Moteur diesel

Le moteur diesel , nommé d'après l'ingénieur allemand Rudolf Diesel , est un moteur à combustion interne dans lequel l'allumage du carburant est provoqué par la température élevée de l'air dans le cylindre en raison de la compression mécanique ; c'est pourquoi le moteur diesel est appelé moteur à allumage par compression (moteur CI). Cela contraste avec les moteurs utilisant l'allumage par bougie du mélange air-carburant, comme un moteur à essence ( moteur à essence ) ou un moteur à gaz (utilisant un carburant gazeux comme le gaz naturel ou le gaz de pétrole liquéfié ).

Les moteurs diesel fonctionnent en comprimant uniquement de l'air ou de l'air combiné à des gaz de combustion résiduels provenant de l'échappement (appelé recirculation des gaz d'échappement , « EGR »). L'air est aspiré dans la chambre pendant la course d'admission et comprimé pendant la course de compression. Cela augmente la température de l'air à l'intérieur du cylindre de sorte que le carburant diesel atomisé injecté dans la chambre de combustion s'enflamme. Le carburant étant injecté dans l'air juste avant la combustion, la dispersion du carburant est inégale ; c'est ce qu'on appelle un mélange air-carburant hétérogène. Le couple produit par un moteur diesel est contrôlé en manipulant le rapport air-carburant (λ) ; au lieu d'étrangler l'air d'admission, le moteur diesel s'appuie sur la modification de la quantité de carburant injectée, et donc le rapport air-carburant est généralement élevé.

Le moteur diesel a le rendement thermique le plus élevé (voir rendement du moteur ) de tous les moteurs à combustion interne ou externe pratiques en raison de son taux de détente très élevé et de sa combustion pauvre inhérente , qui permet la dissipation de la chaleur par l'excès d'air. Une petite perte d'efficacité est également évitée par rapport aux moteurs à essence à injection non directe, car le carburant non brûlé n'est pas présent pendant le chevauchement des soupapes, et donc aucun carburant ne passe directement de l'admission/injection à l'échappement. Les moteurs diesel à bas régime (tels qu'utilisés dans les navires et d'autres applications où le poids total du moteur est relativement peu important) peuvent atteindre des rendements effectifs allant jusqu'à 55 %. La turbine à gaz à cycle combiné (cycle de Brayton et Rankine) est un moteur à combustion plus efficace qu'un moteur diesel, mais en raison de sa masse et de ses dimensions, il ne convient pas à de nombreux véhicules, y compris les embarcations et certains avions . Les plus gros moteurs diesel au monde mis en service sont des moteurs diesel marins à 14 cylindres et à deux temps ; ils produisent une puissance de pointe de près de 100 MW chacun.

Les moteurs diesel peuvent être conçus avec des cycles de combustion à deux ou quatre temps . Ils étaient à l'origine utilisés comme un remplacement plus efficace des moteurs à vapeur stationnaires . Depuis les années 1910, ils sont utilisés dans les sous-marins et les navires. Ils ont ensuite été utilisés dans les locomotives , les bus, les camions, les équipements lourds , les équipements agricoles et les centrales électriques. Dans les années 1930, ils ont lentement commencé à être utilisés dans certaines automobiles . Depuis la crise énergétique des années 1970 , la demande d'une meilleure efficacité énergétique a conduit la plupart des grands constructeurs automobiles à proposer, à un moment donné, des modèles à moteur diesel, même dans de très petites voitures. Selon Konrad Reif (2012), la moyenne européenne pour les voitures diesel représentait à l'époque la moitié des voitures nouvellement immatriculées. Cependant, la pollution de l'air et les émissions globales sont plus difficiles à contrôler dans les moteurs diesel que dans les moteurs à essence, et l'utilisation de moteurs automobiles diesel aux États-Unis est désormais largement reléguée aux véhicules routiers et tout-terrain de plus grande taille .

Bien que l'aviation ait traditionnellement évité d'utiliser des moteurs diesel, les moteurs diesel pour avions sont devenus de plus en plus disponibles au 21e siècle. Depuis la fin des années 1990, pour diverses raisons (notamment les avantages inhérents du diesel par rapport aux moteurs à essence, mais aussi pour des problèmes récents propres à l'aviation), le développement et la production de moteurs diesel pour avions ont explosé, avec plus de 5 000 moteurs de ce type livrés dans le monde entre 2002 et 2018, en particulier pour les avions légers et les véhicules aériens sans pilote .

En 1878, Rudolf Diesel , étudiant au Polytechnikum de Munich , assiste aux cours de Carl von Linde . Linde explique que les machines à vapeur sont capables de convertir seulement 6 à 10 % de l'énergie thermique en travail, mais que le cycle de Carnot permet de convertir une bien plus grande partie de l'énergie thermique en travail au moyen d'un changement isotherme de l'état. Selon Diesel, cela a déclenché l'idée de créer un moteur très efficace qui pourrait fonctionner selon le cycle de Carnot. Diesel a également été initié au piston à feu , un allume-feu traditionnel utilisant les principes de compression adiabatique rapide que Linde avait acquis en Asie du Sud-Est . Après plusieurs années de travail sur ses idées, Diesel les a publiées en 1893 dans l'essai Théorie et construction d'un moteur thermique rationnel .

Diesel a été fortement critiqué pour son essai, mais seuls quelques-uns ont trouvé l'erreur qu'il a commise ; son ​​moteur thermique rationnel était censé utiliser un cycle à température constante (avec compression isotherme) qui nécessiterait un niveau de compression beaucoup plus élevé que celui nécessaire à l'allumage par compression. L'idée de Diesel était de comprimer l'air si étroitement que la température de l'air dépasserait celle de la combustion. Cependant, un tel moteur ne pourrait jamais effectuer de travail utilisable. Dans son brevet américain de 1892 (accordé en 1895) #542846, Diesel décrit la compression requise pour son cycle :

L'air atmosphérique pur est comprimé, d'après la courbe 1 2, à un tel degré que, avant que l'inflammation ou la combustion n'ait lieu, on obtient la pression la plus élevée du diagramme et la température la plus élevée, c'est-à-dire la température à laquelle doit se produire la combustion ultérieure, et non le point de combustion ou d'inflammation. Pour que cela soit plus clair, supposons que la combustion ultérieure ait lieu à une température de 700°. Dans ce cas, la pression initiale doit être de 64 atmosphères, ou pour 800° centigrades, la pression doit être de 90 atmosphères, et ainsi de suite. Dans l'air ainsi comprimé, on introduit ensuite progressivement de l'extérieur du combustible finement divisé, qui s'enflamme dès son introduction, car l'air est à une température bien supérieure au point d'inflammation du combustible. Les caractéristiques du cycle selon ma présente invention sont donc l'augmentation de la pression et de la température jusqu'au maximum, non pas par combustion, mais avant la combustion par compression mécanique de l'air, et ensuite l'exécution ultérieure du travail sans augmentation de pression et de température par combustion progressive pendant une partie prescrite de la course déterminée par l'huile de coupe.

En juin 1893, Diesel se rendit compte que son cycle original ne fonctionnerait pas et il adopta le cycle à pression constante. Diesel décrit le cycle dans sa demande de brevet de 1895. Notez qu'il n'est plus fait mention de températures de compression supérieures à la température de combustion. Il est désormais simplement indiqué que la compression doit être suffisante pour déclencher l'allumage.

1. Dans un moteur à combustion interne, la combinaison d'un cylindre et d'un piston construits et disposés pour comprimer l'air à un degré produisant une température supérieure au point d'inflammation du carburant, une alimentation en air ou en gaz comprimé ; une alimentation en carburant ; une soupape de distribution de carburant, un passage de l'alimentation en air au cylindre en communication avec la soupape de distribution de carburant, une entrée au cylindre en communication avec l'alimentation en air et avec la soupape de carburant, et une huile de coupe, sensiblement comme décrit.

En 1892, Diesel a reçu des brevets en Allemagne , en Suisse , au Royaume-Uni et aux États-Unis pour « Méthode et appareil de conversion de chaleur en travail ». En 1894 et 1895, il a déposé des brevets et des addenda dans divers pays pour son moteur ; les premiers brevets ont été délivrés en Espagne (n° 16 654), en France (n° 243 531) et en Belgique (n° 113 139) en décembre 1894, et en Allemagne (n° 86 633) en 1895 et aux États-Unis (n° 608 845) en 1898.

Diesel a été attaqué et critiqué pendant plusieurs années. Les critiques ont affirmé que Diesel n'avait jamais inventé un nouveau moteur et que l'invention du moteur diesel était une fraude. Otto Köhler et Emil Capitaine étaient deux des critiques les plus éminents de l'époque de Diesel. Köhler avait publié un essai en 1887, dans lequel il décrit un moteur similaire au moteur que Diesel décrit dans son essai de 1893. Köhler estimait qu'un tel moteur ne pouvait effectuer aucun travail. Emil Capitaine avait construit un moteur à pétrole avec allumage par tube incandescent au début des années 1890 ; il a affirmé contre son propre jugement que son moteur à allumage par tube incandescent fonctionnait de la même manière que le moteur de Diesel. Ses revendications étaient sans fondement et il a perdu un procès en brevet contre Diesel. D'autres moteurs, tels que le moteur Akroyd et le moteur Brayton , utilisent également un cycle de fonctionnement différent du cycle du moteur diesel. Friedrich Sass dit que le moteur diesel est « l'œuvre propre » de Diesel et que tout « mythe Diesel » est une « falsification de l'histoire ».

