Trois groupes de taille de base
Il y a trois groupes de taille de base de moteurs diesel basés sur la puissance - mall, moyen et grand. Les petits moteurs ont des valeurs électriques de moins de 16 kilowatts. Il s'agit du type de moteur diesel le plus souvent produit. Ces moteurs sont utilisés dans les automobiles, les camions légers et certaines applications agricoles et de construction et en tant que petits générateurs de puissance électrique stationnaires (tels que ceux de Pleasure Craft) et comme disques mécaniques. Ce sont généralement des moteurs à injection directe, en ligne, à quatre ou six cylindres. Beaucoup sont turbocompressés avec des frais de reprise.

Les moteurs moyens ont des capacités de puissance allant de 188 à 750 kilowatts, ou 252 à 1 006 chevaux. La majorité de ces moteurs sont utilisés dans des camions lourds. Ce sont généralement des moteurs turbocompressés à injection directe, en ligne, à six cylindres. Certains moteurs V-8 et V-12 appartiennent également à ce groupe de taille.

Les grands moteurs diesel ont des cotes de puissance supérieures à 750 kilowatts. Ces moteurs uniques sont utilisés pour les applications de conduite marine, locomotive et mécanique et pour la génération de puissance électrique. Dans la plupart des cas, ils sont des systèmes à injection directe, turbocompressés et refroidis après. Ils peuvent fonctionner à 500 révolutions par minute lorsque la fiabilité et la durabilité sont essentielles.

Moteurs à deux temps et à quatre temps
Comme indiqué précédemment, les moteurs diesel sont conçus pour fonctionner sur le cycle à deux ou quatre temps. Dans le moteur typique à quatre temps, les soupapes d'admission et d'échappement et la buse d'injection de carburant sont situées dans la culasse (voir figure). Souvent, les dispositions à double soupape - deux apports et deux vannes d'échappement - sont employées.
L'utilisation du cycle à deux temps peut éliminer le besoin d'une ou des deux vannes dans la conception du moteur. L'air de piégeage et d'admission est généralement fourni par des ports de la doublure de cylindre. L'échappement peut être soit à travers des soupapes situées dans la culasse, soit à travers des ports de la doublure du cylindre. La construction du moteur est simplifiée lors de l'utilisation d'une conception de port au lieu d'une nécessite des vannes d'échappement.

Carburant pour les diesels
Les produits pétroliers normalement utilisés comme carburant pour les moteurs diesel sont des distillats composés d'hydrocarbures lourds, avec au moins 12 à 16 atomes de carbone par molécule. Ces distillats plus lourds sont prélevés sur du pétrole brut après que les parties les plus volatiles utilisées dans l'essence sont éliminées. Les points d'ébullition de ces distillats plus lourds varient de 177 à 343 ° C (351 à 649 ° F). Ainsi, leur température d'évaporation est beaucoup plus élevée que celle de l'essence, qui a moins d'atomes de carbone par molécule.

L'eau et les sédiments dans les carburants peuvent être nocifs pour le fonctionnement du moteur; Le carburant propre est essentiel aux systèmes d'injection efficaces. Les carburants avec un résidu à haute teneur en carbone peuvent être gérés mieux par des moteurs de rotation à basse vitesse. Il en va de même pour ceux qui ont une teneur élevée en cendres et en soufre. Le numéro de cétane, qui définit la qualité d'allumage d'un carburant, est déterminé à l'aide de la «méthode d'essai standard ASTM D613 pour le nombre de cétane de huile à carburant diesel».

Développement de moteurs diesel
Travail précoce
Rudolf Diesel, un ingénieur allemand, a conçu l'idée du moteur qui porte maintenant son nom après avoir cherché un appareil pour augmenter l'efficacité du moteur Otto (le premier moteur à quatre temps, construit par l'ingénieur allemand du XIXe siècle Nikolaus Otto). Le diesel s'est rendu compte que le processus d'allumage électrique du moteur à essence pouvait être éliminé si, lors de la course de compression d'un dispositif de cylindre de piston, la compression pourrait chauffer l'air à une température supérieure à la température d'auto-indication d'un carburant donné. Diesel a proposé un tel cycle dans ses brevets de 1892 et 1893.
À l'origine, du charbon en poudre ou du pétrole liquide a été proposé comme carburant. Le diesel a vu du charbon en poudre, un sous-produit des mines de charbon Saar, comme carburant facilement disponible. L'air comprimé devait être utilisé pour introduire la poussière de charbon dans le cylindre du moteur; Cependant, contrôler le taux d'injection de charbon a été difficile et, après la détruire du moteur expérimental par une explosion, le diesel s'est transformé en pétrole liquide. Il a continué à introduire le carburant dans le moteur avec de l'air comprimé.
Le premier moteur commercial construit sur les brevets de Diesel a été installé à St. Louis, Mo., par Adolphus Busch, un brasseur qui en avait vu un exposé lors d'une exposition à Munich et avait acheté une licence de Diesel pour la fabrication et la vente du moteur Aux États-Unis et au Canada. Le moteur a fonctionné avec succès pendant des années et a été le précurseur du moteur Busch-Sulzer qui a propulsé de nombreux sous-marins de la marine américaine pendant la Première Guerre mondiale. à Groton, Conn.

