Três grupos de tamanho básico
Existem três grupos de tamanho básico de motores a diesel baseados no poder - pequeno, médio e grande. Os pequenos motores têm valores de saída de energia inferior a 16 quilowatts. Este é o tipo de motor diesel mais produzido. Esses motores são usados ​​em automóveis, caminhões leves e algumas aplicações agrícolas e de construção e como pequenos geradores de energia elétrica estacionária (como os de artesanato de prazer) e como acionamentos mecânicos. Eles são tipicamente motores de injeção direta, em linha, quatro ou seis cilindros. Muitos são turboalimentados com os pós -cololeiros.

Os motores médios têm capacidades de energia que variam de 188 a 750 quilowatts, ou 252 a 1.006 cavalos de potência. A maioria desses motores é usada em caminhões pesados. Eles geralmente são motores de injeção direta, em linha, com seis cilindros e motores turbo de seis cilindros. Alguns motores V-8 e V-12 também pertencem a esse grupo de tamanho.

Os grandes motores a diesel têm classificações de energia superiores a 750 quilowatts. Esses motores exclusivos são usados ​​para aplicações marítimas, locomotivas e de acionamento mecânico e para geração de energia elétrica. Na maioria dos casos, eles são sistemas de injeção direta, turboalimentados e pós-resfriados. Eles podem operar em apenas 500 revoluções por minuto, quando a confiabilidade e a durabilidade são críticas.

Motores de dois tempos e quatro tempos
Como observado anteriormente, os motores a diesel são projetados para operar no ciclo de dois ou quatro tempos. No motor típico do ciclo de quatro tempos, as válvulas de admissão e escape e o bico de injeção de combustível estão localizadas na cabeça do cilindro (veja a figura). Freqüentemente, os arranjos de válvulas duplas - duas válvulas de ingestão e duas de escape - são empregadas.
O uso do ciclo de dois tempos pode eliminar a necessidade de uma ou ambas as válvulas no design do motor. O ar de eliminação e ingestão é geralmente fornecido através de portas no revestimento do cilindro. O escape pode ser através das válvulas localizadas na cabeça do cilindro ou através de portas no revestimento do cilindro. A construção do motor é simplificada ao usar um design de porta em vez de um que requer válvulas de escape.

Combustível para diesel
Os produtos petrolíferos normalmente usados ​​como combustível para motores a diesel são destilados compostos de hidrocarbonetos pesados, com pelo menos 12 a 16 átomos de carbono por molécula. Esses destilados mais pesados ​​são retirados do petróleo bruto depois que as porções mais voláteis usadas na gasolina são removidas. Os pontos de ebulição desses destilados mais pesados ​​variam de 177 a 343 ° C (351 a 649 ° F). Assim, sua temperatura de evaporação é muito maior que a da gasolina, que possui menos átomos de carbono por molécula.

Água e sedimentos em combustíveis podem ser prejudiciais à operação do motor; O combustível limpo é essencial para sistemas de injeção eficientes. Os combustíveis com um resíduo de alto carbono podem ser tratados melhor por motores de rotação de baixa velocidade. O mesmo se aplica àqueles com alto teor de cinzas e enxofre. O número de cetano, que define a qualidade da ignição de um combustível, é determinado usando o método de teste padrão do ASTM D613 "para o número de cetano de óleo combustível a diesel".

Desenvolvimento de motores a diesel
Trabalho inicial
Rudolf Diesel, um engenheiro alemão, concebeu a idéia para o motor que agora leva seu nome depois de procurar um dispositivo para aumentar a eficiência do mecanismo Otto (o primeiro motor de quatro tempos, construído pelo engenheiro alemão do século XIX. Nikolaus Otto). O diesel percebeu que o processo de ignição elétrica do motor a gasolina poderia ser eliminado se, durante o golpe de compressão de um dispositivo de pistão-cilindro, a compressão pudesse aquecer o ar a uma temperatura mais alta que a temperatura auto-ignição de um determinado combustível. Diesel propôs esse ciclo em suas patentes de 1892 e 1893.
Originalmente, o carvão em pó ou o petróleo líquido era proposto como combustível. A diesel viu carvão em pó, um subproduto das minas de carvão Saar, como um combustível prontamente disponível. O ar comprimido deveria ser usado para introduzir poeira de carvão no cilindro do motor; No entanto, o controle da taxa de injeção de carvão foi difícil e, depois que o motor experimental foi destruído por uma explosão, o diesel se voltou para o líquido petróleo. Ele continuou a introduzir o combustível no motor com ar comprimido.
O primeiro mecanismo comercial construído sobre as patentes do diesel foi instalado em St. Louis, Missouri, por Adolphus Busch, um cervejeiro que havia visto um em exibição em uma exposição em Munique e comprou uma licença da diesel para a fabricação e venda do motor Nos Estados Unidos e Canadá. O motor operava com sucesso por anos e foi o precursor do motor Busch-Sulzer que alimentou muitos submarinos da Marinha dos EUA na Primeira Guerra Mundial. Outro motor a diesel usado para o mesmo objetivo foi o Nelseco, construído pela New London Ship and Engine Company em Groton, Conn.