Diesel a cherché des entreprises et des usines qui construiraient son moteur. Avec l'aide de Moritz Schröter et Max Gutermuth , il a réussi à convaincre à la fois Krupp à Essen et la Maschinenfabrik Augsburg . Les contrats ont été signés en avril 1893 et au début de l'été 1893, le premier prototype de moteur Diesel a été construit à Augsbourg . Le 10 août 1893, le premier allumage a eu lieu, le carburant utilisé était de l'essence. Au cours de l'hiver 1893/1894, Diesel a repensé le moteur existant et le 18 janvier 1894, ses mécaniciens l'avaient transformé en deuxième prototype . En janvier de la même année, un système d'injection à air comprimé a été ajouté à la culasse du moteur et testé. Friedrich Sass soutient que l'on peut supposer que Diesel a copié le concept d'injection par jet d'air de George B. Brayton , bien que Diesel ait considérablement amélioré le système. Le 17 février 1894, le moteur repensé tourna pendant 88 tours - une minute; avec cette nouvelle, les actions de Maschinenfabrik Augsburg ont augmenté de 30%, ce qui indique les énormes demandes anticipées pour un moteur plus efficace. Le 26 juin 1895, le moteur a atteint une efficacité effective de 16,6% et avait une consommation de carburant de 519 g·kW ⁻¹ ·h ⁻¹ . Cependant, malgré la preuve du concept, le moteur a causé des problèmes, et Diesel n'a pas pu réaliser de progrès substantiels. Par conséquent, Krupp a envisagé de résilier le contrat qu'ils avaient conclu avec Diesel. Diesel fut contraint d'améliorer la conception de son moteur et se précipita pour construire un troisième prototype. Entre le 8 novembre et le 20 décembre 1895, le deuxième prototype avait parcouru avec succès plus de 111 heures sur le banc d'essai. Dans le rapport de janvier 1896, cela fut considéré comme un succès.

En février 1896, Diesel envisagea de suralimenter le troisième prototype. Imanuel Lauster , qui fut chargé de dessiner le troisième prototype « Moteur 250/400 », avait terminé les dessins le 30 avril 1896. Au cours de l'été de cette année-là, le moteur fut construit, il fut achevé le 6 octobre 1896. Des tests furent menés jusqu'au début de 1897. Les premiers tests publics commencèrent le 1er février 1897. Le test de Moritz Schröter du 17 février 1897 fut le principal test du moteur de Diesel. Le moteur avait une puissance nominale de 13,1 kW avec une consommation spécifique de carburant de 324 g·kW ⁻¹ ·h ⁻¹ , résultant en une efficacité effective de 26,2 %. En 1898, Diesel était devenu millionnaire.

• 1893 : paraît l'essai de Rudolf Diesel intitulé Théorie et construction d'un moteur thermique rationnel .
• 1893 : 21 février, Diesel et la Maschinenfabrik Augsburg signent un contrat qui permet à Diesel de construire un prototype de moteur.
• 1893 : 23 février, Diesel obtient un brevet (RP 67207) intitulé « Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen » (Méthodes et techniques de travail pour les moteurs à combustion interne).
• 1893 : 10 avril, Diesel et Krupp signent un contrat qui permet à Diesel de construire un prototype de moteur.
• 1893 : 24 avril, Krupp et la Maschinenfabrik Augsburg décident de collaborer et de construire un seul prototype à Augsbourg.
• 1893 : Juillet, le premier prototype est terminé.
• 1893 : 10 août, le Diesel injecte du carburant (essence) pour la première fois, ce qui entraîne une combustion détruisant l' indicateur .
• 1893 : 30 novembre, Diesel dépose un brevet (RP 82168) pour un procédé de combustion modifié. Il l'obtient le 12 juillet 1895.
• 1894 : 18 janvier, après que le premier prototype a été modifié pour devenir le deuxième prototype, les tests avec le deuxième prototype commencent.
• 1894 : 17 février, le deuxième prototype fonctionne pour la première fois.
• 1895 : 30 mars, Diesel dépose un brevet (RP 86633) pour un procédé de démarrage à l'air comprimé.
• 1895 : 26 juin, le deuxième prototype passe pour la première fois les tests de freinage.
• 1895 : Diesel dépose une demande de deuxième brevet US Patent # 608845
• 1895 : Du 8 novembre au 20 décembre, une série de tests avec le deuxième prototype est réalisée. Au total, 111 heures de fonctionnement sont enregistrées.
• 1896 : 30 avril, Imanuel Lauster achève les dessins du troisième et dernier prototype.
• 1896 : 6 octobre, le troisième et dernier prototype de moteur est achevé.
• 1897 : 1er février, le prototype du moteur Diesel est en marche et enfin prêt pour les tests d'efficacité et la production.
• 1897 : 9 octobre, Adolphus Busch accorde une licence pour le moteur diesel aux États-Unis et au Canada.
• 1897 : 29 octobre, Rudolf Diesel obtient un brevet (DRP 95680) sur la suralimentation du moteur diesel.
• 1898 : 1er février, la Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft est enregistrée.
• 1898 : En mars, le premier moteur diesel commercial, d'une puissance de 2×30 ch (2×22 kW), est installé dans l'usine de Kempten de la Vereinigte Zündholzfabriken AG
• 1898 : 17 septembre, la Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. est fondée.
• 1899 : Le premier moteur diesel à deux temps, inventé par Hugo Güldner , est construit.

• 1901 : Imanuel Lauster conçoit le premier moteur diesel à pistons tronconiques (DM 70).
• 1901 : En 1901, MAN avait produit 77 cylindres de moteur diesel destinés à un usage commercial.
• 1903 : Les deux premiers navires à moteur diesel sont lancés, tous deux destinés aux opérations fluviales et canalisées : le pétrolier à naphta Vandal et le Sarmat .
• 1904 : Les Français lancent le premier sous-marin diesel , l' Aigrette .
• 1905 : 14 janvier : Diesel dépose un brevet sur l'injection unitaire (L20510I/46a).
• 1905 : Les premiers turbocompresseurs et refroidisseurs intermédiaires pour moteurs diesel sont fabriqués par Büchi.
• 1906 : La Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft est dissoute.
• 1908 : Les brevets de Diesel expirent.
• 1908 : Le premier camion ( truck ) à moteur diesel apparaît.
• 1909 : 14 mars, Prosper L'Orange dépose un brevet sur l'injection en préchambre . Il construit plus tard le premier moteur diesel avec ce système.

• 1910 : MAN commence à fabriquer des moteurs diesel à deux temps.
• 1910 : 26 novembre, James McKechnie dépose un brevet sur l'injection unitaire . Contrairement à Diesel, il a réussi à construire des injecteurs unitaires fonctionnels.
• 1911 : 27 novembre, la Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. est dissous.
• 1911 : Le chantier naval Germania de Kiel construit des moteurs diesel de 850 ch (625 kW) pour les sous-marins allemands. Ces moteurs sont installés en 1914.
• 1912 : MAN construit le premier moteur diesel à piston à double effet et à deux temps.
• 1912 : La première locomotive à moteur diesel est utilisée sur la ligne ferroviaire suisse Winterthur–Romanshorn .
• 1912 : Le MS Selandia est le premier navire océanique équipé de moteurs diesel.
• 1913 : Les moteurs diesel NELSECO sont installés sur les navires commerciaux et les sous-marins de l'US Navy .
• 1913 : 29 septembre, Rudolf Diesel meurt mystérieusement lors de la traversée de la Manche sur le SS Dresden .
• 1914 : MAN construit des moteurs à deux temps de 900 ch (662 kW) pour les sous-marins néerlandais.
• 1919 : Prosper L'Orange obtient un brevet sur un insert de préchambre incorporant une buse d'injection à aiguille . Premier moteur diesel de Cummins .

• 1923 : À l'exposition DLG de Königsberg, le premier tracteur agricole à moteur diesel, le prototype Benz-Sendling S6, est présenté.
• 1923 : Le 15 décembre, le premier camion équipé d'un moteur diesel à injection directe est testé par MAN. La même année, Benz construit un camion équipé d'un moteur diesel à injection directe dans la chambre de combustion.
• 1923 : Le premier moteur diesel à deux temps avec balayage à contre-courant apparaît.
• 1924 : Fairbanks-Morse présente le moteur à deux temps Y-VA (rebaptisé plus tard modèle 32).
• 1925 : Sendling commence la production en série d'un tracteur agricole à moteur diesel.
• 1927 : Bosch présente la première pompe d'injection en ligne pour les moteurs diesel des véhicules automobiles.
• 1929 : La première voiture de tourisme à moteur diesel apparaît. Son moteur est un moteur Otto modifié pour utiliser le principe diesel et la pompe à injection Bosch. Plusieurs autres prototypes de voitures diesel suivent.

• 1933 : Junkers Motorenwerke en Allemagne démarre la production du moteur diesel d'aviation de série le plus réussi de tous les temps, le Jumo 205. Au début de la Seconde Guerre mondiale , plus de 900 exemplaires sont produits. Sa puissance nominale au décollage est de 645 kW.
• 1933 : General Motors utilise son nouveau moteur diesel Winton 201A à deux temps à injection directe et à soufflage de racines pour alimenter son exposition d'assemblage automobile à l'Exposition universelle de Chicago ( A Century of Progress ). Le moteur est proposé en plusieurs versions allant de 600 à 900 ch (447 à 671 kW).
• 1934 : La Budd Company construit le premier train de voyageurs diesel-électrique aux États-Unis, le Pioneer Zephyr 9900 , utilisant un moteur Winton.
• 1935 : La Citroën Rosalie est équipée d'un moteur diesel à injection directe à chambre de turbulence à des fins de test. Daimler-Benz commence la fabrication du Mercedes-Benz OM 138 , le premier moteur diesel produit en série pour voitures particulières, et l'un des rares moteurs diesel pour voitures particulières commercialisables de son époque. Il est évalué à 45 ch (33 kW).
• 1936 : le 4 mars, le dirigeable LZ 129 Hindenburg , le plus gros avion jamais construit, décolle pour la première fois. Il est propulsé par quatre moteurs diesel V16 Daimler-Benz LOF 6, d'une puissance de 1 200 ch (883 kW) chacun.
• 1936 : Début de la fabrication de la première voiture de tourisme de série équipée d'un moteur diesel ( Mercedes-Benz 260 D ).
• 1937 : Konstantin Fyodorovich Chelpan développe le moteur diesel V-2 , utilisé plus tard dans les chars soviétiques T-34 , largement considérés comme le meilleur châssis de char de la Seconde Guerre mondiale.
• 1938 : General Motors crée la division GM Diesel, qui deviendra plus tard Detroit Diesel , et introduit le moteur deux temps en ligne à grande vitesse et à puissance moyenne de la série 71 , adapté aux véhicules routiers et à l'utilisation marine.