Le moteur diesel est devenu la principale centrale électrique des sous-marins pendant la Première Guerre mondiale. Elle n'était pas seulement économique dans l'utilisation du carburant, mais s'est également révélée fiable dans des conditions de guerre. Le carburant diesel, moins volatile que l'essence, a été stocké plus en toute sécurité et manipulé.
À la fin de la guerre, de nombreux hommes qui avaient exploité des diesels recherchaient des emplois en temps de paix. Les fabricants ont commencé à adapter les moteurs diesels pour l'économie en temps de paix. Une modification a été le développement du soi-disant semi-paralaire qui fonctionnait sur un cycle à deux temps à une pression de compression plus faible et a utilisé une ampoule ou un tube chaud pour enflammer la charge de carburant. Ces modifications ont abouti à un moteur moins cher à construire et à entretenir.

Technologie d'injection de carburant
Une caractéristique répréhensible du diesel complet était la nécessité d'un compresseur d'air à haute pression et d'injection. Non seulement l'énergie était nécessaire pour conduire le compresseur d'air, mais un effet réfrigérant qui a retardé l'allumage s'est produit lorsque l'air comprimé, généralement à 6,9 mégapascals (1000 livres par pouce carré), s'est soudainement étendu dans le cylindre, qui était à une pression d'environ 3,4 à 4 mégapascals (493 à 580 livres par pouce carré). Le diesel avait besoin d'air à haute pression avec lequel introduire du charbon en poudre dans le cylindre; Lorsque Liquid Petroleum a remplacé le charbon en poudre comme carburant, une pompe pourrait être conçue pour remplacer le compresseur d'air à haute pression.

Il y avait un certain nombre de façons dont une pompe pouvait être utilisée. En Angleterre, la société Vickers a utilisé ce qu'on appelait la méthode du rail commune, dans laquelle une batterie de pompes a maintenu le carburant sous pression dans un tuyau fonctionnant sur la longueur du moteur avec des mèches à chaque cylindre. À partir de cette ligne d'alimentation du rail (ou du tuyau), une série de vannes d'injection a admis la charge de carburant à chaque cylindre au bon point de son cycle. Une autre méthode a utilisé des secousses par came ou de type piston, des pompes pour fournir du carburant sous pression momentanément élevée à la soupape d'injection de chaque cylindre au bon moment.

L'élimination du compresseur d'air d'injection était un pas dans la bonne direction, mais il y avait encore un autre problème à résoudre: l'échappement du moteur contenait une quantité excessive de fumée, même aux sorties bien dans la cote de puissance du moteur et même s'il y a était suffisant d'air dans le cylindre pour brûler la charge de carburant sans laisser d'échappement décoloré qui indiquait normalement une surcharge. Les ingénieurs ont finalement réalisé que le problème était que l'air momentanément à haute pression à haute pression explosant dans le cylindre du moteur avait diffusé la charge de carburant plus efficacement que les buses de carburant mécanique de substitut ne pouvaient faire, avec le résultat que sans le compresseur d'air, le carburant devait à Recherchez les atomes d'oxygène pour terminer le processus de combustion et, comme l'oxygène ne représente que 20% de l'air, chaque atome de carburant n'avait qu'une seule chance dans cinq de rencontrer un atome d'oxygène. Le résultat a été une inapprovisionnement inappropriée du carburant.

La conception habituelle d'une buse d'injection de carburant a introduit le carburant dans le cylindre sous la forme d'un spray à cône, avec la vapeur rayonnant de la buse, plutôt que dans un ruisseau ou un jet. Très peu pourrait être fait pour diffuser le carburant plus en détail. Un mélange amélioré a dû être accompli en transmettant un mouvement supplémentaire à l'air, le plus souvent par des tourbillons d'air produits à l'induction ou un mouvement radial de l'air, appelé squish, ou les deux, du bord extérieur du piston vers le centre. Diverses méthodes ont été utilisées pour créer ce tourbillon et cette écrasement. Les meilleurs résultats sont apparemment obtenus lorsque le tourbillon d'air a une relation définie avec le taux d'injection de carburant. Une utilisation efficace de l'air dans le cylindre exige une vitesse de rotation qui fait que l'air piégé se déplace en continu d'un spray à l'autre pendant la période d'injection, sans affaissement extrême entre les cycles.