Τρεις βασικές ομάδες μεγέθους
Υπάρχουν τρεις βασικές ομάδες μεγέθους κινητήρων πετρελαιοκινητήρων που βασίζονται σε ισχύ -μικροσκοπικά, μέτρια και μεγάλα. Οι μικροί κινητήρες έχουν τιμές εξόδου ισχύος μικρότερες από 16 κιλοβάτ. Αυτός είναι ο πιο συχνά παραγόμενος τύπος κινητήρα ντίζελ. Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα, ελαφρά φορτηγά και μερικές γεωργικές και κατασκευαστικές εφαρμογές και ως μικρές σταθερές ηλεκτρικές ηλεκτρικές ισχύος (όπως αυτές που βρίσκονται σε σκάφος αναψυχής) και ως μηχανικές κινήσεις. Είναι συνήθως κινητήρες άμεσης έγχυσης, σε γραμμή, τεσσάρων ή έξι κυλίνδρων. Πολλοί είναι υπερτροφοδοτημένοι με aftercoolers.

Οι μεσαίοι κινητήρες έχουν χωρητικότητες ισχύος που κυμαίνονται από 188 έως 750 κιλοβάτ ή 252 έως 1.006 ίππους. Η πλειοψηφία αυτών των κινητήρων χρησιμοποιείται σε φορτηγά βαρέως τύπου. Είναι συνήθως άμεσες έγχυσης, σε υπερσυμπιεστή και μετά από ψύξη κινητήρα σε γραμμή, σε γραμμές. Μερικοί κινητήρες V-8 και V-12 ανήκουν επίσης σε αυτή την ομάδα μεγέθους.

Οι μεγάλοι πετρελαιοκινητήρες έχουν βαθμολογίες ισχύος πάνω από 750 κιλοβάτ. Αυτοί οι μοναδικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται για εφαρμογές θαλάσσιων, ατμομηχανών και μηχανικών κινητήρων και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι συστήματα άμεσης έγχυσης, υπερτροφοδοτούμενων και μετασχηματιστών. Μπορούν να λειτουργούν σε μόλις 500 περιστροφές ανά λεπτό όταν η αξιοπιστία και η ανθεκτικότητα είναι κρίσιμες.

Κινητήρες δίχρονο και τεσσάρων εγκεφαλικών επεισοδίων
Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, οι κινητήρες ντίζελ έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν είτε στον κύκλο δύο είτε τεσσάρων εγκεφαλικών επεισοδίων. Στον τυπικό κινητήρα τεσσάρων εγκεφαλικών κυμάτων, οι βαλβίδες πρόσληψης και εξάτμισης και το ακροφύσιο έγχυσης καυσίμου βρίσκονται στην κυλινδροκεφαλή (βλ. Εικόνα). Συχνά, χρησιμοποιούνται οι ρυθμίσεις διπλής βαλβίδας - δύο βαλβίδες εξαγωγής.
Η χρήση του κύκλου δύο εγκεφαλικών επεισοδίων μπορεί να εξαλείψει την ανάγκη για μία ή και τις δύο βαλβίδες στο σχεδιασμό του κινητήρα. Ο αέρας καθαρισμού και εισαγωγής παρέχεται συνήθως μέσω θυρών στην επένδυση του κυλίνδρου. Η εξάτμιση μπορεί να είναι είτε μέσω βαλβίδων που βρίσκονται στην κυλινδροκεφαλή είτε μέσω των θυρών στην επένδυση του κυλίνδρου. Η κατασκευή του κινητήρα απλοποιείται όταν χρησιμοποιείτε σχεδιασμό θύρας αντί για ένα που απαιτεί βαλβίδες εξαγωγής.

Καύσιμο για πετρελαιοκινητήρες
Τα προϊόντα πετρελαίου που χρησιμοποιούνται συνήθως ως καύσιμα για τους κινητήρες ντίζελ είναι αποστάγματα που αποτελούνται από βαριές υδρογονάνθρακες, με τουλάχιστον 12 έως 16 άτομα άνθρακα ανά μόριο. Αυτά τα βαρύτερα αποστάγματα λαμβάνονται από αργό πετρέλαιο μετά την απομάκρυνση των πιο πτητικών τμημάτων που χρησιμοποιούνται στη βενζίνη. Τα σημεία βρασμού αυτών των βαρύτερων αποσταγμάτων κυμαίνονται από 177 έως 343 ° C (351 έως 649 ° F). Έτσι, η θερμοκρασία εξάτμισης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της βενζίνης, η οποία έχει λιγότερα άτομα άνθρακα ανά μόριο.

Το νερό και τα ιζήματα στα καύσιμα μπορεί να είναι επιβλαβή για τη λειτουργία του κινητήρα. Το καθαρό καύσιμο είναι απαραίτητο για τα αποδοτικά συστήματα έγχυσης. Τα καύσιμα με υπολείμματα υψηλού άνθρακα μπορούν να αντιμετωπιστούν καλύτερα από κινητήρες περιστροφής χαμηλής ταχύτητας. Το ίδιο ισχύει και για εκείνους με υψηλή περιεκτικότητα σε τέφρα και θείο. Ο αριθμός του κετανίου, ο οποίος καθορίζει την ποιότητα ανάφλεξης ενός καυσίμου, προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας ASTM D613 "Τυπική μέθοδο δοκιμής για τον αριθμό κετανίου καυσίμου πετρελαίου ντίζελ".