• 1946 : Clessie Cummins obtient un brevet sur un appareil d'alimentation et d'injection de carburant pour moteurs à huile qui intègre des composants séparés pour générer la pression d'injection et le calage de l'injection.
• 1946 : Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) lance sur le marché un moteur diesel de série refroidi par air.

• Années 1950 : KHD devient le leader mondial du marché des moteurs diesel refroidis par air.
• 1951 : J. Siegfried Meurer obtient un brevet sur le M-System , une conception qui intègre une chambre de combustion à sphère centrale dans le piston (DBP 865683).
• 1953 : Premier moteur diesel à injection à chambre de turbulence produit en série pour voiture de tourisme (Borgward/Fiat).
• 1954 : Daimler-Benz présente le Mercedes-Benz OM 312 A, un moteur diesel industriel de série de 4,6 litres à six cylindres en ligne avec turbocompresseur, développant 115 ch (85 kW). Il s'avère peu fiable.
• 1954 : Volvo produit une petite série de 200 unités d'une version turbocompressée du moteur TD 96. Ce moteur de 9,6 litres développe 136 kW (185 ch).
• 1955 : la turbocompression des moteurs diesel marins à deux temps MAN devient la norme.
• 1959 : La Peugeot 403 devient la première berline de tourisme produite en série en dehors de l'Allemagne de l'Ouest à être proposée avec une option de moteur diesel.

• 1964 : Été, Daimler-Benz passe de l'injection en préchambre à l'injection directe à hélice.
• 1962–65 : Un système de freinage par compression diesel , qui sera finalement fabriqué par la Jacobs Manufacturing Company et surnommé « Jake Brake », est inventé et breveté par Clessie Cummins.

• 1972 : KHD introduit le système AD, Allstoff-Direkteinspritzung (injection directe de tout carburant), pour ses moteurs diesel. Les moteurs diesel AD peuvent fonctionner avec pratiquement n'importe quel type de carburant liquide, mais ils sont équipés d'une bougie d'allumage auxiliaire qui s'allume si la qualité d'allumage du carburant est trop faible.
• 1976 : Début du développement de l' injection à rampe commune à l'ETH Zurich.
• 1976 : La Volkswagen Golf devient la première berline compacte à être proposée avec une option de moteur diesel.
• 1978 : Daimler-Benz produit le premier moteur diesel pour voiture de tourisme avec turbocompresseur ( moteur Mercedes-Benz OM617 ).
• 1979 : Premier prototype d'un moteur à deux temps à crosse à bas régime avec injection à rampe commune.

• 1981/82 : Le balayage Uniflow pour les moteurs diesel marins à deux temps devient la norme.
• 1982 : août, Toyota introduit sur le marché japonais une unité de contrôle moteur (ECU) contrôlée par microprocesseur pour les moteurs diesel.
• 1985 : Décembre, des essais sur route d'un système d'injection à rampe commune pour camions utilisant un moteur 6VD 12,5/12 GRF-E modifié dans un IFA W50 ont lieu.
• 1987 : Daimler-Benz présente la pompe d'injection à commande électronique pour les moteurs diesel des camions.
• 1988 : La Fiat Croma devient la première voiture de tourisme produite en série au monde à être équipée d'un moteur diesel à injection directe.
• 1989 : L' Audi 100 est la première voiture de tourisme au monde équipée d'un moteur diesel turbocompressé, refroidi par air, à injection directe et à commande électronique. Son BMEP est de 1,35 MPa et son BSFC de 198 g/(kW·h).

• 1992 : 1er juillet, la norme d'émission Euro 1 entre en vigueur.
• 1993 : Premier moteur diesel pour voiture de tourisme à quatre soupapes par cylindre, le Mercedes-Benz OM 604.
• 1994 : Système d'injection par unité de Bosch pour moteurs diesel de camions.
• 1996 : Premier moteur diesel à injection directe et quatre soupapes par cylindre, utilisé dans l' Opel Vectra .
• 1996 : Première pompe d'injection à distributeur à pistons radiaux de Bosch.
• 1997 : Premier moteur diesel à rampe commune produit en série pour une voiture de tourisme, le Fiat 1.9 JTD.
• 1998 : BMW remporte les 24 heures du Nürburgring avec une BMW E36 modifiée . La voiture, appelée 320d, est propulsée par un moteur diesel 2 litres à quatre cylindres en ligne avec injection directe et pompe d'injection à distributeur à hélice (Bosch VP 44), produisant 180 kW (240 ch). La consommation de carburant est de 23 L/100 km, soit seulement la moitié de la consommation de carburant d'une voiture similaire à moteur Otto.
• 1998 : Volkswagen présente le moteur VW EA188 Pumpe-Düse (1,9 TDI), avec des injecteurs-pompes à commande électronique développés par Bosch .
• 1999 : Daimler-Chrysler présente le premier moteur diesel à trois cylindres à rampe commune utilisé dans une voiture de tourisme (le Smart City Coupé ).

• 2000 : Peugeot introduit le filtre à particules diesel pour les voitures particulières.
• 2002 : Technologie d'injecteur piézoélectrique par Siemens.
• 2003 : Technologie d'injecteur piézoélectrique par Bosch, et Delphi.
• 2004 : BMW introduit la turbocompression à deux étages avec le moteur BMW M57 .
• 2006 : Le moteur diesel le plus puissant du monde, le Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , est produit. Il a une puissance nominale de 80 080 kW.
• 2006 : L'Audi R10 TDI , équipée d'un moteur V12-TDI de 5,5 litres, développant 476 kW (638 ch), remporte les 24 Heures du Mans 2006. [
• 2006 : Daimler-Chrysler lance le premier moteur de série pour voiture de tourisme avec traitement des gaz d'échappement par réduction catalytique sélective , le Mercedes-Benz OM 642. Il est entièrement conforme à la norme d'émission Tier2Bin8.
• 2008 : Volkswagen introduit le catalyseur LNT pour les moteurs diesel de voitures particulières avec le moteur VW 2.0 TDI .
• 2008 : Volkswagen lance la production en série du plus gros moteur diesel pour voiture de tourisme, l'Audi 6 litres V12 TDI.
• 2008 : Subaru présente le premier moteur diesel à plat à être installé sur une voiture de tourisme. Il s'agit d'un moteur à rampe commune de 2 litres, d'une puissance de 110 kW.

• 2010 : Mitsubishi a développé et lancé la production en série de son moteur diesel 4N13 1,8 L DOHC I4, le premier moteur diesel pour voiture de tourisme au monde doté d'un système de calage variable des soupapes .
• 2012 : BMW introduit la turbocompression à deux étages avec trois turbocompresseurs pour le moteur BMW N57 .
• 2015 : Lancement des systèmes Common Rail fonctionnant avec des pressions de 2 500 bars.
• 2015 : Dans le scandale des émissions de Volkswagen , l' EPA américaine a émis un avis de violation du Clean Air Act au groupe Volkswagen après avoir découvert que Volkswagen avait intentionnellement programmé des moteurs diesel à injection directe turbocompressés (TDI) pour activer certains contrôles d'émissions uniquement lors des tests d'émissions en laboratoire .

Les caractéristiques d'un moteur diesel sont

• Utilisation de l'allumage par compression , au lieu d'un appareil d'allumage tel qu'une bougie d'allumage .
• Formation du mélange interne. Dans les moteurs diesel, le mélange d'air et de carburant se forme uniquement à l'intérieur de la chambre de combustion.
• Contrôle de couple de qualité. La quantité de couple produite par un moteur diesel n'est pas contrôlée par la réduction de l'air d'admission (contrairement à un moteur à essence à allumage commandé traditionnel, où le débit d'air est réduit afin de réguler le couple de sortie), mais le volume d'air entrant dans le moteur est maximisé à tout moment et le couple de sortie est régulé uniquement en contrôlant la quantité de carburant injecté.
• Rapport air/carburant élevé . Les moteurs diesel fonctionnent avec des rapports air/carburant globaux nettement plus pauvres que le rapport stœchiométrique .
• Flamme de diffusion : Lors de la combustion, l'oxygène doit d'abord diffuser dans la flamme, plutôt que d'avoir de l'oxygène et du carburant déjà mélangés avant la combustion, ce qui donnerait lieu à une flamme prémélangée .
• Mélange air-carburant hétérogène : dans les moteurs diesel, la répartition du carburant et de l'air à l'intérieur du cylindre n'est pas homogène. En effet, le processus de combustion commence à la fin de la phase d'injection, avant qu'un mélange homogène d'air et de carburant ne puisse se former.
• Préférence pour un carburant ayant une performance d'allumage élevée ( indice de cétane ), plutôt qu'une résistance au cliquetis élevée ( indice d'octane ) qui est préférée pour les moteurs à essence.

Le moteur à combustion interne diesel diffère du cycle Otto à essence en utilisant de l'air chaud hautement comprimé pour enflammer le carburant plutôt que d'utiliser une bougie d'allumage ( allumage par compression plutôt qu'allumage par étincelle ).

