Três grupos de tamanho básico
Existem três grupos básicos de tamanhos de motores diesel com base na potência – pequeno, médio e grande.Os motores pequenos têm valores de potência inferiores a 16 quilowatts.Este é o tipo de motor diesel mais comumente produzido.Esses motores são usados ​​em automóveis, caminhões leves e algumas aplicações agrícolas e de construção e como pequenos geradores estacionários de energia elétrica (como aqueles em embarcações de recreio) e como acionamentos mecânicos.Eles são normalmente motores de injeção direta, em linha, de quatro ou seis cilindros.Muitos são turboalimentados com pós-resfriadores.

Os motores médios têm capacidades de potência que variam de 188 a 750 quilowatts, ou 252 a 1.006 cavalos de potência.A maioria desses motores é usada em caminhões pesados.Geralmente são motores de injeção direta, em linha, seis cilindros turboalimentados e pós-resfriados.Alguns motores V-8 e V-12 também pertencem a este grupo de tamanho.

Grandes motores diesel têm potência superior 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, são sistemas de injeção direta, turboalimentados e pós-resfriados.Eles podem operar a velocidades tão baixas quanto 500 rotações por minuto quando a confiabilidade e a durabilidade são críticas.

Motores de dois tempos e quatro tempos
Conforme observado anteriormente, os motores diesel são projetados para operar no ciclo de dois ou quatro tempos.No motor típico de quatro tempos, as válvulas de admissão e escape e o bico de injeção de combustível estão localizados no cabeçote do cilindro (veja a figura).Freqüentemente, são empregados arranjos de válvulas duplas – duas válvulas de admissão e duas de escape.
O uso do ciclo de dois tempos pode eliminar a necessidade de uma ou ambas as válvulas no projeto do motor.O ar de exaustão e admissão geralmente é fornecido através de portas na camisa do cilindro.A exaustão pode ser feita através de válvulas localizadas no cabeçote ou através de portas na camisa do cilindro.A construção do motor é simplificada ao usar um projeto de porta em vez de um que exija válvulas de escape.

Combustível para diesel
Os produtos petrolíferos normalmente utilizados como combustível para motores diesel são destilados compostos por hidrocarbonetos pesados, com pelo menos 12 a 16 átomos de carbono por molécula.Esses destilados mais pesados ​​são retirados do petróleo bruto após a remoção das porções mais voláteis usadas na gasolina.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 superior à da gasolina, que possui menos átomos de carbono por molécula.

A água e os sedimentos nos combustíveis podem ser prejudiciais ao funcionamento do motor;combustível limpo é essencial para sistemas de injeção eficientes.Combustíveis com alto resíduo de carbono podem ser melhor manuseados 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 de ignição de um combustível, é determinado usando ASTM D613 “Método de teste padrão para número de cetano de óleo combustível diesel”.

Desenvolvimento de motores diesel
Trabalho cedo
Rudolf Diesel, engenheiro alemão, concebeu a ideia do motor que hoje leva seu nome depois de ter buscado um dispositivo para aumentar a eficiência do motor Otto (o primeiro motor de quatro tempos, construído pelo engenheiro alemão do século XIX Nicolau Otto).Diesel percebeu que o processo de ignição elétrica do motor a gasolina poderia ser eliminado se, durante o curso de compressão de um dispositivo pistão-cilindro, a compressão pudesse aquecer o ar a uma temperatura superior à temperatura de autoignição de um determinado combustível.Diesel propôs tal ciclo em suas patentes de 1892 e 1893.
Originalmente, o carvão em pó ou o petróleo líquido foram propostos como combustível.O diesel via o carvão em pó, um subproduto das minas de carvão do Sarre, como um combustível prontamente disponível.Ar comprimido deveria ser usado para introduzir pó de carvão no cilindro do motor;entretanto, controlar a taxa de injeção de carvão era difícil e, depois que o motor experimental foi destruído por uma explosão, o Diesel recorreu ao petróleo líquido.Ele continuou a introduzir o combustível no motor com ar comprimido.
O primeiro motor comercial construído com base nas patentes da Diesel foi instalado em St. Louis, Missouri, por Adolphus Busch, um cervejeiro que viu 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 no Canadá.O motor funcionou com sucesso durante anos e foi o precursor do motor Busch-Sulzer que impulsionou muitos submarinos da Marinha dos EUA na Primeira Guerra Mundial. Outro motor diesel utilizado para o mesmo fim foi o Nelseco, construído pela New London Ship and Engine Company. em Groton, Connecticut.

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

Tecnologia de injeção de combustível
Uma característica questionável do diesel completo era a necessidade de um compressor de ar de injeção de alta pressão.Não só foi necessária energia para acionar o compressor de ar, mas também um efeito de refrigeração que atrasou a ignição ocorreu quando o ar comprimido, normalmente a 6,9 megapascais (1.000 libras por polegada quadrada), repentinamente se expandiu para dentro do cilindro, que estava a uma pressão de cerca de 3,4. a 4 megapascais (493 a 580 libras por polegada quadrada).Diesel precisava de ar de alta pressão para introduzir carvão em pó no cilindro;quando o petróleo líquido substituiu o carvão em pó como combustível, uma bomba poderia ser feita para substituir o compressor de ar de alta pressão.

Havia várias maneiras de usar uma bomba.Na Inglaterra, a Vickers Company usou o chamado método common-rail, no qual uma bateria de bombas mantinha o combustível sob pressão em um tubo que percorria todo o comprimento do motor, com ligações para cada cilindro.A partir dessa linha de fornecimento de combustível de trilho (ou tubo), uma série de válvulas de injeção admitia a carga de combustível para cada cilindro no ponto certo do seu ciclo.Outro método empregava bombas jerk operadas por came, ou do tipo êmbolo, para fornecer combustível sob pressão momentaneamente alta para a 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 ainda outro problema a ser resolvido: o escapamento do motor continha uma quantidade excessiva de fumaça, mesmo em potências dentro da potência nominal do motor e mesmo que houvesse havia ar suficiente no cilindro para queimar a carga de combustível sem deixar um escapamento 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 tinha difundido a carga de combustível de forma mais eficiente do que os bicos de combustível mecânicos substitutos eram capazes de fazer, com o resultado de que sem o compressor de ar o combustível tinha que procure os átomos de oxigênio para completar o processo de combustão e, como o oxigênio representa apenas 20% do ar, cada átomo de combustível tinha apenas uma chance em cinco de encontrar um átomo de oxigênio.O resultado foi a queima inadequada do combustível.

O projeto usual de um bico de injeção de combustível introduzia o combustível no cilindro na forma de um spray cônico, com o vapor irradiando do bico, em vez de um jato ou jato.Muito pouco poderia ser feito para difundir o combustível de forma mais completa.A mistura melhorada teve que ser conseguida através da transmissão de movimento adicional ao ar, mais comumente por redemoinhos de ar produzidos por indução ou um movimento radial do ar, chamado squish, ou ambos, da borda externa do pistão em direção ao centro.Vários métodos foram empregados para criar esse redemoinho e compressão.Aparentemente, melhores resultados são obtidos quando o turbilhão de ar mantém uma relação definida 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 retido se mova continuamente de uma pulverização para outra durante o período de injeção, sem subsidência extrema entre os ciclos.