Tiga kelompok ukuran dasar
Ada tiga kelompok ukuran dasar mesin diesel berdasarkan tenaganya—kecil, sedang, dan besar.Mesin kecil memiliki nilai keluaran tenaga kurang dari 16 kilowatt.Ini adalah jenis mesin diesel yang paling umum diproduksi.Mesin ini digunakan pada mobil, truk ringan, dan beberapa aplikasi pertanian dan konstruksi serta sebagai generator tenaga listrik stasioner kecil (seperti pada kapal pesiar) dan sebagai penggerak mekanis.Biasanya mesin tersebut adalah mesin injeksi langsung, segaris, empat atau enam silinder.Banyak yang dilengkapi turbocharger dengan aftercooler.

Mesin sedang memiliki kapasitas tenaga berkisar antara 188 hingga 750 kilowatt atau 252 hingga 1.006 tenaga kuda.Mayoritas mesin ini digunakan pada truk tugas berat.Biasanya mesin tersebut adalah mesin injeksi langsung, segaris, enam silinder turbocharged, dan aftercooler.Beberapa mesin V-8 dan V-12 juga termasuk dalam kelompok ukuran ini.

Mesin diesel besar memiliki peringkat daya lebih dari 750 kilowatt.Mesin unik ini digunakan untuk aplikasi kelautan, lokomotif, dan penggerak mekanis serta untuk pembangkit tenaga listrik.Dalam kebanyakan kasus, ini adalah sistem injeksi langsung, turbocharged, dan aftercooler.Mereka dapat beroperasi pada kecepatan serendah 500 putaran per menit ketika keandalan dan daya tahan sangat penting.

Mesin Dua Tak dan Empat Tak
Seperti disebutkan sebelumnya, mesin diesel dirancang untuk beroperasi pada siklus dua atau empat langkah.Pada mesin siklus empat langkah pada umumnya, katup masuk dan katup buang serta nosel injeksi bahan bakar terletak di kepala silinder (lihat gambar).Seringkali, pengaturan katup ganda—dua katup masuk dan dua katup buang—digunakan.
Penggunaan siklus dua langkah dapat menghilangkan kebutuhan akan satu atau kedua katup dalam desain mesin.Pembuangan dan pemasukan udara biasanya disediakan melalui port di liner silinder.Pembuangan dapat dilakukan melalui katup yang terletak di kepala silinder atau melalui lubang di liner silinder.Konstruksi mesin disederhanakan bila menggunakan desain port daripada yang memerlukan katup buang.

Bahan bakar untuk mesin diesel
Produk minyak bumi yang biasanya digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel adalah hasil sulingan yang terdiri dari hidrokarbon berat, dengan setidaknya 12 hingga 16 atom karbon per molekul.Sulingan yang lebih berat ini diambil dari minyak mentah setelah bagian yang lebih mudah menguap yang digunakan dalam bensin dihilangkan.Titik didih sulingan yang lebih berat ini berkisar antara 177 hingga 343 °C (351 hingga 649 °F).Dengan demikian, suhu penguapannya jauh lebih tinggi dibandingkan bensin, yang memiliki atom karbon per molekul lebih sedikit.

Air dan sedimen dalam bahan bakar dapat membahayakan pengoperasian mesin;bahan bakar yang bersih sangat penting untuk sistem injeksi yang efisien.Bahan bakar dengan residu karbon tinggi dapat ditangani paling baik oleh mesin dengan putaran kecepatan rendah.Hal yang sama berlaku untuk yang memiliki kandungan abu dan belerang tinggi.Angka setana, yang menentukan kualitas penyalaan suatu bahan bakar, ditentukan dengan menggunakan ASTM D613 “Metode Uji Standar untuk Angka Setana Minyak Bahan Bakar Diesel”.

Pengembangan mesin diesel
Pekerjaan awal
Rudolf Diesel, seorang insinyur Jerman, mendapatkan ide untuk mesin yang sekarang menggunakan namanya setelah ia mencari perangkat untuk meningkatkan efisiensi mesin Otto (mesin siklus empat langkah pertama, yang dibuat oleh insinyur Jerman abad ke-19. Nikolaus Otto).Diesel menyadari bahwa proses pengapian listrik pada mesin bensin dapat dihilangkan jika, selama langkah kompresi perangkat silinder piston, kompresi dapat memanaskan udara ke suhu yang lebih tinggi daripada suhu penyalaan otomatis bahan bakar tertentu.Diesel mengusulkan siklus seperti itu dalam patennya pada tahun 1892 dan 1893.
Awalnya, batu bara bubuk atau minyak bumi cair diusulkan sebagai bahan bakar.Diesel melihat bubuk batubara, produk sampingan dari tambang batubara Saar, sebagai bahan bakar yang tersedia.Udara bertekanan akan digunakan untuk memasukkan debu batubara ke dalam silinder mesin;namun, mengendalikan laju injeksi batu bara sulit dilakukan, dan, setelah mesin eksperimental hancur akibat ledakan, Diesel beralih ke minyak bumi cair.Dia terus memasukkan bahan bakar ke dalam mesin dengan udara bertekanan.
Mesin komersial pertama yang dibuat berdasarkan paten Diesel dipasang di St. Louis, Mo., oleh Adolphus Busch, seorang pembuat bir yang pernah melihatnya dipajang di sebuah pameran di Munich dan telah membeli lisensi dari Diesel untuk pembuatan dan penjualan mesin tersebut. di Amerika Serikat dan Kanada.Mesin tersebut beroperasi dengan sukses selama bertahun-tahun dan merupakan cikal bakal mesin Busch-Sulzer yang menggerakkan banyak kapal selam Angkatan Laut AS pada Perang Dunia I. Mesin diesel lain yang digunakan untuk tujuan yang sama adalah Nelseco, yang dibuat oleh New London Ship and Engine Company di Groton, Connecticut.