Dans le moteur diesel, seul de l'air est initialement introduit dans la chambre de combustion. L'air est ensuite comprimé avec un taux de compression généralement compris entre 15:1 et 23:1. Cette compression élevée entraîne une augmentation de la température de l'air. Vers le sommet de la course de compression, le carburant est injecté directement dans l'air comprimé de la chambre de combustion. Il peut s'agir d'un vide (généralement toroïdal ) dans la partie supérieure du piston ou d'une préchambre, selon la conception du moteur. L'injecteur de carburant garantit que le carburant est décomposé en petites gouttelettes et qu'il est réparti uniformément. La chaleur de l'air comprimé vaporise le carburant de la surface des gouttelettes. La vapeur est ensuite enflammée par la chaleur de l'air comprimé dans la chambre de combustion, les gouttelettes continuent de se vaporiser de leur surface et brûlent, devenant plus petites, jusqu'à ce que tout le carburant des gouttelettes ait été brûlé. La combustion se produit à une pression sensiblement constante pendant la partie initiale de la course motrice. Le début de la vaporisation provoque un retard avant l'allumage et le bruit caractéristique du diesel lorsque la vapeur atteint la température d'allumage et provoque une augmentation brutale de la pression au-dessus du piston (non représenté sur le diagramme de l'indicateur PV). Une fois la combustion terminée, les gaz de combustion se dilatent tandis que le piston descend davantage ; la haute pression dans le cylindre entraîne le piston vers le bas, fournissant de la puissance au vilebrequin.

Outre le niveau de compression élevé qui permet la combustion sans système d'allumage séparé, un taux de compression élevé augmente considérablement le rendement du moteur. L'augmentation du taux de compression dans un moteur à allumage commandé où le carburant et l'air sont mélangés avant l'entrée dans le cylindre est limitée par la nécessité d'éviter un pré-allumage , qui endommagerait le moteur. Étant donné que seul l'air est comprimé dans un moteur diesel et que le carburant n'est introduit dans le cylindre que peu avant le point mort haut ( PMH ), la détonation prématurée n'est pas un problème et les taux de compression sont beaucoup plus élevés.

Le diagramme pression-volume (pV) est une représentation simplifiée et idéalisée des événements impliqués dans un cycle de moteur diesel, agencée pour illustrer la similitude avec un cycle de Carnot . En commençant par 1, le piston est au point mort bas et les deux soupapes sont fermées au début de la course de compression ; le cylindre contient de l'air à la pression atmosphérique. Entre 1 et 2, l'air est comprimé de manière adiabatique - c'est-à-dire sans transfert de chaleur vers ou depuis l'environnement - par le piston qui monte. (Ceci n'est qu'approximativement vrai car il y aura un échange de chaleur avec les parois du cylindre.) Pendant cette compression, le volume diminue, la pression et la température augmentent toutes deux. A 2 (PMH) ou un peu avant, le carburant est injecté et brûle dans l'air chaud comprimé. De l'énergie chimique est libérée et cela constitue une injection d'énergie thermique (chaleur) dans le gaz comprimé. La combustion et le chauffage se produisent entre 2 et 3. Dans cet intervalle, la pression reste constante puisque le piston descend et le volume augmente ; la température augmente en conséquence de l'énergie de combustion. A 3, l'injection de carburant et la combustion sont terminées, et le cylindre contient du gaz à une température plus élevée qu'à 2. Entre 3 et 4, ce gaz chaud se dilate, encore une fois approximativement adiabatiquement. Un travail est effectué sur le système auquel le moteur est connecté. Pendant cette phase de détente, le volume du gaz augmente et sa température et sa pression chutent toutes deux. A 4, la soupape d'échappement s'ouvre et la pression chute brusquement à la pression atmosphérique (approximativement). Il s'agit d'une détente sans résistance et aucun travail utile n'est effectué par elle. Idéalement, la détente adiabatique devrait se poursuivre, prolongeant la ligne 3-4 vers la droite jusqu'à ce que la pression retombe à celle de l'air environnant, mais la perte d'efficacité causée par cette détente sans résistance est justifiée par les difficultés pratiques impliquées dans sa récupération (le moteur devrait être beaucoup plus grand). Après l'ouverture de la soupape d'échappement, la course d'échappement suit, mais celle-ci (et la course d'admission suivante) ne sont pas représentées sur le diagramme. Si elles étaient représentées, elles seraient représentées par une boucle basse pression au bas du diagramme. En 1, on suppose que les courses d'échappement et d'admission sont terminées et que le cylindre est à nouveau rempli d'air. Le système piston-cylindre absorbe de l'énergie entre 1 et 2 - c'est le travail nécessaire pour comprimer l'air dans le cylindre, et est fourni par l'énergie cinétique mécanique stockée dans le volant d'inertie du moteur. Le travail fourni par la combinaison piston-cylindre entre 2 et 4. La différence entre ces deux incréments de travail est le travail indiqué par cycle, et est représentée par la zone délimitée par la boucle pV. La détente adiabatique se situe dans une plage de pression plus élevée que celle de la compression car le gaz dans le cylindre est plus chaud pendant la détente que pendant la compression. C'est pour cette raison que la boucle a une surface finie et que le rendement net de travail pendant un cycle est positif.

Français Le rendement énergétique des moteurs diesel est meilleur que la plupart des autres types de moteurs à combustion, en raison de leur taux de compression élevé, de leur rapport d'équivalence air-carburant élevé (λ) [ et de l'absence de restrictions d'air d'admission (c'est-à-dire des papillons des gaz). Théoriquement, le rendement le plus élevé possible pour un moteur diesel est de 75 %. Cependant, dans la pratique, le rendement est bien inférieur, avec des rendements allant jusqu'à 43 % pour les moteurs de voitures particulières, jusqu'à 45 % pour les gros moteurs de camions et d'autobus et jusqu'à 55 % pour les gros moteurs marins à deux temps. Le rendement moyen sur un cycle de conduite d'un véhicule à moteur est inférieur au rendement maximal du moteur diesel (par exemple, un rendement moyen de 37 % pour un moteur avec un rendement maximal de 44 %). Cela est dû au fait que le rendement énergétique d'un moteur diesel diminue à des charges plus faibles, mais pas aussi rapidement que celui du moteur Otto (à allumage par étincelle).

Les moteurs diesel sont des moteurs à combustion et, par conséquent, émettent des produits de combustion dans leurs gaz d'échappement . En raison d'une combustion incomplète, les gaz d'échappement des moteurs diesel contiennent du monoxyde de carbone , des hydrocarbures , des particules et des polluants d'oxydes d'azote . Environ 90 pour cent des polluants peuvent être éliminés des gaz d'échappement grâce à la technologie de traitement des gaz d'échappement. Les moteurs diesel des véhicules routiers n'émettent pas de dioxyde de soufre , car le carburant diesel des véhicules automobiles est sans soufre depuis 2003. Helmut Tschöke soutient que les particules émises par les véhicules automobiles ont des effets négatifs sur la santé humaine.

Les particules présentes dans les émissions d'échappement des moteurs diesel sont parfois classées comme cancérigènes ou « cancérigènes probables » et sont connues pour augmenter le risque de maladies cardiaques et respiratoires.

En principe, un moteur diesel ne nécessite aucun système électrique. Cependant, la plupart des moteurs diesel modernes sont équipés d'une pompe à carburant électrique et d'un calculateur électronique du moteur.

Cependant, un moteur diesel ne possède pas de système d'allumage électrique à haute tension. Cela élimine une source d' émissions de radiofréquences (qui peuvent interférer avec les équipements de navigation et de communication), ce qui explique pourquoi seuls les véhicules à moteur diesel sont autorisés dans certaines parties de la zone de silence radio nationale américaine .

Pour contrôler le couple de sortie à un moment donné (c'est-à-dire lorsque le conducteur d'une voiture ajuste la pédale d'accélérateur ), un régulateur ajuste la quantité de carburant injectée dans le moteur. Des régulateurs mécaniques ont été utilisés dans le passé, mais les régulateurs électroniques sont plus courants sur les moteurs modernes. Les régulateurs mécaniques sont généralement entraînés par la courroie accessoire du moteur ou un système d'entraînement par engrenages et utilisent une combinaison de ressorts et de poids pour contrôler l'alimentation en carburant par rapport à la fois à la charge et à la vitesse. Les moteurs à régulation électronique utilisent une unité de commande électronique (ECU) ou un module de commande électronique (ECM) pour contrôler l'alimentation en carburant. L'ECM/ECU utilise divers capteurs (tels que le signal de régime moteur, la pression du collecteur d'admission et la température du carburant) pour déterminer la quantité de carburant injectée dans le moteur.

Étant donné que la quantité d'air est constante (pour un régime donné) alors que la quantité de carburant varie, des rapports air-carburant très élevés (« pauvres ») sont utilisés dans les situations où un couple minimal est requis. Cela diffère d'un moteur à essence, où un papillon des gaz est également utilisé pour réduire la quantité d'air d'admission dans le cadre de la régulation du couple de sortie du moteur. Le contrôle du moment du début de l'injection de carburant dans le cylindre est similaire au contrôle du moment de l'allumage dans un moteur à essence. Il s'agit donc d'un facteur clé dans le contrôle de la puissance de sortie, de la consommation de carburant et des émissions d'échappement.

Il existe plusieurs façons différentes de classer les moteurs diesel, comme indiqué dans les sections suivantes.

Günter Mau classe les moteurs diesel en fonction de leur vitesse de rotation en trois groupes :

• Moteurs à haut régime (> 1 000 tr/min),
• Moteurs à vitesse moyenne (300 à 1 000 tr/min) et
• Moteurs à bas régime (< 300 tr/min).

