Три основни размерни групи
Има три основни групи размери дизелови двигатели въз основа на мощността - малки, средни и големи.Малките двигатели имат стойности на изходна мощност под 16 киловата.Това е най-често произвежданият тип дизелов двигател.Тези двигатели се използват в автомобили, леки камиони и някои селскостопански и строителни приложения и като малки стационарни електрически генератори (като тези на кораби за развлечение) и като механични задвижвания.Те обикновено са редови, четири- или шестцилиндрови двигатели с директно впръскване.Много от тях са с турбокомпресор и допълнителни охладители.

Средните двигатели имат мощност от 188 до 750 киловата или 252 до 1006 конски сили.Повечето от тези двигатели се използват в тежкотоварни камиони.Обикновено те са двигатели с директно впръскване, редови, шестцилиндрови двигатели с турбокомпресор и допълнително охлаждане.Някои двигатели V-8 и V-12 също принадлежат към тази група размери.

Големите дизелови двигатели имат номинална мощност над 750 киловата.Тези уникални двигатели се използват за морски, локомотивни и механични приложения, както и за генериране на електрическа енергия.В повечето случаи те са системи с директно впръскване, турбокомпресор и допълнително охлаждане.Те могат да работят при 500 оборота в минута, когато надеждността и издръжливостта са критични.

Двутактови и четиритактови двигатели
Както беше отбелязано по-рано, дизеловите двигатели са проектирани да работят на двутактов или четиритактов цикъл.В типичния четиритактов двигател, всмукателните и изпускателните клапани и дюзата за впръскване на гориво са разположени в главата на цилиндъра (вижте фигурата).Често се използват двойни клапани - два всмукателни и два изпускателни клапана.
Използването на двутактовия цикъл може да елиминира необходимостта от един или двата клапана в конструкцията на двигателя.Продухването и входящият въздух обикновено се осигуряват през отвори в цилиндровата обшивка.Изпускането може да бъде или през клапани, разположени в главата на цилиндъра, или през отвори в цилиндровата обшивка.Конструкцията на двигателя е опростена, когато се използва дизайн на порт вместо такъв, изискващ изпускателни клапани.

Гориво за дизели
Петролните продукти, които обикновено се използват като гориво за дизелови двигатели, са дестилати, съставени от тежки въглеводороди, с най-малко 12 до 16 въглеродни атома на молекула.Тези по-тежки дестилати се вземат от суровия нефт, след като по-летливите части, използвани в бензина, са отстранени.Точките на кипене на тези по-тежки дестилати варират от 177 до 343 °C (351 до 649 °F).Така тяхната температура на изпарение е много по-висока от тази на бензина, който има по-малко въглеродни атоми на молекула.

Водата и утайката в горивата могат да бъдат вредни за работата на двигателя;чистото гориво е от съществено значение за ефективните системи за впръскване.Горивата с високо съдържание на въглероден остатък могат да се обработват най-добре от двигатели с ниска скорост на въртене.Същото важи и за тези с високо съдържание на пепел и сяра.Цетановото число, което определя качеството на запалване на горивото, се определя с помощта на ASTM D613 „Стандартен тестов метод за цетаново число на дизелово гориво“.

Разработка на дизелови двигатели
Ранна работа
Рудолф Дизел, немски инженер, замисля идеята за двигателя, който сега носи неговото име, след като е търсил устройство за увеличаване на ефективността на двигателя на Ото (първият четиритактов двигател, построен от немския инженер от 19-ти век Николаус Ото).Дизел разбра, че процесът на електрическо запалване на бензиновия двигател може да бъде елиминиран, ако по време на такта на компресия на устройство бутало-цилиндър компресията може да загрее въздуха до температура, по-висока от температурата на самозапалване на дадено гориво.Дизел предлага такъв цикъл в своите патенти от 1892 и 1893 г.
Първоначално като гориво бяха предложени въглища на прах или течен петрол.Дизелът видя въглища на прах, страничен продукт от въглищните мини в Саар, като лесно достъпно гориво.Трябваше да се използва въздух под налягане за вкарване на въглищен прах в цилиндъра на двигателя;обаче, контролирането на скоростта на впръскване на въглища беше трудно и след като експерименталният двигател беше унищожен от експлозия, дизелът премина към течен петрол.Той продължи да въвежда горивото в двигателя със сгъстен въздух.
Първият комерсиален двигател, създаден по патентите на Diesel, е инсталиран в Сейнт Луис, Мисури, от Адолф Буш, пивовар, който е видял такъв на изложение в Мюнхен и е закупил лиценз от Diesel за производство и продажба на двигателя. в САЩ и Канада.Двигателят работи успешно години наред и е предшественик на двигателя Busch-Sulzer, който задвижва много подводници на американския флот през Първата световна война. Друг дизелов двигател, използван за същата цел, е Nelseco, построен от New London Ship and Engine Company в Гротън, Коннектикут.