Ανάπτυξη κινητήρων ντίζελ
Πρώιμη δουλειά
Ο Rudolf Diesel, Γερμανός μηχανικός, συνέλαβε την ιδέα για τον κινητήρα που τώρα φέρει το όνομά του αφού είχε ζητήσει μια συσκευή για να αυξήσει την αποτελεσματικότητα του κινητήρα Otto (ο πρώτος τετραγωνικός κινητήρας, που χτίστηκε από τον Γερμανό μηχανικό του 19ου αιώνα Nikolaus Otto). Το Diesel συνειδητοποίησε ότι η διαδικασία ηλεκτρικής ανάφλεξης του βενζινοκινητήρα θα μπορούσε να εξαλειφθεί εάν, κατά τη διάρκεια της διαδρομής συμπίεσης μιας συσκευής εμβόλου, η συμπίεση θα μπορούσε να θερμαίνει τον αέρα σε θερμοκρασία υψηλότερη από τη θερμοκρασία αυτόματης παραγωγής ενός δεδομένου καυσίμου. Το Diesel πρότεινε έναν τέτοιο κύκλο στα διπλώματα ευρεσιτεχνίας του 1892 και 1893.
Αρχικά, είτε ο άνθρακας σε σκόνη είτε το υγρό πετρέλαιο προτάθηκε ως καύσιμο. Το Diesel είδε τον άνθρακα σε σκόνη, ένα υποπροϊόν των ανθρακωρυχείων Saar, ως άμεσα διαθέσιμο καύσιμο. Ο πεπιεσμένος αέρας έπρεπε να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή σκόνης άνθρακα στον κύλινδρο του κινητήρα. Ωστόσο, ο έλεγχος του ρυθμού έγχυσης άνθρακα ήταν δύσκολος και, αφού ο πειραματικός κινητήρας καταστράφηκε από έκρηξη, το ντίζελ στράφηκε σε υγρό πετρέλαιο. Συνέχισε να εισάγει το καύσιμο στον κινητήρα με συμπιεσμένο αέρα.
Ο πρώτος εμπορικός κινητήρας που χτίστηκε στα διπλώματα ευρεσιτεχνίας του Diesel εγκαταστάθηκε στο St. Louis, Mo., από τον Adolphus Busch, έναν ζυθοποιό που είχε δει έναν στην έκθεση σε έκθεση στο Μόναχο και είχε αγοράσει άδεια από το Diesel για την κατασκευή και την πώληση του κινητήρα στις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά. Ο κινητήρας λειτούργησε με επιτυχία εδώ και χρόνια και ήταν ο πρόδρομος του κινητήρα Busch-Sulzer που τροφοδοτούσε πολλά υποβρύχια του ναυτικού των ΗΠΑ στον Α 'Παγκόσμιο Πόλεμο. Στο Groton, Conn.

Ο κινητήρας ντίζελ έγινε ο κύριος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για τα υποβρύχια κατά τη διάρκεια του Α 'Παγκοσμίου Πολέμου. Δεν ήταν μόνο οικονομικό στη χρήση καυσίμων, αλλά επίσης αποδείχθηκε αξιόπιστη υπό συνθήκες πολέμου. Το καύσιμο ντίζελ, λιγότερο πτητικό από τη βενζίνη, αποθηκεύτηκε και χειρίστηκε με μεγαλύτερη ασφάλεια.
Στο τέλος του πολέμου, πολλοί άνδρες που είχαν λειτουργήσει πετρελαιοκινητήρες αναζητούσαν δουλειές ειρήνης. Οι κατασκευαστές άρχισαν να προσαρμόζουν τα ντίζελ για την οικονομία της ειρήνης. Μία τροποποίηση ήταν η ανάπτυξη του λεγόμενου ημιτελικού που λειτούργησε σε έναν κύκλο δύο εγκεφαλικών επεισοδίων σε χαμηλότερη πίεση συμπίεσης και χρησιμοποίησε έναν ζεστό λαμπτήρα ή σωλήνα για να αναφλεγεί το φορτίο καυσίμου. Αυτές οι αλλαγές οδήγησαν σε έναν κινητήρα λιγότερο δαπανηρό για την κατασκευή και τη συντήρηση.