Mesin diesel menjadi pembangkit listrik utama kapal selam selama Perang Dunia I. Tidak hanya irit dalam penggunaan bahan bakar tetapi juga terbukti andal dalam kondisi masa perang.Bahan bakar diesel, lebih mudah menguap dibandingkan bensin, lebih aman disimpan dan ditangani.
Pada akhir perang, banyak orang yang mengoperasikan mesin diesel mencari pekerjaan di masa damai.Produsen mulai mengadaptasi mesin diesel untuk perekonomian masa damai.Salah satu modifikasinya adalah pengembangan mesin semidiesel yang beroperasi pada siklus dua langkah dengan tekanan kompresi lebih rendah dan memanfaatkan bola lampu atau tabung panas untuk menyalakan bahan bakar.Perubahan ini menghasilkan mesin yang lebih murah untuk dibuat dan dirawat.

Teknologi injeksi bahan bakar
Salah satu ciri yang tidak menyenangkan dari mesin diesel penuh adalah perlunya kompresor udara injeksi bertekanan tinggi.Tidak hanya energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor udara, namun efek pendinginan yang menunda penyalaan terjadi ketika udara bertekanan, biasanya pada 6,9 megapascal (1.000 pon per inci persegi), tiba-tiba mengembang ke dalam silinder, yang berada pada tekanan sekitar 3,4 hingga 4 megapascal (493 hingga 580 pon per inci persegi).Diesel membutuhkan udara bertekanan tinggi untuk memasukkan bubuk batubara ke dalam silinder;ketika minyak bumi cair menggantikan bubuk batu bara sebagai bahan bakar, sebuah pompa dapat dibuat untuk menggantikan kompresor udara bertekanan tinggi.

Ada beberapa cara untuk menggunakan pompa.Di Inggris, Perusahaan Vickers menggunakan apa yang disebut metode common-rail, yaitu serangkaian pompa yang menjaga tekanan bahan bakar di dalam pipa yang mengalir sepanjang mesin dan terhubung ke setiap silinder.Dari jalur suplai bahan bakar rel (atau pipa) ini, serangkaian katup injeksi mengalirkan muatan bahan bakar ke setiap silinder pada titik yang tepat dalam siklusnya.Metode lain menggunakan pompa brengsek yang dioperasikan dengan cam, atau tipe pendorong, untuk menyalurkan bahan bakar di bawah tekanan tinggi sesaat ke katup injeksi setiap silinder pada waktu yang tepat.

Penghapusan kompresor udara injeksi merupakan langkah ke arah yang benar, namun masih ada masalah lain yang harus diselesaikan: knalpot mesin mengandung banyak asap, bahkan pada output yang berada dalam batas horsepower mesin dan meskipun ada terdapat cukup udara di dalam silinder untuk membakar bahan bakar tanpa meninggalkan perubahan warna pada knalpot yang biasanya menunjukkan kelebihan beban.Para insinyur akhirnya menyadari bahwa masalahnya adalah udara injeksi bertekanan tinggi yang meledak ke dalam silinder mesin untuk sementara waktu telah menyebarkan muatan bahan bakar lebih efisien daripada yang dapat dilakukan oleh nozel bahan bakar mekanis pengganti, sehingga tanpa kompresor udara bahan bakar harus bekerja. mencari atom oksigen untuk menyelesaikan proses pembakaran, dan, karena oksigen hanya membentuk 20 persen udara, setiap atom bahan bakar hanya mempunyai satu dari lima peluang bertemu dengan atom oksigen.Dampaknya adalah pembakaran bahan bakar yang tidak tepat.

Desain nosel injeksi bahan bakar yang biasa memasukkan bahan bakar ke dalam silinder dalam bentuk semprotan kerucut, dengan uap memancar dari nosel, bukan dalam aliran atau jet.Sangat sedikit yang bisa dilakukan untuk menyebarkan bahan bakar secara lebih menyeluruh.Pencampuran yang lebih baik harus dicapai dengan memberikan gerakan tambahan ke udara, paling sering dengan pusaran udara yang dihasilkan induksi atau gerakan radial udara, yang disebut squish, atau keduanya, dari tepi luar piston menuju tengah.Berbagai metode telah digunakan untuk membuat pusaran dan squish ini.Hasil terbaik diperoleh bila putaran udara mempunyai hubungan yang pasti dengan laju injeksi bahan bakar.Pemanfaatan udara di dalam silinder secara efisien memerlukan kecepatan rotasi yang menyebabkan udara yang terperangkap berpindah terus menerus dari satu semprotan ke semprotan berikutnya selama periode injeksi, tanpa penurunan permukaan tanah yang ekstrim antar siklus.