שלוש קבוצות גודל בסיסיות
ישנן שלוש קבוצות גודל בסיסיות של מנועי דיזל המבוססים על הספק - קטן, בינוני וגדול.למנועים הקטנים יש ערכי הספק של פחות מ-16 קילוואט.זהו סוג מנוע הדיזל הנפוץ ביותר.מנועים אלה משמשים במכוניות, במשאיות קלות ובכמה יישומים חקלאיים ובניין וכגנרטורים חשמליים נייחים קטנים (כגון אלו בספינות פנאי) וככוננים מכניים.הם בדרך כלל מנועי הזרקה ישירה, בשורה, ארבעה או שישה צילינדרים.רבים מהם מוגדשי טורבו עם מקררי אפטר.

למנועים בינוניים הספקים הנעים בין 188 ל-750 קילוואט, או 252 עד 1,006 כוחות סוס.רוב המנועים הללו משמשים במשאיות כבדות.הם בדרך כלל מנועי טורבו עם הזרקה ישירה, בשורה, שישה צילינדרים ומנועים מקוררים לאחר.כמה מנועי V-8 ו-V-12 שייכים גם הם לקבוצת הגדלים הזו.

למנועי דיזל גדולים יש דירוג הספק העולה על 750 קילוואט.מנועים ייחודיים אלה משמשים ליישומי הנעה ימית, קטר ומכנית ולייצור חשמל.ברוב המקרים מדובר במערכות הזרקה ישירה, מגדשי טורבו וקירור לאחר.הם עשויים לפעול בקצב נמוך של 500 סיבובים לדקה כאשר אמינות ועמידות הם קריטיים.

מנועי שתי פעימות וארבע פעימות
כפי שצוין קודם לכן, מנועי דיזל מתוכננים לפעול במחזור שתי או ארבע פעימות.במנוע ארבע פעימות טיפוסי, שסתומי היניקה והפליטה ופיית הזרקת הדלק ממוקמים בראש הצילינדר (ראה איור).לעתים קרובות, סידורי שסתומים כפולים - שני שסתומי יניקה ושני פליטה - משמשים.
שימוש במחזור שתי פעימות יכול לבטל את הצורך בשסתומים אחד או שניהם בתכנון המנוע.ניקיון וכניסת אוויר מסופקים בדרך כלל דרך יציאות בציפוי הצילינדר.הפליטה יכולה להיות דרך שסתומים הממוקמים בראש הצילינדר או דרך יציאות באפידת הצילינדר.בניית המנוע מפושטת כאשר משתמשים בתכנון נמל במקום כזה המצריך שסתומי פליטה.

דלק לדיזל
מוצרי נפט המשמשים בדרך כלל כדלק למנועי דיזל הם תזקיקים המורכבים מפחמימנים כבדים, עם לפחות 12 עד 16 אטומי פחמן לכל מולקולה.תזקיקים כבדים אלה נלקחים מנפט גולמי לאחר הסרת החלקים הנדיפים יותר המשמשים בבנזין.נקודות הרתיחה של תזקיקים כבדים אלה נעות בין 177 ל-343 מעלות צלזיוס (351 עד 649 מעלות צלזיוס).לפיכך, טמפרטורת האידוי שלהם גבוהה בהרבה מזו של בנזין, שיש בו פחות אטומי פחמן לכל מולקולה.

מים ומשקעים בדלק עלולים להזיק לפעולת המנוע;דלק נקי חיוני למערכות הזרקה יעילות.דלקים עם שאריות פחמן גבוהות יכולים להיות מטופלים בצורה הטובה ביותר על ידי מנועים עם סיבוב במהירות נמוכה.כך גם לגבי בעלי תכולת אפר וגופרית גבוהה.מספר הצטאן, המגדיר את איכות ההצתה של דלק, נקבע באמצעות ASTM D613 "שיטת בדיקה סטנדרטית למספר צטאן של סולר דלק".

פיתוח מנועי דיזל
עבודה מוקדמת
רודולף דיזל, מהנדס גרמני, הגה את הרעיון למנוע הנושא כעת את שמו לאחר שחיפש מכשיר להגברת היעילות של מנוע האוטו (מנוע ארבע פעימות הראשון, שנבנה על ידי המהנדס הגרמני מהמאה ה-19 ניקולאוס אוטו).דיזל הבין שאפשר לבטל את תהליך ההצתה החשמלית של מנוע הבנזין אם במהלך מהלך הדחיסה של מכשיר בוכנה-צילינדר, הדחיסה יכולה לחמם אוויר לטמפרטורה גבוהה יותר מטמפרטורת ההצתה האוטומטית של דלק נתון.דיזל הציע מחזור כזה בפטנטים שלו משנת 1892 ו-1893.
במקור, או אבקת פחם או נפט נוזלי הוצעו כדלק.דיזל ראה בפחם אבקת, תוצר לוואי של מכרות הפחם סער, כדלק זמין.אוויר דחוס היה אמור לשמש להחדרת אבק פחם לתוך צילינדר המנוע;עם זאת, השליטה בקצב הזרקת הפחם הייתה קשה, ולאחר שמנוע הניסוי נהרס בפיצוץ, דיזל הפך לנפט נוזלי.הוא המשיך להכניס את הדלק למנוע עם אוויר דחוס.
המנוע המסחרי הראשון שנבנה על פי הפטנטים של דיזל הותקן בסנט לואיס, מו., על ידי אדולפוס בוש, מבשל שראה אחד בתערוכה במינכן ורכש רישיון מדיזל לייצור ומכירת המנוע. בארצות הברית ובקנדה.המנוע פעל בהצלחה במשך שנים והיה המבשר של מנוע בוש-סולצר שהניע צוללות רבות של הצי האמריקני במלחמת העולם הראשונה. מנוע דיזל נוסף ששימש לאותה מטרה היה ה-Nelseco, שנבנה על ידי New London Ship and Engine Company בגרוטון, קון.

