Tre grundstorleksgrupper
Det finns tre grundläggande storleksgrupper av dieselmotorer baserade på effekt-liten, medelstor och stor.De små motorerna har effektvärden på mindre än 16 kilowatt.Detta är den vanligaste typen av dieselmotorer.Dessa motorer används i bilar, lätta lastbilar och vissa jordbruks- och byggapplikationer och som små stationära elgeneratorer (som de på fritidsbåtar) och som mekaniska drivenheter.De är vanligtvis direktinsprutade, in-line, fyr- eller sexcylindriga motorer.Många är turboladdade med efterkylare.

Medelstora motorer har effektkapaciteter från 188 till 750 kilowatt, eller 252 till 1 006 hästkrafter.Majoriteten av dessa motorer används i tunga lastbilar.De är vanligtvis direktinsprutade, in-line, sexcylindriga turboladdade och efterkylda motorer.Vissa V-8- och V-12-motorer tillhör också denna storleksgrupp.

Stora dieselmotorer har en effekt på över 750 kilowatt.Dessa unika motorer används för marin-, lokomotiv- och mekaniska drivtillämpningar och för elproduktion.I de flesta fall är de direktinsprutade, turboladdade och efterkylda system.De kan arbeta med så låga hastigheter som 500 varv per minut när tillförlitlighet och hållbarhet är avgörande.

Tvåtakts- och fyrtaktsmotorer
Som nämnts tidigare är dieselmotorer utformade för att fungera på antingen två- eller fyrtaktscykeln.I den typiska fyrtaktsmotorn är insugnings- och avgasventilerna och bränsleinsprutningsmunstycket placerade i cylinderhuvudet (se figur).Ofta används dubbla ventilarrangemang - två inlopps- och två avgasventiler -.
Användning av tvåtaktscykeln kan eliminera behovet av en eller båda ventilerna i motorkonstruktionen.Spolnings- och insugningsluft tillhandahålls vanligtvis genom portar i cylinderfodret.Avgaserna kan ske antingen genom ventiler placerade i cylinderhuvudet eller genom portar i cylinderfodret.Motorkonstruktionen förenklas när man använder en portdesign istället för en som kräver avgasventiler.

Bränsle för dieslar
Petroleumprodukter som normalt används som bränsle för dieselmotorer är destillat som består av tunga kolväten, med minst 12 till 16 kolatomer per molekyl.Dessa tyngre destillat tas från råolja efter att de mer flyktiga delarna som används i bensin har avlägsnats.Kokpunkterna för dessa tyngre destillat varierar från 177 till 343 °C (351 till 649 °F).Sålunda är deras avdunstningstemperatur mycket högre än för bensin, som har färre kolatomer per molekyl.

Vatten och sediment i bränslen kan vara skadliga för motordriften;rent bränsle är avgörande för effektiva insprutningssystem.Bränsle med hög kolrester kan hanteras bäst av motorer med lågvarvsrotation.Detsamma gäller de med hög ask- och svavelhalt.Cetantalet, som definierar antändningskvaliteten hos ett bränsle, bestäms med ASTM D613 "Standard Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil."

Utveckling av dieselmotorer
Tidigt arbete
Rudolf Diesel, en tysk ingenjör, kom på idén till motorn som nu bär hans namn efter att han hade letat efter en anordning för att öka effektiviteten hos Otto-motorn (den första fyrtaktsmotorn, byggd av den tyske ingenjören från 1800-talet Nikolaus Otto).Diesel insåg att den elektriska antändningsprocessen för bensinmotorn kunde elimineras om, under kompressionsslaget för en kolv-cylinderanordning, kompression kunde värma luft till en temperatur högre än självantändningstemperaturen för ett givet bränsle.Diesel föreslog en sådan cykel i sina patent 1892 och 1893.
Ursprungligen föreslogs antingen kolpulver eller flytande petroleum som bränsle.Diesel såg pulveriserat kol, en biprodukt från Saars kolgruvor, som ett lättillgängligt bränsle.Tryckluft skulle användas för att införa koldamm i motorcylindern;Det var dock svårt att kontrollera kolinsprutningshastigheten, och efter att experimentmotorn förstördes av en explosion, övergick Diesel till flytande petroleum.Han fortsatte att införa bränslet i motorn med tryckluft.
Den första kommersiella motorn byggd på Diesels patent installerades i St. Louis, Mo., av Adolphus Busch, en bryggare som hade sett en utställd på en utställning i München och hade köpt en licens från Diesel för tillverkning och försäljning av motorn i USA och Kanada.Motorn fungerade framgångsrikt i flera år och var föregångaren till Busch-Sulzer-motorn som drev många ubåtar från den amerikanska flottan under första världskriget. En annan dieselmotor som användes för samma ändamål var Nelseco, byggd av New London Ship and Engine Company i Groton, Conn.