Moteurs diesel à grande vitesse

Les moteurs à grande vitesse sont utilisés pour alimenter les camions , les bus , les tracteurs , les voitures , les yachts , les compresseurs , les pompes et les petits générateurs électriques . En 2018, la plupart des moteurs à grande vitesse sont équipés d' une injection directe . De nombreux moteurs modernes, en particulier dans les applications sur autoroute, sont équipés d'une injection directe à rampe commune . Sur les navires plus gros, les moteurs diesel à grande vitesse sont souvent utilisés pour alimenter les générateurs électriques. La puissance de sortie la plus élevée des moteurs diesel à grande vitesse est d'environ 5 MW.

Moteurs diesel à vitesse moyenne

Les moteurs à vitesse moyenne sont utilisés dans les gros générateurs électriques, les locomotives diesel ferroviaires , la propulsion des navires et les applications d'entraînement mécanique telles que les gros compresseurs ou les pompes. Les moteurs diesel à vitesse moyenne fonctionnent au gazole ou au fioul lourd par injection directe de la même manière que les moteurs à faible vitesse. En général, ce sont des moteurs à quatre temps avec pistons à corps ; une exception notable étant les moteurs EMD 567 , 645 et 710 , qui sont tous à deux temps.

La puissance de sortie des moteurs diesel à vitesse moyenne peut atteindre 21 870 kW, avec un rendement effectif d'environ 47-48 % (1982). La plupart des moteurs à vitesse moyenne plus gros démarrent avec de l'air comprimé directement sur les pistons, à l'aide d'un distributeur d'air, par opposition à un moteur de démarrage pneumatique agissant sur le volant d'inertie, qui tend à être utilisé pour les moteurs plus petits.

Les moteurs à vitesse moyenne destinés aux applications marines sont généralement utilisés pour propulser les ferries ( ro-ro ), les navires à passagers ou les petits navires de transport de marchandises. L'utilisation de moteurs à vitesse moyenne réduit le coût des navires plus petits et augmente leur capacité de transport. De plus, un seul navire peut utiliser deux petits moteurs au lieu d'un seul gros moteur, ce qui augmente la sécurité du navire.

Moteurs diesel à bas régime

Les moteurs diesel à bas régime sont généralement de très grande taille et sont principalement utilisés pour propulser les navires . Il existe deux types différents de moteurs à bas régime couramment utilisés : les moteurs à deux temps avec une crosse et les moteurs à quatre temps avec un piston à piston cylindrique ordinaire. Les moteurs à deux temps ont une fréquence de rotation limitée et leur échange de charge est plus difficile, ce qui signifie qu'ils sont généralement plus gros que les moteurs à quatre temps et utilisés pour alimenter directement l'hélice d'un navire.

Les moteurs à quatre temps des navires sont généralement utilisés pour alimenter un générateur électrique. Un moteur électrique alimente l'hélice. Les deux types sont généralement très sous-carrés , ce qui signifie que l'alésage est plus petit que la course. Les moteurs diesel à bas régime (tels qu'utilisés dans les navires et d'autres applications où le poids total du moteur est relativement sans importance) ont souvent un rendement effectif allant jusqu'à 55 %. Comme les moteurs à régime moyen, les moteurs à bas régime sont démarrés avec de l'air comprimé et ils utilisent du pétrole lourd comme carburant principal.

Les moteurs à quatre temps utilisent le cycle de combustion décrit précédemment. La plupart des petits moteurs diesel, destinés à un usage automobile par exemple, utilisent généralement le cycle à quatre temps. Cela est dû à plusieurs facteurs, tels que la plage de puissance étroite de la conception à deux temps qui n'est pas particulièrement adaptée à une utilisation automobile et la nécessité de systèmes de lubrification intégrés et de mesures de récupération complexes et coûteux. La rentabilité (et la proportion de poids supplémentaire) de ces technologies a moins d'impact sur les moteurs plus gros et plus chers, tandis que les moteurs destinés à l'expédition ou à une utilisation stationnaire peuvent fonctionner à une seule vitesse pendant de longues périodes.

Les moteurs à deux temps utilisent un cycle de combustion qui se déroule en deux temps au lieu de quatre. Le remplissage du cylindre avec de l'air et sa compression se font en un seul temps, et les temps de puissance et d'échappement sont combinés. La compression dans un moteur diesel à deux temps est similaire à celle qui se produit dans un moteur diesel à quatre temps : lorsque le piston passe par le centre inférieur et commence à monter, la compression commence, aboutissant à l'injection de carburant et à l'allumage. Au lieu d'un ensemble complet de soupapes, les moteurs diesel à deux temps ont des orifices d'admission simples et des orifices d'échappement (ou soupapes d'échappement). Lorsque le piston approche du point mort bas, les orifices d'admission et d'échappement sont « ouverts », ce qui signifie qu'il y a une pression atmosphérique à l'intérieur du cylindre. Par conséquent, une sorte de pompe est nécessaire pour souffler l'air dans le cylindre et les gaz de combustion dans l'échappement. Ce processus est appelé balayage . La pression requise est d'environ 10 à 30 kPa.

En raison de l'absence de courses d'échappement et d'admission distinctes, tous les moteurs diesel à deux temps utilisent un ventilateur de récupération ou une forme de compresseur pour charger les cylindres en air et aider à la récupération. Les compresseurs de type Roots ont été utilisés pour les moteurs de navire jusqu'au milieu des années 1950, mais depuis 1955, ils ont été largement remplacés par des turbocompresseurs. Habituellement, un moteur diesel de navire à deux temps est équipé d'un turbocompresseur à un étage avec une turbine qui a un flux d'entrée axial et un flux de sortie radial.

En général, il existe trois types de récupération possibles :

• Balayage Uniflow
• Balayage à flux transversal
• Balayage à contre-courant

Le balayage à flux transversal est incomplet et limite la course, mais certains fabricants l'ont utilisé. Le balayage à flux inversé est un moyen de balayage très simple, et il était populaire parmi les fabricants jusqu'au début des années 1980. Le balayage à flux unique est plus compliqué à réaliser mais permet le meilleur rendement énergétique ; depuis le début des années 1980, des fabricants tels que MAN et Sulzer sont passés à ce système. Il est standard pour les moteurs diesel marins à deux temps modernes.

Les moteurs diesel dits à double carburant ou moteurs diesel à gaz brûlent simultanément deux types de carburant différents , par exemple un carburant gazeux et un carburant diesel. Le carburant diesel s'enflamme automatiquement en raison de l'allumage par compression, puis enflamme le carburant gazeux. Ces moteurs ne nécessitent aucun type d'allumage par étincelle et fonctionnent de manière similaire aux moteurs diesel classiques.

Le carburant est injecté à haute pression dans la chambre de combustion , la « chambre à tourbillon » ou la « préchambre », contrairement aux moteurs à essence où le carburant est souvent ajouté dans le collecteur d'admission ou le carburateur . Les moteurs où le carburant est injecté dans la chambre de combustion principale sont appelés moteurs à injection directe (DI), tandis que ceux qui utilisent une chambre à tourbillon ou une préchambre sont appelés moteurs à injection indirecte (IDI).

La plupart des moteurs diesel à injection directe ont une coupelle de combustion dans la partie supérieure du piston où le carburant est pulvérisé. De nombreuses méthodes d'injection différentes peuvent être utilisées. Habituellement, un moteur à injection directe mécanique à commande hélicoïdale possède une pompe d'injection en ligne ou à distributeur. Pour chaque cylindre du moteur, le piston correspondant dans la pompe à carburant mesure la quantité correcte de carburant et détermine le moment de chaque injection. Ces moteurs utilisent des injecteurs qui sont des soupapes à ressort très précises qui s'ouvrent et se ferment à une pression de carburant spécifique. Des conduites de carburant haute pression séparées relient la pompe à carburant à chaque cylindre. Le volume de carburant pour chaque combustion est contrôlé par une rainure inclinée dans le piston qui tourne de quelques degrés seulement, libérant la pression et est contrôlé par un régulateur mécanique, composé de poids tournant à la vitesse du moteur contraint par des ressorts et un levier. Les injecteurs sont maintenus ouverts par la pression du carburant. Sur les moteurs à grande vitesse, les pompes à piston sont regroupées dans une seule unité. La longueur des conduites de carburant de la pompe à chaque injecteur est normalement la même pour chaque cylindre afin d'obtenir le même retard de pression. Les moteurs diesel à injection directe utilisent généralement des injecteurs de carburant de type orifice.

Le contrôle électronique de l'injection de carburant a transformé le moteur à injection directe en permettant un contrôle beaucoup plus important de la combustion.

Rampe commune

Les systèmes d'injection directe à rampe commune (CR) ne disposent pas des fonctions de dosage, de surpression et de distribution du carburant dans une seule unité, comme dans le cas d'une pompe de type distributeur Bosch, par exemple. Une pompe haute pression alimente le CR. Les besoins de chaque injecteur de cylindre sont satisfaits à partir de ce réservoir commun de carburant haute pression. Un contrôle électronique du diesel (EDC) contrôle à la fois la pression de la rampe et les injections en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Les injecteurs des anciens systèmes CR ont des pistons entraînés par solénoïde pour soulever l'aiguille d'injection, tandis que les injecteurs CR plus récents utilisent des pistons entraînés par des actionneurs piézoélectriques qui ont moins de masse en mouvement et permettent donc encore plus d'injections dans un laps de temps très court. Les premiers systèmes à rampe commune étaient contrôlés par des moyens mécaniques.

La pression d'injection des systèmes CR modernes varie de 140 MPa à 270 MPa.