O motor a diesel tornou -se a usina principal para submarinos durante a Primeira Guerra Mundial. Não era apenas econômico no uso de combustível, mas também se mostrou confiável em condições de guerra. O combustível a diesel, menos volátil que a gasolina, foi armazenado e manuseado com mais segurança.
No final da guerra, muitos homens que operavam diesel estavam procurando empregos em tempos de paz. Os fabricantes começaram a adaptar a diesel para a economia em tempos de paz. Uma modificação foi o desenvolvimento do chamado semidiesel que operava em um ciclo de dois tempos a uma pressão de compressão mais baixa e usava uma lâmpada ou tubo quente para acender a carga de combustível. Essas mudanças resultaram em um motor mais barato para construir e manter.

Tecnologia de injeção de combustível
Uma característica censurável do diesel completa era a necessidade de um compressor de ar de injeção de alta pressão. A energia não apenas foi necessária para impulsionar o compressor de ar, mas também um efeito de refrigeração que ocorreu a ignição tardia quando o ar comprimido, normalmente a 6,9 megapascais (1.000 libras por polegada quadrada), de repente se expandiu para o cilindro, que estava a uma pressão de cerca de 3,4 a 4 megapascais (493 a 580 libras por polegada quadrada). O diesel precisava de ar de alta pressão para introduzir carvão em pó no cilindro; Quando o Liquid Petroleum substituiu o carvão em pó como combustível, uma bomba pode ser feita para substituir o compressor de ar de alta pressão.

Havia várias maneiras pelas quais uma bomba podia ser usada. Na Inglaterra, a Vickers Company usou o que era chamado de método de raio comum, no qual uma bateria de bombas mantinha o combustível sob pressão em um tubo que executa o comprimento do motor com pistas a cada cilindro. A partir dessa linha de alimentação de combustível (ou tubo), uma série de válvulas de injeção admitiu a carga de combustível em cada cilindro no ponto direito do seu ciclo. Outro método empregou bombas de jerk, ou de um êmbolo de came para fornecer combustível sob pressão momentaneamente alta à válvula de injeção de cada cilindro no momento certo.

A eliminação do compressor de ar de injeção foi um passo na direção certa, mas havia mais um problema a ser resolvido: o escape do motor continha uma quantidade excessiva de fumaça, mesmo em saídas bem dentro da classificação de potência do motor e mesmo lá era ar suficiente no cilindro para queimar a carga de combustível sem deixar um escape descolorido que normalmente indicava sobrecarga. Os engenheiros finalmente perceberam que o problema era que o ar de injeção momentaneamente de alta pressão explodindo no cilindro do motor difundiu a carga de combustível com mais eficiência do que os bocais de combustível mecânico substituto foram capazes de fazer, com o resultado de que, sem o compressor de ar, o combustível precisava Pesquise os átomos de oxigênio para concluir o processo de combustão e, como o oxigênio representa apenas 20 % do ar, cada átomo de combustível teve apenas uma chance em encontrar um átomo de oxigênio. O resultado foi a queima inadequada do combustível.

O design usual de um bico de injeção de combustível introduziu o combustível no cilindro na forma de um spray de cone, com o vapor irradiando do bico, em vez de em um fluxo ou jato. Muito pouco poderia ser feito para difundir o combustível mais bem. A mistura aprimorada teve que ser realizada transmitindo movimentos adicionais ao ar, mais comumente por redemoinhos de ar produzidos por indução ou um movimento radial do ar, chamado de esmagamento, ou ambos, da borda externa do pistão em direção ao centro. Vários métodos foram empregados para criar esse redemoinho e mole. Aparentemente, os melhores resultados são obtidos quando o redemoinho de ar tem uma relação definitiva com a taxa de injeção de combustível. A utilização eficiente do ar dentro do cilindro exige uma velocidade de rotação que faça com que o ar aprisionado se mova continuamente de um spray para o outro durante o período de injeção, sem subsidência extrema entre os ciclos.