Τεχνολογία έγχυσης καυσίμων
Ένα απαράδεκτο χαρακτηριστικό του πλήρους ντίζελ ήταν η αναγκαιότητα ενός συμπιεστή αέρα υψηλής πίεσης, αέρα. Όχι μόνο η ενέργεια απαιτείται για να οδηγήσει τον συμπιεστή αέρα, αλλά ένα ψυκτικό αποτέλεσμα που η καθυστέρηση της ανάφλεξης συνέβη όταν ο συμπιεσμένος αέρας, συνήθως στα 6,9 megapascals (1.000 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα), ξαφνικά επεκτάθηκε στον κύλινδρο, το οποίο ήταν σε πίεση περίπου 3,4 σε 4 megapascals (493 έως 580 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα). Το ντίζελ είχε χρειαστεί αέρα υψηλής πίεσης με τον οποίο θα εισαγάγουν σκόνη άνθρακα στον κύλινδρο. Όταν το υγρό πετρέλαιο αντικατέστησε τον άνθρακα σε σκόνη ως καύσιμο, θα μπορούσε να γίνει αντλία για να πάρει τη θέση του συμπιεστή αέρα υψηλής πίεσης.

Υπήρχαν διάφοροι τρόποι με τους οποίους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μια αντλία. Στην Αγγλία, η εταιρεία Vickers χρησιμοποίησε την αποκαλούμενη μέθοδο κοινής σιδηροτροχιάς, στην οποία μια μπαταρία αντλιών διατηρούσε το καύσιμο υπό πίεση σε ένα σωλήνα που τρέχει το μήκος του κινητήρα με οδηγούς σε κάθε κύλινδρο. Από αυτή τη γραμμή προμήθειας καυσίμου σιδηροτροχιάς (ή σωλήνα), μια σειρά βαλβίδων έγχυσης παραδέχτηκε το φορτίο καυσίμου σε κάθε κύλινδρο στο σωστό σημείο του κύκλου του. Μια άλλη μέθοδος που χρησιμοποιούσε το τράβηγμα με CAM, ή τον τύπο του εμβόλου, αντλίες για να παραδώσει καύσιμα κάτω από στιγμιαία υψηλή πίεση στη βαλβίδα έγχυσης κάθε κυλίνδρου την κατάλληλη στιγμή.

Η εξάλειψη του συμπιεστή αέρα ένεσης ήταν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση, αλλά υπήρχε ακόμη ένα πρόβλημα που πρέπει να λυθεί: η εξάτμιση του κινητήρα περιείχε υπερβολική ποσότητα καπνού, ακόμη και σε εξόδους στην βαθμολογία ιπποδύναμης του κινητήρα και παρόλο που εκεί ήταν αρκετός αέρας στον κύλινδρο για να κάψει το φορτίο καυσίμου χωρίς να αφήσει μια αποχρωματισμένη εξάτμιση που συνήθως υποδεικνύει υπερφόρτωση. Οι μηχανικοί συνειδητοποίησαν τελικά ότι το πρόβλημα ήταν ότι ο στιγμιαία έγχυση υψηλής πίεσης που εκρήγνυται στον κύλινδρο του κινητήρα είχε διαχέει το φορτίο καυσίμου πιο αποτελεσματικά από τα ακροφύσια μηχανικών καυσίμων υποκατάστατο ήταν σε θέση να κάνουν, με το αποτέλεσμα χωρίς τον συμπιεστή αέρα που έπρεπε να το καύσιμο το καύσιμο έπρεπε Αναζητήστε τα άτομα οξυγόνου για να ολοκληρώσετε τη διαδικασία καύσης και, δεδομένου ότι το οξυγόνο αποτελεί μόνο το 20 % του αέρα, κάθε άτομο καυσίμου είχε μόνο μία ευκαιρία σε πέντε από την αντιμετώπιση ενός ατόμου οξυγόνου. Το αποτέλεσμα ήταν ακατάλληλη καύση του καυσίμου.

Ο συνηθισμένος σχεδιασμός ενός ακροφυσίου έγχυσης καυσίμου εισήγαγε το καύσιμο στον κύλινδρο με τη μορφή ψεκασμού κώνου, με τον ατμό να ακτινοβολεί από το ακροφύσιο και όχι σε ρεύμα ή πίδακα. Πολύ λίγα θα μπορούσαν να γίνουν για να διαχέονται το καύσιμο πιο προσεκτικά. Η βελτιωμένη ανάμειξη έπρεπε να επιτευχθεί με την παροχή πρόσθετης κίνησης στον αέρα, συνήθως από στροβιλισμένα αέρα που παράγονται από επαγωγή ή μια ακτινική κίνηση του αέρα, που ονομάζεται squish ή και τα δύο από την εξωτερική άκρη του εμβόλου προς το κέντρο. Έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι για τη δημιουργία αυτού του στροβιλισμού και της σπατάλης. Τα καλύτερα αποτελέσματα προφανώς λαμβάνονται όταν η στροβιλισμού αέρα φέρει μια σαφή σχέση με το ποσοστό έγχυσης καυσίμου. Η αποτελεσματική αξιοποίηση του αέρα μέσα στον κύλινδρο απαιτεί μια ταχύτητα περιστροφής που αναγκάζει τον παγιδευμένο αέρα να μετακινείται συνεχώς από το ένα σπρέι στο επόμενο κατά τη διάρκεια της περιόδου έγχυσης, χωρίς ακραία καθίζηση μεταξύ κύκλων.