Un moteur à injection indirecte (IDI) délivre du carburant dans une petite chambre appelée chambre de turbulence, chambre de précombustion, préchambre ou antichambre, qui est reliée au cylindre par un passage d'air étroit. En général, l'objectif de la préchambre est de créer une turbulence accrue pour un meilleur mélange air/carburant. Ce système permet également un fonctionnement plus doux et plus silencieux du moteur, et comme le mélange de carburant est facilité par la turbulence, les pressions des injecteurs peuvent être plus faibles. La plupart des systèmes IDI utilisent un injecteur à orifice unique. La préchambre présente l'inconvénient de réduire l'efficacité en raison d'une perte de chaleur accrue dans le système de refroidissement du moteur, ce qui limite la combustion, réduisant ainsi l'efficacité de 5 à 10 %. Les moteurs IDI sont également plus difficiles à démarrer et nécessitent généralement l'utilisation de bougies de préchauffage. Les moteurs IDI peuvent être moins chers à construire, mais nécessitent généralement un taux de compression plus élevé que leur homologue DI. L'IDI facilite également la production de moteurs fonctionnant plus doucement et plus silencieusement avec un système d'injection mécanique simple, car le calage exact de l'injection n'est pas aussi critique. La plupart des moteurs automobiles modernes sont des moteurs DI, qui présentent l'avantage d'une plus grande efficacité et d'un démarrage plus facile ; cependant, les moteurs IDI peuvent encore être trouvés dans de nombreuses applications de VTT et de petits moteurs diesel. Les moteurs diesel à injection indirecte utilisent des injecteurs de carburant de type à aiguille.

Les premiers moteurs diesel injectaient le carburant avec l'aide d'air comprimé, qui atomisait le carburant et le forçait à pénétrer dans le moteur par une buse (un principe similaire à celui d'un aérosol). L'ouverture de la buse était fermée par une soupape à broche actionnée par l' arbre à cames . Bien que le moteur devait également entraîner un compresseur d'air utilisé pour l'injection d'air comprimé, l'efficacité était néanmoins meilleure que celle des autres moteurs à combustion de l'époque. Cependant, le système était lourd et il réagissait lentement aux variations de couple, ce qui le rendait inadapté aux véhicules routiers.

Un système d'injecteur-pompe , également appelé « Pumpe-Düse » ( injecteur-pompe en allemand), combine l'injecteur et la pompe à carburant en un seul composant, qui est placé au-dessus de chaque cylindre. Cela élimine les conduites de carburant haute pression et permet une injection plus uniforme. À pleine charge, la pression d'injection peut atteindre jusqu'à 220 MPa. Les injecteurs-pompes sont actionnés par une came et la quantité de carburant injectée est contrôlée soit mécaniquement (par une crémaillère ou un levier) soit électroniquement.

En raison des exigences de performances accrues, les injecteurs unitaires ont été largement remplacés par des systèmes d'injection à rampe commune .

Le rapport puissance/masse d'un moteur diesel moyen est inférieur à celui d'un moteur à essence équivalent. Les régimes moteur (tr/min) plus faibles des moteurs diesel classiques se traduisent par une puissance de sortie inférieure. De plus, la masse d'un moteur diesel est généralement plus élevée, car la pression de fonctionnement plus élevée à l'intérieur de la chambre de combustion augmente les forces internes, ce qui nécessite des pièces plus solides (et donc plus lourdes) pour résister à ces forces.

Le bruit caractéristique d'un moteur diesel, notamment au ralenti, est parfois appelé « claquement diesel ». Ce bruit est en grande partie dû à l'inflammation soudaine du carburant diesel lors de son injection dans la chambre de combustion, ce qui provoque une onde de pression qui ressemble à un cognement.

Les concepteurs de moteurs peuvent réduire le bruit des moteurs diesel grâce à : l'injection indirecte, l'injection pilote ou la pré-injection, le calage de l'injection, le taux d'injection, le taux de compression, la suralimentation par turbocompresseur et la recirculation des gaz d'échappement (EGR). Les systèmes d'injection diesel à rampe commune permettent de multiples injections pour contribuer à la réduction du bruit. Grâce à des mesures telles que celles-ci, le bruit des moteurs diesel est considérablement réduit dans les moteurs modernes. Les carburants diesel ayant un indice de cétane plus élevé sont plus susceptibles de s'enflammer et donc de réduire le bruit des moteurs diesel.

Dans les climats plus chauds, les moteurs diesel ne nécessitent aucune aide au démarrage (à part le démarreur ). Cependant, de nombreux moteurs diesel incluent une forme de préchauffage de la chambre de combustion, pour faciliter le démarrage par temps froid. Les moteurs d'une cylindrée inférieure à 1 litre par cylindre sont généralement équipés de bougies de préchauffage , tandis que les moteurs plus gros et plus robustes sont équipés de systèmes de démarrage à flamme . La température de démarrage minimale qui permet de démarrer sans préchauffage est de 40 °C (104 °F) pour les moteurs à préchambre de combustion, de 20 °C (68 °F) pour les moteurs à chambre de turbulence et de 0 °C (32 °F) pour les moteurs à injection directe.

Dans le passé, une plus grande variété de méthodes de démarrage à froid était utilisée. Certains moteurs, comme les moteurs Detroit Diesel, utilisaient un système pour introduire de petites quantités d' éther dans le collecteur d'admission pour démarrer la combustion. Au lieu de bougies de préchauffage, certains moteurs diesel sont équipés de systèmes d'aide au démarrage qui modifient le calage des soupapes. Le moyen le plus simple pour ce faire est d'utiliser un levier de décompression. L'activation du levier de décompression bloque les soupapes d'échappement dans une position légèrement abaissée, ce qui fait que le moteur n'a aucune compression et permet ainsi de faire tourner le vilebrequin avec beaucoup moins de résistance. Lorsque le vilebrequin atteint une vitesse plus élevée, le fait de remettre le levier de décompression dans sa position normale réactive brusquement les soupapes d'échappement, ce qui entraîne une compression − le moment d'inertie de masse du volant démarre alors le moteur. D'autres moteurs diesel, comme le moteur à préchambre XII Jv 170/240 fabriqué par Ganz & Co., sont dotés d'un système de changement de calage des soupapes qui est actionné en réglant l'arbre à cames des soupapes d'admission, le déplaçant dans une position légèrement « tardive ». Cela aura pour effet de retarder l'ouverture des soupapes d'admission, forçant l'air d'admission à chauffer lorsqu'il entre dans la chambre de combustion.

L'induction forcée , en particulier la turbocompression, est couramment utilisée sur les moteurs diesel car elle augmente considérablement l'efficacité et le couple de sortie. Les moteurs diesel sont bien adaptés aux configurations d'induction forcée en raison de leur principe de fonctionnement qui se caractérise par de larges limites d'allumage et l'absence de carburant pendant la course de compression. Par conséquent, aucun cliquetis, pré-allumage ou détonation ne peut se produire, et un mélange pauvre causé par un excès d'air de suralimentation à l'intérieur de la chambre de combustion n'affecte pas négativement la combustion.

• MTU
• HOMME
• Wartsila
• Rolls Royce
• Siemens
• KDZ de Kolomna, TMH , BMZ et UDMZ
• General Electric GE Transport
• Volvo Penta
• Sulzer (fabricant)
• Doosan Doosan infracore, Doosan Marine
• YaMZ VAZ , KMZ - RD Nevski, STM GAZ VMZ VMZ
• Mitsubishi , Mitsui Mazda IHI Kawasaki Honda Suzuki Subaru Isuzu Nissan et autres
• Caterpillar et Cummins
• AO Zvezda et Zvezda Energetika
• Bergen Engines MaK Deutz AG MWM BMW VW , MAPNA BHEL DESA Steyr Motors GmbH Iran Khodro Diesel Isotta Fraschini , EMD Fairbanks Morse , Shanxi Henan Diesel SDM

Les moteurs diesel peuvent brûler une grande variété de carburants, y compris plusieurs fiouls qui présentent des avantages par rapport aux carburants tels que l'essence. Ces avantages comprennent :

• Faibles coûts de carburant, car le fioul est relativement bon marché
• Bonnes propriétés de lubrification
• Densité énergétique élevée
• Faible risque d'incendie, car ils ne forment pas de vapeur inflammable
• Le biodiesel est un carburant non pétrolier facilement synthétisé (par transestérification ) qui peut fonctionner directement dans de nombreux moteurs diesel, tandis que les moteurs à essence nécessitent soit une adaptation pour fonctionner avec des carburants synthétiques , soit les utiliser comme additif à l'essence (par exemple, l'éthanol ajouté au gasohol ).

Dans les moteurs diesel, un système d'injection mécanique pulvérise le carburant directement dans la chambre de combustion (contrairement à un gicleur Venturi dans un carburateur ou à un injecteur de carburant dans un système d'injection par collecteur pulvérisant le carburant dans le collecteur d'admission ou les conduits d'admission comme dans un moteur à essence). Étant donné que seul de l'air est introduit dans le cylindre d'un moteur diesel, le taux de compression peut être beaucoup plus élevé car il n'y a aucun risque de pré-allumage à condition que le processus d'injection soit chronométré avec précision. Cela signifie que les températures des cylindres sont beaucoup plus élevées dans un moteur diesel que dans un moteur à essence, ce qui permet d'utiliser des carburants moins volatils.

Par conséquent, les moteurs diesel peuvent fonctionner avec une grande variété de carburants différents. En général, le carburant pour moteurs diesel doit avoir une viscosité appropriée , de sorte que la pompe d'injection puisse pomper le carburant vers les buses d'injection sans s'endommager ni corroder la conduite de carburant. Lors de l'injection, le carburant doit former une bonne pulvérisation de carburant et ne doit pas avoir d'effet de cokéfaction sur les buses d'injection. Pour assurer un démarrage correct du moteur et un fonctionnement sans à-coups, le carburant doit être prêt à s'enflammer et donc ne pas provoquer un retard d'allumage élevé (ce qui signifie que le carburant doit avoir un indice de cétane élevé ). Le carburant diesel doit également avoir un pouvoir calorifique inférieur élevé .