Dieselmotorn blev det primära kraftverket för ubåtar under första världskriget. Den var inte bara ekonomisk i användningen av bränsle utan visade sig också vara tillförlitlig under krigstidsförhållanden.Dieselbränsle, mindre flyktigt än bensin, förvarades och hanterades säkrare.
I slutet av kriget sökte många män som hade kört diesel efter jobb i fredstid.Tillverkare började anpassa dieslar för fredstidsekonomin.En modifiering var utvecklingen av den så kallade semidieseln som fungerade på en tvåtaktscykel vid ett lägre kompressionstryck och använde en varm glödlampa eller ett rör för att antända bränsleladdningen.Dessa förändringar resulterade i en motor som var billigare att bygga och underhålla.

Bränsleinsprutningsteknik
En stötande egenskap hos den fulla dieseln var nödvändigheten av en högtryckskompressor med insprutningsluft.Det krävdes inte bara energi för att driva luftkompressorn, utan även en kyleffekt som fördröjde tändningen uppstod när den komprimerade luften, vanligtvis vid 6,9 megapascal (1 000 pund per kvadrattum), plötsligt expanderade in i cylindern, som hade ett tryck på cirka 3,4 till 4 megapascal (493 till 580 pund per kvadrattum).Diesel hade behövt högtrycksluft för att införa kolpulver i cylindern;när flytande petroleum ersatte pulverformigt kol som bränsle, kunde en pump göras för att ersätta högtryckskompressorn.

Det fanns ett antal sätt på vilka en pump kunde användas.I England använde Vickers Company det som kallades common rail-metoden, där ett batteri av pumpar höll bränslet under tryck i ett rör som löper längs motorn med ledningar till varje cylinder.Från denna räls (eller rör) bränsletillförselledning släppte en serie insprutningsventiler in bränsleladdningen till varje cylinder vid rätt punkt i dess cykel.En annan metod använde kamstyrda jerk- eller kolvpumpar för att leverera bränsle under tillfälligt högt tryck till varje cylinders insprutningsventil vid rätt tidpunkt.

Avskaffandet av insprutningsluftkompressorn var ett steg i rätt riktning, men det fanns ännu ett problem att lösa: motoravgaserna innehöll en överdriven mängd rök, även vid uteffekter som låg inom motorns kapacitet och även om det fanns tillräckligt med luft i cylindern för att bränna bränsleladdningen utan att lämna ett missfärgat avgas som normalt tydde på överbelastning.Ingenjörer insåg slutligen att problemet var att den tillfälliga högtrycksinsprutningsluften som exploderade in i motorcylindern hade spridit bränsleladdningen mer effektivt än de ersättningsmekaniska bränslemunstyckena kunde göra, med resultatet att utan luftkompressorn måste bränslet leta reda på syreatomerna för att slutföra förbränningsprocessen, och eftersom syre bara utgör 20 procent av luften hade varje bränsleatom bara en chans av fem att möta en syreatom.Resultatet blev felaktig förbränning av bränslet.

Den vanliga utformningen av ett bränsleinsprutningsmunstycke införde bränslet i cylindern i form av en konspray, med ångan som strålade ut från munstycket, snarare än i en ström eller stråle.Mycket lite kunde göras för att sprida bränslet mer grundligt.Förbättrad blandning måste åstadkommas genom att ge ytterligare rörelse till luften, oftast genom induktionsproducerade luftvirvlar eller en radiell rörelse av luften, kallad squish, eller bådadera, från kolvens ytterkant mot mitten.Olika metoder har använts för att skapa denna virvel och squish.Bästa resultat uppnås tydligen när luftvirveln står i ett bestämt förhållande till bränsleinsprutningshastigheten.Effektivt utnyttjande av luften i cylindern kräver en rotationshastighet som gör att den inneslutna luften kontinuerligt rör sig från en spray till nästa under insprutningsperioden, utan extrema sättningar mellan cyklerna.