กลุ่มขนาดพื้นฐานสามกลุ่ม
มีสามกลุ่มพื้นฐานของเครื่องยนต์ดีเซลตามพลังงาน - ขนาดเล็ก, ปานกลางและขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ขนาดเล็กมีค่าพลังงานส่งออกน้อยกว่า 16 กิโลวัตต์ นี่คือประเภทเครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตโดยทั่วไป เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้ในรถยนต์รถบรรทุกเบาและแอพพลิเคชั่นการเกษตรและการก่อสร้างบางส่วนและเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็ก (เช่นเครื่องใช้ในงานฝีมือที่มีความสุข) และเป็นไดรฟ์เชิงกล โดยทั่วไปแล้วจะมีการฉีดโดยตรง, เครื่องยนต์แบบอินไลน์, สี่หรือหกสูบ หลายคนมีเทอร์โบชาร์จกับ Aftercoolers

เครื่องยนต์ขนาดกลางมีความสามารถในการใช้พลังงานตั้งแต่ 188 ถึง 750 กิโลวัตต์หรือ 252 ถึง 1,006 แรงม้า เครื่องยนต์เหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในรถบรรทุกหนัก พวกเขามักจะฉีดโดยตรง, เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จหกสูบและเครื่องยนต์ Aftercooled เครื่องยนต์ V-8 และ V-12 บางตัวก็เป็นของกลุ่มขนาดนี้

เครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่มีการจัดอันดับพลังงานเกิน 750 กิโลวัตต์ เครื่องยนต์ที่ไม่เหมือนใครเหล่านี้ใช้สำหรับการใช้งานทางทะเล, หัวรถจักรและการขับเคลื่อนเชิงกลและสำหรับการสร้างพลังงานไฟฟ้า ในกรณีส่วนใหญ่พวกเขาจะถูกฉีดโดยตรง, เทอร์โบชาร์จเจอร์และระบบ Aftercooled พวกเขาอาจทำงานที่ต่ำถึง 500 รอบต่อนาทีเมื่อความน่าเชื่อถือและความทนทานมีความสำคัญ

เครื่องยนต์สองจังหวะและสี่จังหวะ
ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้เครื่องยนต์ดีเซลได้รับการออกแบบให้ทำงานในวงจรสองหรือสี่จังหวะ ในเครื่องยนต์สี่จังหวะสี่จังหวะโดยทั่วไปวาล์วไอดีและไอเสียและหัวฉีดฉีดเชื้อเพลิงจะอยู่ในหัวกระบอกสูบ (ดูรูป) บ่อยครั้งที่การจัดวาล์วคู่ - ปริมาณสองครั้งและวาล์วไอเสียสองวาล์ว - ใช้
การใช้วัฏจักรสองจังหวะสามารถขจัดความต้องการวาล์วหนึ่งหรือทั้งสองในการออกแบบเครื่องยนต์ การขับขี่และอากาศไอดีมักจะมีให้ผ่านพอร์ตในซับทรงกระบอก ไอเสียสามารถผ่านวาล์วที่อยู่ในหัวกระบอกสูบหรือผ่านพอร์ตในซับทรงกระบอก การก่อสร้างเครื่องยนต์นั้นง่ายขึ้นเมื่อใช้การออกแบบพอร์ตแทนที่จะใช้วาล์วไอเสีย

เชื้อเพลิงสำหรับดีเซล
ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมโดยปกติใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลจะกลั่นซึ่งประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนหนักโดยมีอะตอมคาร์บอนอย่างน้อย 12 ถึง 16 อะตอมต่อโมเลกุล กลั่นที่หนักกว่าเหล่านี้นำมาจากน้ำมันดิบหลังจากส่วนที่ระเหยได้มากขึ้นที่ใช้ในน้ำมันเบนซินจะถูกลบออก จุดเดือดของการกลั่นที่หนักกว่าเหล่านี้มีตั้งแต่ 177 ถึง 343 ° C (351 ถึง 649 ° F) ดังนั้นอุณหภูมิการระเหยของพวกเขาจึงสูงกว่าน้ำมันเบนซินซึ่งมีอะตอมคาร์บอนน้อยกว่าต่อโมเลกุล

น้ำและตะกอนในเชื้อเพลิงอาจเป็นอันตรายต่อการทำงานของเครื่องยนต์ การทำความสะอาดเชื้อเพลิงเป็นสิ่งจำเป็นต่อระบบฉีดที่มีประสิทธิภาพ เชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนตกค้างสูงสามารถจัดการได้ดีที่สุดโดยเครื่องยนต์ของการหมุนความเร็วต่ำ เช่นเดียวกับผู้ที่มีเถ้าสูงและปริมาณกำมะถัน หมายเลข Cetane ซึ่งกำหนดคุณภาพการจุดระเบิดของเชื้อเพลิงจะถูกกำหนดโดยใช้ ASTM D613“ วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับจำนวนน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซล”

การพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซล
งานก่อน
รูดอล์ฟดีเซลวิศวกรชาวเยอรมันคิดแนวคิดสำหรับเครื่องยนต์ที่ตอนนี้มีชื่อของเขาหลังจากที่เขาได้ค้นหาอุปกรณ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์อ็อตโต (เครื่องยนต์สี่จังหวะแรกที่สร้างขึ้นโดยวิศวกรเยอรมันในศตวรรษที่ 19 Nikolaus Otto) ดีเซลตระหนักว่ากระบวนการจุดระเบิดไฟฟ้าของเครื่องยนต์เบนซินอาจถูกกำจัดได้หากในระหว่างการบีบอัดของอุปกรณ์ลูกสูบกระบอกสูบการบีบอัดอาจทำให้อากาศร้อนถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการจุดไฟอัตโนมัติของเชื้อเพลิงที่กำหนด ดีเซลเสนอวงจรดังกล่าวในสิทธิบัตรของเขาในปี 1892 และ 1893
เดิมทีมีการเสนอถ่านหินผงหรือปิโตรเลียมเหลวเป็นเชื้อเพลิง ดีเซลเห็นถ่านหินผงซึ่งเป็นผลพลอยได้จากเหมืองถ่านหิน Saar ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่พร้อมใช้งาน อากาศอัดจะถูกนำมาใช้เพื่อแนะนำฝุ่นถ่านหินเข้าไปในกระบอกสูบเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตามการควบคุมอัตราการฉีดถ่านหินเป็นเรื่องยากและหลังจากเครื่องยนต์ทดลองถูกทำลายโดยการระเบิดดีเซลก็หันไปใช้ปิโตรเลียมเหลว เขายังคงแนะนำเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ด้วยอากาศอัด
เครื่องยนต์เชิงพาณิชย์แห่งแรกที่สร้างขึ้นจากสิทธิบัตรของดีเซลได้รับการติดตั้งในเซนต์หลุยส์โมโดย Adolphus Busch ผู้ผลิตเบียร์ที่เคยเห็นหนึ่งรายการที่จัดแสดงในนิทรรศการในมิวนิคและซื้อใบอนุญาตจากดีเซลสำหรับการผลิตและการขายเครื่องยนต์ ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา เครื่องยนต์ทำงานได้สำเร็จเป็นเวลาหลายปีและเป็นผู้เบิกทางของเครื่องยนต์ Busch-Sulzer ที่ขับเคลื่อนเรือดำน้ำจำนวนมากของกองทัพเรือสหรัฐฯในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเครื่องยนต์ดีเซลอีกเครื่องหนึ่งที่ใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกันคือเนลเซโก ใน Groton, Conn

เครื่องยนต์ดีเซลกลายเป็นโรงไฟฟ้าหลักสำหรับเรือดำน้ำในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ไม่เพียง แต่ประหยัดในการใช้เชื้อเพลิง แต่ยังพิสูจน์ได้ว่าเชื่อถือได้ภายใต้สภาวะสงคราม เชื้อเพลิงดีเซลผันผวนน้อยกว่าน้ำมันเบนซินถูกจัดเก็บและจัดการอย่างปลอดภัยมากกว่า
ในตอนท้ายของสงครามผู้ชายหลายคนที่ดำเนินการดีเซลกำลังมองหางานยามสงบ ผู้ผลิตเริ่มปรับตัวดีเซลให้เข้ากับเศรษฐกิจยามสงบ การดัดแปลงอย่างหนึ่งคือการพัฒนาของ semidiesel ที่เรียกว่าที่ดำเนินการในรอบสองจังหวะที่ความดันบีบอัดที่ต่ำกว่าและใช้หลอดไฟร้อนหรือหลอดเพื่อจุดไฟเชื้อเพลิง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลให้เครื่องยนต์มีราคาไม่แพงในการสร้างและบำรุงรักษา

เทคโนโลยีการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง
คุณลักษณะหนึ่งที่น่ารังเกียจของดีเซลเต็มรูปแบบคือความจำเป็นของเครื่องอัดอากาศแรงดันสูงและฉีด ไม่เพียง แต่ต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนเครื่องอัดอากาศ แต่ยังมีเอฟเฟกต์ตู้เย็นที่จุดระเบิดล่าช้าเกิดขึ้นเมื่ออากาศอัดซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 6.9 megapascals (1,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ก็ขยายเข้าไปในกระบอกสูบซึ่งเป็นแรงดันประมาณ 3.4 ถึง 4 megapascals (493 ถึง 580 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ดีเซลต้องการอากาศแรงดันสูงเพื่อแนะนำถ่านหินผงเข้าไปในกระบอกสูบ เมื่อปิโตรเลียมเหลวแทนที่ถ่านหินผงเป็นเชื้อเพลิงปั๊มสามารถทำเพื่อแทนที่คอมเพรสเซอร์อากาศแรงดันสูง

มีหลายวิธีในการใช้ปั๊ม ในอังกฤษ บริษัท วิคเกอร์ใช้สิ่งที่เรียกว่าวิธีการทางรถไฟสามัญซึ่งแบตเตอรี่ของปั๊มยังคงรักษาเชื้อเพลิงภายใต้ความดันในท่อที่ใช้ความยาวของเครื่องยนต์ด้วยตะกั่วไปยังแต่ละกระบอกสูบ จากรถไฟสายเชื้อเพลิง (หรือท่อ) นี้มีชุดวาล์วฉีดชุดวาล์วที่ยอมรับประจุเชื้อเพลิงไปยังแต่ละกระบอกสูบที่จุดขวาในรอบ อีกวิธีหนึ่งที่ใช้ CAM-Operated Jerk หรือ Plunger-type ปั๊มเพื่อส่งเชื้อเพลิงภายใต้แรงดันสูงในไม่ช้าไปยังวาล์วฉีดของแต่ละกระบอกในเวลาที่เหมาะสม

การกำจัดเครื่องอัดอากาศแบบฉีดเป็นขั้นตอนในทิศทางที่ถูกต้อง แต่ยังมีปัญหาอีกอย่างหนึ่งที่ต้องแก้ไข: ไอเสียของเครื่องยนต์มีควันมากเกินไปแม้จะอยู่ในระดับที่ดีภายในระดับแรงม้าของเครื่องยนต์และแม้ว่าจะมี มีอากาศเพียงพอในกระบอกสูบที่จะเผาประจุน้ำมันเชื้อเพลิงโดยไม่ทิ้งไอเสียที่เปลี่ยนสีซึ่งปกติจะระบุว่าโอเวอร์โหลด ในที่สุดวิศวกรก็ตระหนักว่าปัญหาคืออากาศฉีดแรงดันสูงในชั่วขณะหนึ่งในกระบอกสูบเครื่องยนต์ได้กระจายประจุน้ำมันเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าหัวฉีดเชื้อเพลิงเครื่องจักรกลที่สามารถทำได้ ค้นหาอะตอมของออกซิเจนเพื่อให้กระบวนการเผาไหม้เสร็จสมบูรณ์และเนื่องจากออกซิเจนมีเพียง 20 เปอร์เซ็นต์ของอากาศแต่ละอะตอมของเชื้อเพลิงจึงมีโอกาสเพียงครั้งเดียวในห้าของการเผชิญหน้ากับอะตอมของออกซิเจน ผลที่ได้คือการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่เหมาะสม

การออกแบบปกติของหัวฉีดฉีดเชื้อเพลิงแนะนำเชื้อเพลิงลงในกระบอกสูบในรูปแบบของสเปรย์กรวยโดยที่ไอที่แผ่ออกมาจากหัวฉีดมากกว่าในลำธารหรือเจ็ท สามารถทำได้น้อยมากเพื่อกระจายเชื้อเพลิงให้ละเอียดมากขึ้น การผสมที่ได้รับการปรับปรุงจะต้องทำได้โดยการเคลื่อนไหวเพิ่มเติมไปยังอากาศส่วนใหญ่โดยการหมุนของอากาศที่ผลิตจากการเหนี่ยวนำหรือการเคลื่อนที่แบบรัศมีของอากาศที่เรียกว่า squish หรือทั้งสองอย่างจากขอบด้านนอกของลูกสูบไปยังกึ่งกลาง มีการใช้วิธีการต่าง ๆ เพื่อสร้างการหมุนวนและ squish นี้ เห็นได้ชัดว่าได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่ออากาศหมุนวนมีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนกับอัตราการฉีดเชื้อเพลิง การใช้อากาศที่มีประสิทธิภาพภายในกระบอกสูบต้องการความเร็วในการหมุนที่ทำให้อากาศที่ถูกกักตัวจะเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องจากสเปรย์หนึ่งไปยังอีกในช่วงระยะเวลาการฉีดโดยไม่มีการทรุดตัวลงอย่างมากระหว่างรอบ