنگ پودر شده را به داخل سیلندر وارد کند.هنگامی که نفت مایع جایگزین زغال سنگ پودر شده به عنوان سوخت می شود، می توان پمپی را به جای کمپرسور هوای پرفشار ساخت.

روش های مختلفی برای استفاده از پمپ وجود داشت.در انگلستان، شرکت ویکرز از روشی استفاده کرد که به آن روش ریل مشترک می‌گفتند، که در آن یک باتری از پمپ‌ها سوخت را تحت فشار در لوله‌ای که طول موتور را با سرب به هر سیلندر می‌کشید، نگه می‌داشت.از این خط سوخت ریلی (یا لوله)، یک سری از شیرهای تزریق، شارژ سوخت را به هر سیلندر در نقطه مناسب در چرخه خود می‌پذیرفتند.روش دیگری از پمپ‌های بادامک یا از نوع پیستونی استفاده می‌کرد تا سوخت را تحت فشار بالا و لحظه‌ای به شیر تزریق هر سیلندر در زمان مناسب برساند.

حذف کمپرسور هوای تزریقی گامی در مسیر درست بود، اما مشکل دیگری وجود داشت که باید حل می‌شد: اگزوز موتور حاوی مقدار زیادی دود بود، حتی در خروجی‌هایی که در حد توان موتور و حتی اگر وجود داشت. هوای کافی در سیلندر برای سوزاندن شارژ سوخت بدون خروج اگزوز تغییر رنگ داده شده بود که معمولاً نشان دهنده اضافه بار است.مهندسان سرانجام متوجه شدند که مشکل این بود که هوای تزریقی پرفشار لحظه‌ای که به داخل سیلندر موتور منفجر می‌شد، شارژ سوخت را به طور موثرتری نسبت به نازل‌های سوخت مکانیکی جایگزین، پخش می‌کرد و در نتیجه بدون کمپرسور هوا، سوخت مجبور بود برای تکمیل فرآیند احتراق، اتم‌های اکسیژن را جستجو کنید، و از آنجایی که اکسیژن تنها 20 درصد هوا را تشکیل می‌دهد، هر اتم سوخت تنها یک شانس از هر پنج اتم برای مواجهه با یک اتم اکسیژن داشت.نتیجه سوختن نامناسب سوخت بود.

طراحی معمول یک نازل تزریق سوخت، سوخت را به شکل یک اسپری مخروطی، با بخاری که از نازل تابش می کند، به جای جریان یا جت وارد سیلندر می کرد.برای پخش کاملتر سوخت کار بسیار کمی انجام داد.اختلاط بهبودیافته باید با ایجاد حرکت اضافی به هوا انجام شود، معمولاً با چرخش هوای القایی یا حرکت شعاعی هوا، به نام squish یا هر دو، از لبه بیرونی پیستون به سمت مرکز.روش های مختلفی برای ایجاد این چرخش و له کردن به کار گرفته شده است.بهترین نتایج ظاهراً زمانی حاصل می شود که چرخش هوا رابطه مشخصی با نرخ تزریق سوخت داشته باشد.استفاده کارآمد از هوای درون سیلندر نیازمند سرعت چرخشی است که باعث می‌شود هوای محبوس شده به طور مداوم از یک اسپری به اسپری بعدی در طول دوره تزریق حرکت کند، بدون اینکه بین چرخه‌ها فرونشست شود.