מנוע הדיזל הפך לתחנת הכוח העיקרית של צוללות במהלך מלחמת העולם הראשונה. הוא לא רק היה חסכוני בשימוש בדלק אלא גם הוכיח את עצמו אמין בתנאי מלחמה.סולר, פחות נדיף מבנזין, אוחסן וטופל בצורה בטוחה יותר.
בתום המלחמה גברים רבים שהפעילו דיזל חיפשו עבודה בזמן שלום.היצרנים החלו להתאים דיזלים לכלכלה בזמן שלום.שינוי אחד היה פיתוח של מה שנקרא חצי-דיזל שפעל במחזור שתי פעימות בלחץ דחיסה נמוך יותר ועשה שימוש בנורה או צינור חמה כדי להצית את מטען הדלק.שינויים אלה הביאו למנוע וזול יותר לבנייה ולתחזוקה.

טכנולוגיית הזרקת דלק
מאפיין מעורר התנגדות אחד של הדיזל המלא היה הנחיצות של מדחס אוויר בלחץ גבוה עם הזרקה.לא רק שנדרשה אנרגיה להנעת מדחס האוויר, אלא גם אפקט קירור שעיכב את ההצתה התרחש כאשר האוויר הדחוס, בדרך כלל ב-6.9 מגה-פסקל (1,000 פאונד לאינץ' רבוע), התרחב לפתע לתוך הצילינדר, שהיה בלחץ של כ-3.4 עד 4 מגה פסקל (493 עד 580 פאונד לאינץ' מרובע).דיזל היה זקוק לאוויר בלחץ גבוה כדי להכניס אבקת פחם לתוך הגליל;כאשר נפט נוזלי החליף אבקת פחם כדלק, ניתן היה ליצור משאבה שתחליף את מדחס האוויר בלחץ גבוה.

היו מספר דרכים בהן ניתן היה להשתמש במשאבה.באנגליה השתמשה חברת ויקרס במה שכונה שיטת המסילה המשותפת, שבה סוללת משאבות שמרה על הדלק בלחץ בצינור העובר לאורך המנוע עם מובילים לכל צילינדר.מקו אספקת הדלק של מסילה (או צינור) זה, סדרה של שסתומי הזרקה הכניסה את טעינת הדלק לכל צילינדר בנקודה הנכונה במחזור שלו.שיטה אחרת השתמשה במשאבות מזיזות, או מסוג בוכנה, כדי לספק דלק בלחץ גבוה לרגע אל שסתום ההזרקה של כל צילינדר בזמן הנכון.

ביטול מדחס האוויר ההזרקה היה צעד בכיוון הנכון, אך הייתה בעיה נוספת לפתור: הפליטה של ​​המנוע הכילה כמות מופרזת של עשן, גם בהספקים הנמוכים בדירוג כוח הסוס של המנוע ולמרות שיש היה מספיק אוויר בצילינדר כדי לשרוף את מטען הדלק מבלי להשאיר פליטה דהויה שהעידה בדרך כלל על עומס יתר.המהנדסים הבינו לבסוף שהבעיה היא שאוויר הזרקת הלחץ הגבוה לרגע שהתפוצץ לתוך צילינדר המנוע פיזר את מטען הדלק בצורה יעילה יותר ממה שחירי הדלק המכניים החלופיים היו מסוגלים לעשות, וכתוצאה מכך ללא מדחס האוויר הדלק היה צריך חפשו את אטומי החמצן כדי להשלים את תהליך הבעירה, ומכיוון שחמצן מהווה רק 20 אחוז מהאוויר, לכל אטום דלק הייתה רק סיכוי אחד מתוך חמישה להיתקל באטום של חמצן.התוצאה הייתה שריפה לא נכונה של הדלק.

העיצוב הרגיל של פיית הזרקת דלק הכניס את הדלק לצילינדר בצורה של תרסיס קונוס, כשהאדים קורנים מהזרבובית, ולא בזרם או סילון.אפשר היה לעשות מעט מאוד כדי לפזר את הדלק בצורה יסודית יותר.ערבוב משופר היה צריך להתבצע על ידי הענקת תנועה נוספת לאוויר, לרוב על ידי מערבולות אוויר שנוצרו באמצעות אינדוקציה או תנועה רדיאלית של האוויר, הנקראת סקווש, או שניהם, מהקצה החיצוני של הבוכנה לכיוון המרכז.נעשה שימוש בשיטות שונות כדי ליצור את המערבולת והמעיכה הזו.התוצאות הטובות ביותר מתקבלות ככל הנראה כאשר מערבולת האוויר נושאת קשר מובהק לקצב הזרקת הדלק.ניצול יעיל של האוויר בתוך הגליל דורש מהירות סיבוב הגורמת לאוויר הכלוא לנוע ברציפות מריסוס אחד למשנהו במהלך תקופת ההזרקה, ללא שקיעה קיצונית בין מחזור למחזור.