Trei grupuri de dimensiuni de bază
Există trei grupuri de dimensiuni de bază de motoare diesel bazate pe putere - mici, medii și mari.Motoarele mici au puteri de ieșire mai mici de 16 kilowați.Acesta este cel mai des produs tip de motor diesel.Aceste motoare sunt utilizate în automobile, camioane ușoare și în unele aplicații agricole și de construcții și ca mici generatoare staționare de energie electrică (cum ar fi cele de pe ambarcațiunile de agrement) și ca acționări mecanice.Sunt de obicei motoare cu injecție directă, în linie, cu patru sau șase cilindri.Multe sunt turbocompressate cu aftercooler.

Motoarele medii au capacități de putere cuprinse între 188 și 750 de kilowați sau de la 252 la 1.006 cai putere.Majoritatea acestor motoare sunt utilizate în camioanele grele.Acestea sunt de obicei motoare cu injecție directă, în linie, cu șase cilindri turbo și postrăcire.Unele motoare V-8 și V-12 aparțin și ele acestui grup de dimensiuni.

Motoarele diesel mari au puteri de peste 750 de kilowați.Aceste motoare unice sunt utilizate pentru aplicații maritime, locomotive și mecanice și pentru generarea de energie electrică.În majoritatea cazurilor, acestea sunt sisteme cu injecție directă, turbo și postrăcire.Acestea pot funcționa la o viteză de până la 500 de rotații pe minut atunci când fiabilitatea și durabilitatea sunt critice.

Motoare în doi timpi și în patru timpi
După cum sa menționat mai devreme, motoarele diesel sunt proiectate să funcționeze fie în doi sau în patru timpi.În motorul tipic în patru timpi, supapele de admisie și evacuare și duza de injecție de combustibil sunt situate în chiulasa (vezi figura).Adesea, sunt utilizate aranjamente cu două supape - două supape de admisie și două de evacuare.
Utilizarea ciclului în doi timpi poate elimina necesitatea uneia sau a ambelor supape în proiectarea motorului.Aerul de evacuare și admisie este de obicei furnizat prin porturile din căptușeala cilindrului.Evacuarea poate fi fie prin supape situate în chiulasa, fie prin orificii din căptușeala cilindrului.Construcția motorului este simplificată atunci când se utilizează un design cu port în loc de unul care necesită supape de evacuare.

Combustibil pentru motorine
Produsele petroliere utilizate în mod normal ca combustibil pentru motoarele diesel sunt distilate compuse din hidrocarburi grele, cu cel puțin 12 până la 16 atomi de carbon pe moleculă.Aceste distilate mai grele sunt luate din țiței după ce porțiunile mai volatile utilizate în benzină sunt îndepărtate.Punctele de fierbere ale acestor distilate mai grele variază de la 177 la 343 ° C (351 la 649 ° F).Astfel, temperatura lor de evaporare este mult mai mare decât cea a benzinei, care are mai puțini atomi de carbon pe moleculă.

Apa și sedimentele din combustibili pot fi dăunătoare funcționării motorului;combustibilul curat este esențial pentru sistemele de injecție eficiente.Combustibilii cu reziduuri ridicate de carbon pot fi tratați cel mai bine de motoarele cu viteză mică de rotație.Același lucru este valabil și pentru cei cu conținut ridicat de cenușă și sulf.Cifra de cetanie, care definește calitatea aprinderii unui combustibil, este determinată folosind ASTM D613 „Metoda de testare standard pentru numărul de cetanici a motorinei”.

Dezvoltarea motoarelor diesel
Munca timpurie
Rudolf Diesel, un inginer german, a conceput ideea motorului care îi poartă acum numele după ce a căutat un dispozitiv care să mărească randamentul motorului Otto (primul motor în patru timpi, construit de inginerul german din secolul al XIX-lea). Nikolaus Otto).Diesel și-a dat seama că procesul de aprindere electrică al motorului pe benzină ar putea fi eliminat dacă, în timpul cursei de compresie a unui dispozitiv piston-cilindru, compresia ar putea încălzi aerul la o temperatură mai mare decât temperatura de autoaprindere a unui anumit combustibil.Diesel a propus un astfel de ciclu în brevetele sale din 1892 și 1893.
Inițial, ca combustibil a fost propus fie cărbunele sub formă de pulbere, fie petrolul lichid.Diesel a văzut cărbunele praf, un produs secundar al minelor de cărbune din Saar, ca combustibil ușor disponibil.Aerul comprimat urma să fie folosit pentru a introduce praf de cărbune în cilindrul motorului;cu toate acestea, controlul vitezei de injectare a cărbunelui a fost dificil și, după ce motorul experimental a fost distrus de o explozie, Diesel a trecut la petrol lichid.A continuat să introducă combustibilul în motor cu aer comprimat.
Primul motor comercial construit pe brevetele Diesel a fost instalat în St. Louis, Missouri, de către Adolphus Busch, un bere care văzuse unul expus la o expoziție din München și cumpărase o licență de la Diesel pentru fabricarea și vânzarea motorului. în Statele Unite şi Canada.Motorul a funcționat cu succes ani de zile și a fost precursorul motorului Busch-Sulzer care a alimentat multe submarine ale Marinei SUA în Primul Război Mondial. Un alt motor diesel folosit în același scop a fost Nelseco, construit de New London Ship and Engine Company. în Groton, Connecticut.

