เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องยนต์แบบสันดาปภายใน (internal combustion engines) ชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นเครื่องต้นกำลังที่เปลี่ยนพลังงานเคมีในเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงาน ความร้อนโดยการเผาไหม้ และพลังงานความร้อนก็จะเปลี่ยนเป็นพลังงานกลหรืองาน
เครื่องยนต์ดีเซลนั้นจะมีการจุดระเบิด ส่วนผสมระหว่างอากาศและเชื้อเพลิงเองซึ่งเรียกว่า compression ignition โดยเชื้อเพลิงจะถูกอัดฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ที่มีอากาศถูกอัดไว้และเกิดการ ลุกไหม้ขึ้นจากความร้อนในระบบ โดยไม่มีหัวเทียนในการจุดระเบิด ผลของการเผาไหม้จะทำให้ก๊าชที่เกิดขึ้นมีความดันและอุณหภูมิสูงก็จะขยายตัว ดันลูกสูบลงมา ซึ่งจะไปผลักให้ข้อเหวี่ยงหมุนไป
ชิ้นส่วนสำคัญในกระบอกสูบ
วงจรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ (cycle of four stroke diesel engine)
1. จังหวะดูด ลูกสูบเคลื่อนที่จากตำแหน่งบนสุดลงมาล่างสุด ในขณะที่วาล์วไอดีเปิดออก ก็จะเกิดแรงดูดอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้
จังหวะดูดเมื่อลูกสูบเลื่อนลงไปจนสุดแล้ววาล์วไอดีจะปิด
2. จังหวะอัด ลูกสูบเคลื่อนที่จากตำแหน่งล่างสุดขึ้นสู่ตำแหน่งบนสุด ในขณะที่วาล์วปิดทั้งไอดีและไอเสีย อัดให้อากาศภายในห้องเผาไหม้มีความดันสูงขึ้นและเกิดความร้อนขึ้นสูงมากพอ ที่จะทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงสามารถลุกติดไฟได้โดยไม่ต้องใช้ประกายไฟในการทำ ให้เกิดการเผาไหม้
จัดหวะอัดที่อัดลูบจะเลื่อนขึ้นและเกิดความร้อนของไอดีระดับ 550 องศา
3. จังหวะระเบิด ในขณะลูกสูบอยู่ในตำแหน่งอัด ในห้องเผาไหม้มีความดันและอุณหภูมิสูง หัวฉีดจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ น้ำมันเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปแตกเป็นฝอยสัมผัสความร้อนสูงของอากาศจะเกิดการ ติดไฟและลามไปทั่วห้องเผาไหม้ ทำให้อากาศในห้องเผาไหม้ทั้งห้องอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและขยายตัวดัน ลูกสูบลงมา ซึ่งเป็นกำลังขับเครื่องยนต์
น้ำมันเชื้อเพลิงถูกฉีดตรงเข้าที่ห้องเผาไหม้ที่มีความร้อนสูงรออยู่เมื่อผสมกันจึงเกิดระเบิด
ลูกสูบเลื่อนลงด้วยพลังงานที่ระเบิดขึ้นภายในกระบอกสูบ
4. จังหวะคาย เมื่ออากาศและน้ำมันเชื้อเพลิงเกิดจากการเผาไหม้ขยายตัวดันลูกสูบจนถึง ตำแหน่งล่างสุดแล้ว ลูกสูบก็จะเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นพร้อมกับวาล์วไอเสียเปิด ลูกสูบก็จะดันเอาไอเสียหรือก๊าชที่เกิดจากการเผาไหม้ออกไปโดยผ่านทางวาล์วไอ เสีย
เมื่อระเบิดเสร็จแล้วจะเกิดไอเสียจำนวนมาก
วาล์วไอเสียเปิดออกเพื่อระบบไอเสียไปยังท่อไอเสีย