Les pompes à injection mécanique en ligne tolèrent généralement mieux les carburants de mauvaise qualité ou les biocarburants que les pompes à distributeur. De plus, les moteurs à injection indirecte fonctionnent généralement de manière plus satisfaisante avec des carburants à retard d'allumage élevé (par exemple, l'essence) que les moteurs à injection directe. Cela est dû en partie au fait qu'un moteur à injection indirecte a un effet de « tourbillon » beaucoup plus important, améliorant la vaporisation et la combustion du carburant, et parce que (dans le cas des carburants de type huile végétale) des dépôts lipidiques peuvent se condenser sur les parois du cylindre d'un moteur à injection directe si les températures de combustion sont trop basses (par exemple lors du démarrage du moteur à froid). Les moteurs à injection directe avec une chambre de combustion à sphère centrale MAN reposent sur la condensation du carburant sur les parois de la chambre de combustion. Le carburant ne commence à se vaporiser qu'après l'allumage et il brûle relativement doucement. Par conséquent, ces moteurs tolèrent également les carburants ayant de faibles caractéristiques de retard d'allumage et, en général, ils peuvent fonctionner avec de l'essence classée 86 RON .

Dans son ouvrage de 1893 Théorie et construction d'un moteur thermique rationnel , Rudolf Diesel envisage d'utiliser de la poussière de charbon comme carburant pour le moteur diesel. Cependant, Diesel n'envisageait que d' utiliser de la poussière de charbon (ainsi que des carburants liquides et du gaz) ; son moteur réel était conçu pour fonctionner au pétrole , qui fut bientôt remplacé par de l'essence ordinaire et du kérosène à des fins de tests ultérieurs, car le pétrole s'est avéré trop visqueux. En plus du kérosène et de l'essence, le moteur de Diesel pouvait également fonctionner à la ligroïne .

Avant que le carburant diesel ne soit normalisé, on utilisait des carburants tels que l'essence , le kérosène , le gazole , l'huile végétale et l'huile minérale , ainsi que des mélanges de ces carburants. Les carburants typiques destinés spécifiquement aux moteurs diesel étaient les distillats de pétrole et les distillats de goudron de houille tels que les suivants ; ces carburants ont des valeurs calorifiques inférieures spécifiques de :

• Gasoil : 10 200 kcal·kg ⁻¹ (42,7 MJ·kg ⁻¹ ) jusqu'à 10 250 kcal·kg ⁻¹ (42,9 MJ·kg ⁻¹ )
• Mazout : 10 000 kcal·kg ⁻¹ (41,8 MJ·kg ⁻¹ ) jusqu'à 10 200 kcal·kg ⁻¹ (42,7 MJ·kg ⁻¹ )
• Créosote de goudron de houille : 9 150 kcal·kg ⁻¹ (38,3 MJ·kg ⁻¹ ) jusqu'à 9 250 kcal·kg ⁻¹ (38,7 MJ·kg ⁻¹ )
• Kérosène : jusqu'à 10 400 kcal·kg ⁻¹ (43,5 MJ·kg ⁻¹ )

Source :

Les premières normes sur le carburant diesel étaient la DIN 51601, la VTL 9140-001 et la norme OTAN F 54, apparues après la Seconde Guerre mondiale. La norme européenne moderne sur le carburant diesel EN 590 a été établie en mai 1993 ; la version moderne de la norme OTAN F 54 lui est en grande partie identique. La norme DIN 51628 sur le biodiesel a été rendue obsolète par la version 2009 de la norme EN 590 ; le biodiesel FAME est conforme à la norme EN 14214. Les moteurs diesel des bateaux fonctionnent généralement avec du carburant diesel conforme à la norme ISO 8217 ( Bunker C ). De plus, certains moteurs diesel peuvent fonctionner avec des gaz (comme le GNL ).

Le carburant diesel DIN 51601 avait tendance à cirer ou à gélifier par temps froid ; ces deux termes désignent la solidification du gazole en un état partiellement cristallin. Les cristaux s'accumulent dans le système de carburant (en particulier dans les filtres à carburant), privant finalement le moteur de carburant et provoquant son arrêt. Des réchauffeurs électriques à faible rendement dans les réservoirs de carburant et autour des conduites de carburant ont été utilisés pour résoudre ce problème. En outre, la plupart des moteurs sont équipés d'un système de retour de déversement , par lequel tout excès de carburant provenant de la pompe d'injection et des injecteurs est renvoyé dans le réservoir de carburant. Une fois le moteur réchauffé, le retour du carburant chaud empêche la cire dans le réservoir. Avant les moteurs diesel à injection directe, certains constructeurs, comme BMW, recommandaient de mélanger jusqu'à 30 % d'essence au diesel en faisant le plein des voitures diesel avec de l'essence pour éviter que le carburant ne gélifie lorsque les températures descendaient en dessous de −15 °C.

Le carburant diesel est moins inflammable que l’essence, car son point d’éclair est de 55 °C, ce qui entraîne un risque moindre d’incendie causé par le carburant dans un véhicule équipé d’un moteur diesel.

Le carburant diesel peut créer un mélange air/vapeur explosif dans certaines conditions. Cependant, par rapport à l'essence, il est moins sujet à ce phénomène en raison de sa pression de vapeur plus faible , ce qui est une indication du taux d'évaporation. La fiche de données de sécurité pour le carburant diesel à très faible teneur en soufre indique un risque d'explosion de vapeur pour le carburant diesel à l'intérieur, à l'extérieur ou dans les égouts.

Les gaz d'échappement des moteurs diesel ont été classés comme cancérigènes du groupe 1 du CIRC . Ils provoquent le cancer du poumon et sont associés à un risque accru de cancer de la vessie .

Voir emballement du moteur diesel .

Les caractéristiques du diesel présentent des avantages différents pour différentes applications.

Les moteurs diesel sont depuis longtemps populaires dans les voitures de plus grande taille et sont utilisés dans les voitures plus petites telles que les superminis en Europe depuis les années 1980. Ils étaient populaires dans les voitures de plus grande taille plus tôt, car les pénalités de poids et de coût étaient moins perceptibles. Un fonctionnement souple ainsi qu'un couple élevé à bas régime sont considérés comme importants pour les voitures particulières et les petits véhicules utilitaires. L'introduction de l'injection de carburant à commande électronique a considérablement amélioré la génération de couple souple et, à partir du début des années 1990, les constructeurs automobiles ont commencé à proposer leurs véhicules de luxe haut de gamme avec des moteurs diesel. Les moteurs diesel des voitures particulières ont généralement entre trois et douze cylindres et une cylindrée allant de 0,8 à 6,0 litres. Les groupes motopropulseurs modernes sont généralement turbocompressés et à injection directe.

Les moteurs diesel ne souffrent pas de l'étranglement de l'air d'admission, ce qui se traduit par une consommation de carburant très faible, en particulier à faible charge partielle (par exemple : conduite à vitesse urbaine). Un cinquième de toutes les voitures particulières dans le monde sont équipées de moteurs diesel, dont beaucoup se trouvent en Europe, où environ 47 % de toutes les voitures particulières sont équipées de moteurs diesel. Daimler-Benz en collaboration avec Robert Bosch GmbH a produit des voitures particulières à moteur diesel à partir de 1936. La popularité des voitures particulières à moteur diesel sur des marchés tels que l'Inde, la Corée du Sud et le Japon est en augmentation (en 2018).

En 1893, Rudolf Diesel a suggéré que le moteur diesel pourrait éventuellement propulser des « wagons » (camions). Les premiers camions équipés de moteurs diesel ont été mis sur le marché en 1924.

Les moteurs diesel modernes pour camions doivent être à la fois extrêmement fiables et très économes en carburant. L'injection directe à rampe commune, la turbocompression et quatre soupapes par cylindre sont de série. Les cylindrées varient de 4,5 à 15,5 litres, avec des rapports puissance/masse de 2,5 à 3,5 kg·kW ⁻¹ pour les moteurs lourds et de 2,0 à 3,0 kg·kW ⁻¹ pour les moteurs moyens. Les moteurs V6 et V8 étaient autrefois courants, en raison de la masse relativement faible du moteur que la configuration en V permet. Récemment, la configuration en V a été abandonnée au profit des moteurs droits. Ces moteurs sont généralement des moteurs 6 cylindres en ligne pour les moteurs lourds et moyens et des moteurs 4 cylindres en ligne pour les moteurs moyens. Leur conception sous-carrée entraîne des vitesses de piston globales plus faibles, ce qui se traduit par une durée de vie accrue pouvant atteindre 1 200 000 kilomètres (750 000 mi). Par rapport aux moteurs diesel des années 1970, la durée de vie prévue des moteurs diesel modernes pour camions a plus que doublé.

Les moteurs diesel des locomotives sont conçus pour fonctionner en continu entre les ravitaillements et peuvent devoir être conçus pour utiliser du carburant de mauvaise qualité dans certaines circonstances. Certaines locomotives utilisent des moteurs diesel à deux temps. Les moteurs diesel ont remplacé les moteurs à vapeur sur tous les chemins de fer non électrifiés du monde. Les premières locomotives diesel sont apparues en 1913, et les unités multiples diesel peu de temps après. Presque toutes les locomotives diesel modernes sont plus correctement connues sous le nom de locomotives diesel-électriques car elles utilisent une transmission électrique : le moteur diesel entraîne un générateur électrique qui alimente les moteurs de traction électriques. Alors que les locomotives électriques ont remplacé la locomotive diesel pour les services de transport de passagers dans de nombreuses régions, la traction diesel est largement utilisée pour les trains de marchandises transportant des marchandises et sur les voies où l'électrification n'est pas économiquement viable.