Motorul diesel a devenit principala centrală energetică pentru submarine în timpul Primului Război Mondial. Nu a fost doar economic în utilizarea combustibilului, dar s-a dovedit și fiabil în condiții de război.Motorina, mai puțin volatilă decât benzina, a fost depozitată și manipulată mai în siguranță.
La sfârșitul războiului, mulți bărbați care operaseră motoare diesel căutau locuri de muncă pe timp de pace.Producătorii au început să adapteze motorinele pentru economia pe timp de pace.O modificare a fost dezvoltarea așa-numitului semidiesel care a funcționat pe un ciclu în doi timpi la o presiune de compresie mai mică și a folosit un bec sau un tub fierbinte pentru a aprinde încărcătura de combustibil.Aceste modificări au dus la un motor mai puțin costisitor de construit și întreținut.

Tehnologia de injecție de combustibil
O caracteristică inacceptabilă a motorului complet a fost necesitatea unui compresor de aer cu injecție de înaltă presiune.Nu numai că a fost necesară energie pentru a antrena compresorul de aer, dar și un efect de refrigerare care a întârziat aprinderea a avut loc atunci când aerul comprimat, de obicei la 6,9 megapascali (1.000 de lire pe inch pătrat), sa extins brusc în cilindru, care era la o presiune de aproximativ 3,4. până la 4 megapascali (493 până la 580 de lire sterline pe inch pătrat).Diesel avea nevoie de aer de înaltă presiune cu care să introducă cărbune pulbere în cilindru;când petrolul lichid a înlocuit cărbunele pulbere drept combustibil, se putea face o pompă pentru a înlocui compresorul de aer de înaltă presiune.

Au existat o serie de moduri în care o pompă poate fi utilizată.În Anglia, compania Vickers folosea ceea ce se numea metoda common-rail, în care o baterie de pompe menține combustibilul sub presiune într-o țeavă care trecea pe lungimea motorului cu cabluri către fiecare cilindru.De pe această linie de alimentare cu combustibil pe șină (sau țeavă), o serie de supape de injecție au admis încărcătura de combustibil la fiecare cilindru în punctul potrivit al ciclului său.O altă metodă a folosit pompe de tip piston acționat cu came, pentru a furniza combustibil sub presiune momentan mare către supapa de injecție a fiecărui cilindru la momentul potrivit.

Eliminarea compresorului de aer cu injecție a fost un pas în direcția corectă, dar mai era încă o problemă de rezolvat: evacuarea motorului conținea o cantitate excesivă de fum, chiar și la ieșiri încadrate în puterea nominală a motorului și chiar dacă există era suficient aer în cilindru pentru a arde încărcătura de combustibil fără a lăsa o evacuare decolorată care indica în mod normal suprasarcină.În cele din urmă, inginerii și-au dat seama că problema era că aerul de injecție de înaltă presiune care a explodat în cilindrul motorului a difuzat încărcătura de combustibil mai eficient decât au putut să o facă duzele mecanice de înlocuire a combustibilului, astfel încât, fără compresorul de aer, combustibilul trebuia să fie necesar. caută atomii de oxigen pentru a finaliza procesul de ardere și, din moment ce oxigenul reprezintă doar 20 la sută din aer, fiecare atom de combustibil avea doar o șansă din cinci de a întâlni un atom de oxigen.Rezultatul a fost arderea necorespunzătoare a combustibilului.

Designul obișnuit al unei duze de injecție de combustibil a introdus combustibilul în cilindru sub formă de pulverizare conică, cu vaporii radiind din duză, mai degrabă decât într-un curent sau jet.Se putea face foarte puțin pentru a difuza mai bine combustibilul.Amestecarea îmbunătățită a trebuit să fie realizată prin conferirea unei mișcări suplimentare aerului, cel mai frecvent prin turbii de aer produse de inducție sau o mișcare radială a aerului, numită squish, sau ambele, de la marginea exterioară a pistonului spre centru.Au fost folosite diferite metode pentru a crea acest vârtej și zdrobire.Cele mai bune rezultate se obțin aparent atunci când turbionarea aerului are o relație certă cu rata de injecție a combustibilului.Utilizarea eficientă a aerului din interiorul cilindrului necesită o viteză de rotație care face ca aerul prins să se deplaseze continuu de la o pulverizare la alta în timpul perioadei de injecție, fără o scădere extremă între cicluri.