ดังนั้นการหมุนของเครื่องยนต์ 2 รอบจะมีจังหวะให้กำลัง 1 ครั้ง คือจังหวะระเบิด ซึ่งใช้เวลา 1/2 รอบ สำหรับเครื่องยนต์แบบ 4 สูบจะจัดจังหวะระเบิดให้ต่อเนื่องกันทำให้เกิดจังหวะกำลัง 1/2 รอบ 4 ครั้ง เท่ากับ 2 รอบ หรือมีการให้กำลังตลอดเวลา กำลังของเครื่องยนต์มาจากอากาศที่อยู่ในห้องเผาไหม้ที่ถูกอัดให้มีความดัน สูงอยู่แล้วประมาณ 100-200 บาร์และเมื่อเกิดการจุดระเบิดจะมีความดันเพิ่มขึ้นอีก เป็นความดันที่สูงเพียงพอที่จะขับดันเพลาข้อเหวี่ยง ไปยังเกียร์ เพลา เฟือง และล้อเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์ เรือ เครื่องจักร หรืออุปกรณ์ใดๆ ก็ตามที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องต้นกำลังได้
ตามหลักการทำงานของเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ จะเป็น เครื่องยนต์ 4 จังหวะ ซึ่งจะมีจังหวะในการทำงานของกระบอกสูบ เพื่อให้เกิดการสันดาป และส่งเป็นพลังงานภายในเครื่องยนต์ ประกอบไปด้วยจังหวะ ดูด อัด ระเบิด คาย
หลักการทำงานของ เครื่องยนต์ 4 จังหวะ
ในการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะนั้น จะมีรอบการทำงานเป็น Cycle โดยเพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 2 รอบ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของลูกสูบขึ้นลง 4 ครั้ง โดยเคลื่อนขึ้น 2 ครั้ง ลง 2 ครั้ง การที่ลูกสูบขึ้นลง 4 ช่วงชัก ทำให้เกิดการทำงานขึ้น 4 จังหวะ โดยมีหลักการทำงานดังนี้
จังหวะ1 : ดูด (Intake)
จังหวะแรกคือ จังหวะดูด เมื่อลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ลงมาด้านล่าง จะดูดเอาไอดี ซึ่งก็คือส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงกับอากาศเข้ามากระบอกสูบ (สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลจะดูดเฉพาะอากาศไม่มีเชื้อเพลิง) โดยผ่านลิ้นไอดีที่จะเปิดอยู่ จนดูดมาถึงปลายล่าง (ศูนย์ตายล่าง) แล้วลิ้นไอดีถึงจะปิด
จังหวะ2 : อัด (Compression)
จังวะที่สอง จังหวะอัด ลูกสูบเริ่มเลื่อนขึ้นไปข้างบน ทั้งลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียจะปิด ไอดีที่ถูกดูดเข้ามาจนเต็มกระบอกสูบนั้นจะถูกอัดเข้าไปจนใกล้ถึงข้างบน (ศูนย์ตายบน) เมื่ออัดได้ที่แล้ว อุณหภูมิของไอดีที่ถูกอัดจะสูงมาก หากเป็นเครื่องยนต์เบนซินจะถูกจุดโดยหัวเทียน ส่วนเครื่องบนต์ดีเซลจะมีการฉีดเชื้อเพลิงเข้ามาเพื่อให้เกิดการเผาไหม้
จังหวะ3: ระเบิด (ignite)
เมื่อปล่อยให้เกิดการเผาไหม้เกิดขึ้น จะถึงจังหวะระเบิด คือมีแรงดันที่เกิดจากการเผาไหม้นั้น การระเบิดนี้จะดันลูกสูบให้เลื่อนลงมาจนถึงศูนย์ตายล่าง เมื่อลูกสูบเลื่อนลงมา เพลาข้อเหวี่ยงจะเกิดการหมุนเครื่องยนต์ เกิดพลังงานขึ้น เป็นการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล พร้อมกับลิ้นไอเสียจะเริ่มเปิดออก
จังหวะ4 : คาย (Exhaust)
จังหวะสุดท้าย จังหวะคาย จะเป็นจังหวะที่ลูกสูบเริ่มเคลื่อนตัวขึ้นด้านบน โดยเป็นการดันเอาไอเสียที่ผ่านการระเบิดแล้ว ให้ออกสู่ภายนอก โดยผ่านลิ้นไอเสียที่เปิดอยู่ จนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนตัวผ่านศูนย์ตายบนไปแล้ว ลิ้นไอเสียจะปิด และกลับมาเริ่มกระบวนการดูดใหม่ในจังหวะแรกของ cycle