Dans les années 1940, les moteurs diesel de véhicules routiers d'une puissance de 150 à 200 chevaux métriques (110 à 150 kW ; 150 à 200 ch) étaient considérés comme raisonnables pour les DMU. Généralement, des groupes motopropulseurs de camions ordinaires étaient utilisés. La hauteur de ces moteurs devait être inférieure à 1 mètre (3 pieds 3 pouces) pour permettre une installation sous le plancher. Habituellement, le moteur était couplé à une boîte de vitesses mécanique à commande pneumatique, en raison de la faible taille, de la masse et des coûts de production de cette conception. Certains DMU utilisaient à la place des convertisseurs de couple hydrauliques. La transmission diesel-électrique n'était pas adaptée à des moteurs aussi petits. Dans les années 1930, la Deutsche Reichsbahn a standardisé son premier moteur DMU. Il s'agissait d'un moteur boxer 12 cylindres de 30,3 litres (1 850 pouces cubes), produisant 275 chevaux métriques (202 kW ; 271 ch). Plusieurs constructeurs allemands ont produit des moteurs selon cette norme.

Les exigences relatives aux moteurs diesel marins varient en fonction de l'application. Pour une utilisation militaire et des bateaux de taille moyenne, les moteurs diesel à quatre temps à vitesse moyenne sont les plus adaptés. Ces moteurs ont généralement jusqu'à 24 cylindres et sont dotés d'une puissance de sortie de l'ordre de quelques mégawatts. Les petits bateaux peuvent utiliser des moteurs diesel de camion. Les grands navires utilisent des moteurs diesel à deux temps extrêmement efficaces et à faible vitesse. Ils peuvent atteindre des rendements allant jusqu'à 55 %. Contrairement à la plupart des moteurs diesel ordinaires, les moteurs à deux temps des embarcations utilisent du fioul très visqueux . Les sous-marins sont généralement diesel-électriques.

Les premiers moteurs diesel pour navires ont été fabriqués par AB Diesels Motorer Stockholm en 1903. Ces moteurs étaient des unités à trois cylindres de 120 ch (88 kW) et des unités à quatre cylindres de 180 ch (132 kW) et étaient utilisés pour les navires russes. Au cours de la Première Guerre mondiale, le développement des moteurs diesel pour sous-marins a progressé rapidement. À la fin de la guerre, des moteurs à piston à double effet à deux temps d'une puissance allant jusqu'à 12 200 ch (9 MW) avaient été fabriqués pour une utilisation marine.

Les moteurs diesel avaient été utilisés dans les avions avant la Seconde Guerre mondiale, par exemple dans le dirigeable rigide LZ 129 Hindenburg , qui était propulsé par quatre moteurs diesel Daimler-Benz DB 602 , ou dans plusieurs avions Junkers, qui étaient équipés de moteurs Jumo 205.

En 1929, aux États-Unis, la Packard Motor Company a développé le premier moteur diesel d'avion américain, le Packard DR-980 , un moteur radial à 9 cylindres refroidi par air . Il a été installé dans divers avions de l'époque, dont certains ont été utilisés pour des vols de distance ou d'endurance battant des records, et dans la première démonstration réussie de communications radiophoniques sol-air (la radio vocale étant auparavant inintelligible dans les avions équipés de moteurs à allumage par étincelle, en raison d' interférences électromagnétiques ) . D'autres avantages cités à l'époque comprenaient un risque moindre d'incendie après collision et des performances supérieures à haute altitude.

Le 6 mars 1930, le moteur a reçu un certificat de type approuvé — une première pour un moteur diesel d'avion — du ministère du Commerce américain . Cependant, les fumées d'échappement nocives, les problèmes de démarrage à froid et de vibrations, les défaillances structurelles du moteur, la mort de son développeur et la contraction économique industrielle de la Grande Dépression ont contribué à mettre fin au programme.

Depuis lors, jusqu'à la fin des années 1970, il n'y a pas eu beaucoup d'applications du moteur diesel dans les avions. En 1978, le co-concepteur du Piper Cherokee, Karl H. Bergey, a déclaré que « la probabilité d'un moteur diesel pour l'aviation générale dans un avenir proche est faible ».

Cependant, avec la crise énergétique des années 1970 et le mouvement environnemental , et les pressions qui en ont résulté pour une plus grande économie de carburant, une réduction du carbone et du plomb dans l'atmosphère, et d'autres problèmes, il y a eu un regain d'intérêt pour les moteurs diesel pour les avions. Les moteurs d'avion à piston à haute compression qui fonctionnent à l'essence aviation (« avgas ») nécessitent généralement l'ajout de tétraéthyle de plomb toxique à l'avgas, pour éviter le pré-allumage du moteur et la détonation ; mais les moteurs diesel ne nécessitent pas de carburant au plomb. De plus, le biodiesel peut, théoriquement, fournir une réduction nette du carbone atmosphérique par rapport à l'avgas. Pour ces raisons, la communauté de l'aviation générale a commencé à craindre l'interdiction ou l'arrêt éventuel de l'avgas au plomb.

De plus, l'avgas est un carburant spécial dont la demande est très faible (et en baisse) par rapport aux autres carburants, et ses fabricants sont exposés à des poursuites judiciaires coûteuses en cas d'accident d'avion, ce qui réduit l'intérêt des raffineurs à le produire. En dehors des États-Unis, l'avgas est déjà devenu de plus en plus difficile à trouver dans les aéroports (et en général), que des carburants moins chers et compatibles avec le diesel comme le Jet-A et d'autres carburants pour avions .

À la fin des années 1990 et au début des années 2000, les moteurs diesel ont commencé à apparaître dans les avions légers. Plus particulièrement, Frank Thielert et son entreprise de moteurs autrichienne ont commencé à développer des moteurs diesel pour remplacer les moteurs à essence/pistons de 100 chevaux (75 kW) à 350 chevaux (260 kW) utilisés couramment dans les avions légers. La ​​première application réussie des moteurs Theilert aux avions de production a été le bimoteur léger Diamond DA42 Twin Star , qui présentait une efficacité énergétique exceptionnelle surpassant tout ce qui se trouvait dans sa catégorie, et son prédécesseur monoplace, le Diamond DA40 Diamond Star .

Au cours des années suivantes, plusieurs autres sociétés ont développé des moteurs diesel pour avions, ou ont commencé à le faire — notamment Continental Aerospace Technologies qui, en 2018, rapportait avoir vendu plus de 5 000 de ces moteurs dans le monde.

La Federal Aviation Administration des États-Unis a indiqué que « d'ici 2007, divers avions à pistons à réaction avaient enregistré plus de 600 000 heures de service ». Début 2019, l'AOPA a signalé qu'un modèle de moteur diesel pour avions d'aviation générale « s'approche de la ligne d'arrivée ». Fin 2022, Continental signalait que ses moteurs à carburant « Jet-A » avaient dépassé « 2 000... en service aujourd'hui », avec plus de « 9 millions d'heures », et étaient « spécifiés par les principaux OEM » pour les avions Cessna , Piper , Diamond , Mooney , Tecnam , Glasair et Robin .

Ces dernières années (2016), les moteurs diesel ont également été utilisés dans les aéronefs sans pilote (UAV), en raison de leur fiabilité, de leur durabilité et de leur faible consommation de carburant.

Les moteurs diesel non routiers sont couramment utilisés pour les équipements de construction et les machines agricoles . L'efficacité énergétique, la fiabilité et la facilité d'entretien sont très importantes pour ces moteurs, tandis que la puissance de sortie élevée et le fonctionnement silencieux sont négligeables. Par conséquent, l'injection de carburant à commande mécanique et le refroidissement par air sont encore très courants. Les puissances de sortie courantes des moteurs diesel non routiers varient beaucoup, les plus petites unités commençant à 3 kW et les moteurs les plus puissants étant des moteurs de camions lourds.

Les moteurs diesel stationnaires sont couramment utilisés pour la production d'électricité, mais aussi pour alimenter les compresseurs de réfrigérateurs ou d'autres types de compresseurs ou de pompes. En général, ces moteurs fonctionnent en continu avec une charge partielle ou par intermittence avec une pleine charge. Les moteurs diesel stationnaires alimentant des générateurs électriques qui produisent un courant alternatif fonctionnent généralement avec une charge alternative, mais une fréquence de rotation fixe. Cela est dû à la fréquence fixe du réseau électrique de 50 Hz (Europe) ou de 60 Hz (États-Unis). La fréquence de rotation du vilebrequin du moteur est choisie de manière à ce que la fréquence du réseau soit un multiple de celle-ci. Pour des raisons pratiques, cela se traduit par des fréquences de rotation du vilebrequin de 25 Hz (1500 par minute) ou de 30 Hz (1800 par minute).

Une classe spéciale de prototypes de moteurs à piston à combustion interne a été développée au cours de plusieurs décennies dans le but d'améliorer l'efficacité en réduisant les pertes de chaleur. Ces moteurs sont appelés moteurs adiabatiques, en raison d'une meilleure approximation de la dilatation adiabatique, moteurs à faible rejet de chaleur ou moteurs à haute température. Il s'agit généralement de moteurs à pistons dont les pièces de la chambre de combustion sont revêtues de revêtements de barrière thermique en céramique. Certains utilisent des pistons et d'autres pièces en titane, qui présente une faible conductivité thermique et une faible densité. Certaines conceptions sont capables d'éliminer complètement l'utilisation d'un système de refroidissement et les pertes parasites associées. Le développement de lubrifiants capables de résister aux températures plus élevées impliquées a été un obstacle majeur à la commercialisation.

Dans la littérature du milieu des années 2010, les principaux objectifs de développement des futurs moteurs diesel sont décrits comme l'amélioration des émissions d'échappement, la réduction de la consommation de carburant et l'augmentation de la durée de vie (2014). On dit que le moteur diesel, en particulier le moteur diesel pour véhicules commerciaux, restera le groupe motopropulseur le plus important jusqu'au milieu des années 2030. Les éditeurs supposent que la complexité du moteur diesel augmentera encore (2014). Certains éditeurs s'attendent à une future convergence des principes de fonctionnement des moteurs diesel et Otto en raison des étapes de développement du moteur Otto vers l'allumage par compression à charge homogène (2017).