Дизеловият двигател се превърна в основната електроцентрала за подводници по време на Първата световна война. Той беше не само икономичен при използването на гориво, но също така се оказа надежден при условия на война.Дизеловото гориво, което е по-малко летливо от бензина, се съхранява и борави по-безопасно.
В края на войната много мъже, които са работили с дизели, търсят работа в мирно време.Производителите започнаха да адаптират дизелите за мирновременната икономика.Една модификация беше разработването на така наречения полудизел, който работеше на двутактов цикъл при по-ниско налягане на компресия и използваше гореща крушка или тръба за запалване на горивния заряд.Тези промени доведоха до по-евтин двигател за производство и поддръжка.

Технология за впръскване на гориво
Една неприемлива характеристика на пълния дизел беше необходимостта от компресор за впръскване на въздух под високо налягане.Не само беше необходима енергия за задвижване на въздушния компресор, но се появи охлаждащ ефект, който забави запалването, когато сгъстеният въздух, обикновено при 6,9 мегапаскала (1000 паунда на квадратен инч), внезапно се разшири в цилиндъра, който беше под налягане от около 3,4 до 4 мегапаскала (493 до 580 паунда на квадратен инч).Дизелът се нуждаеше от въздух под високо налягане, с който да въведе въглища на прах в цилиндъра;когато течният петрол замени прахообразните въглища като гориво, можеше да се направи помпа, която да заеме мястото на въздушния компресор с високо налягане.

Имаше няколко начина, по които можеше да се използва помпа.В Англия компанията Vickers използва така наречения метод на общата релса, при който батерия от помпи поддържа горивото под налягане в тръба, минаваща по дължината на двигателя с изводи към всеки цилиндър.От тази релсова (или тръбна) захранваща линия за гориво серия от инжекционни клапани допускат зареждането с гориво към всеки цилиндър в правилната точка от неговия цикъл.Друг метод използва ексцентрично задвижвани помпи или помпи от бутален тип, за да доставят гориво под моментно високо налягане към инжекционния клапан на всеки цилиндър в точното време.

Премахването на компресора за впръскване на въздух беше стъпка в правилната посока, но имаше още един проблем за решаване: отработените газове на двигателя съдържаха прекомерно количество дим, дори при мощности в рамките на конските сили на двигателя и въпреки че имаше имаше достатъчно въздух в цилиндъра, за да изгори горивото, без да оставя обезцветени изгорели газове, което обикновено показва претоварване.Инженерите най-накрая разбраха, че проблемът е, че моментално впръскваният въздух под високо налягане, експлодиращ в цилиндъра на двигателя, е разпръснал горивото по-ефективно, отколкото заместващите механични горивни дюзи са били в състояние да направят, в резултат на което без въздушния компресор горивото трябва да търсят кислородните атоми, за да завършат процеса на горене, и тъй като кислородът съставлява само 20 процента от въздуха, всеки атом гориво има само един от пет шанса да срещне атом кислород.Резултатът е неправилно изгаряне на горивото.

Обичайният дизайн на дюза за впръскване на гориво вкарва горивото в цилиндъра под формата на конусна струя, като парата се излъчва от дюзата, а не като поток или струя.Много малко може да се направи, за да се разпръсне горивото по-задълбочено.Подобреното смесване трябваше да бъде постигнато чрез придаване на допълнително движение на въздуха, най-често чрез индукционно произведени въздушни завихряния или радиално движение на въздуха, наречено смачкване, или и двете, от външния ръб на буталото към центъра.Използвани са различни методи за създаване на това завихряне и мачкане.Най-добри резултати очевидно се получават, когато завихрянето на въздуха има определена връзка със скоростта на впръскване на гориво.Ефективното използване на въздуха в цилиндъра изисква скорост на въртене, която кара уловения въздух да се движи непрекъснато от едно пръскане към друго по време на периода на инжектиране, без екстремно слягане между циклите.