Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'autoallumage. Il n'a donc pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de bougies d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une...). Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données...) (rapport volumétrique) d'environ 18 à 22:1, permettant d'obtenir une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de 600 °C. Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre le démarrage du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) en augmentant la température de la chambre de combustion (Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à des changements de pression et...), mais leur présence n'est pas systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour...).
Les moteurs Diesel fonctionnent habituellement au gazole (Le gazole (terme recommandé en France par la DGLFLF), ou gas-oil, ou encore gasoil, ou diesel...), au fuel lourd ou aux huiles végétales. Ils peuvent aussi bien être à deux temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) qu'à quatre temps. Ce type de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) à taux de compression élevé a connu une expansion rapide en automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) à partir de la fin des années 1980.
Comme le moteur thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) à essence, le moteur Diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le...) est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames (Un arbre à cames est un dispositif mécanique permettant de transformer un mouvement rotatif en...).
Son fonctionnement repose sur l'autocombustion du gazole, fioul (Le fioul (terme recommandé en France par la DGLFLF) ou mazout (terme recommandé par...) lourd ou encore huile végétale brute (L'huile végétale carburant (HVC) est aussi connue sous les noms d'huile végétale pure (HVP) ou...) dans de l'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux...) à 1:20 du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) du cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) (environ 35 bar), et dont la température est portée de 600 °C à 1500 °C environ. Sitôt le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps...). En brûlant, le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) augmente fortement la température et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dans le cylindre (60 à 100 bars), repoussant le piston qui fournit une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) manivelle faisant office d'axe moteur).
Le cycle Diesel à quatre temps comporte :
Les vitesses de rotation des moteurs diesels sont très différentes d'un moteur à un autre. En effet plus le moteur est gros, plus le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) du piston est grand, et plus le moteur est lent. Trois classes de moteurs sont ainsi définies :
La société SEMT Pielstick fabrique à Saint Nazaire des moteurs Diesel 4 temps destinés aux applications marines, ferroviaires et de production d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) dont la puissance s'étend de 1500 à 24 000 ch. Certains moteurs Diesel lent, moteurs de type à 2 temps, atteignent 100 000 ch.(voir le porte-conteneurs () Emma Mærsk (L'Emma Mærsk est un porte-conteneurs construit en 2006 et affrété par A.P. Møller-Mærsk. En...) équipé d'un moteur Wärtsilä-Sulzer de 108 920 ch.).
On utilise le moteur Diesel lorsque l'on a un besoin d'un couple important ou d'un bon rendement (locomotives, bateaux, camions), tracteurs agricoles, les groupes électrogènes, engins de travaux publics ou sur les automobiles.
C'est la marine de guerre qui s'intéressa en premier aux moteurs diesel, et avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) pour les sous-marins. L'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) français Maxime Laubeuf en équipa son sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de...) l'Aigrette (1901) car les moteurs à explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) ne développaient alors pas assez de puissance et les moteurs à vapeur () dégageaient trop de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules...). Durant l'entre deux guerres, le diesel connaît une importante progression dans la marine marchande (Le terme marine marchande désigne tout ce qui fait l'objet, ou qui est en rapport, avec le...), mais la chauffe (charbon et mazout) reste encore prépondérante. Quant aux premiers véhicules terrestres équipés de moteurs diesel, il faut attendre le début des années 1920.
En revanche, il est rarement utilisé sur les motos et les avions, notamment pour une question de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) embarquée. Toutefois, l'utilisation aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de...) de moteurs Diesel commence à se développer : moteurs spécifiques (SMA) ou dérivés de l'automobile (Centurion sur base Mercedes du motoriste allemand Thielert) ; avions de tourisme (Le tourisme est le fait de quitter son domicile, pour des raisons personnelles, pour une durée...) DA-40 et DA-42 de l'autrichien Diamond, Ecoflyer du français APEX aircraft (ex-DR 400 de Robin) équipés du Thielert Centurion 1.7, avions de construction amateur Dieselis et Gaz'aile 2.
Le gazole ayant un pouvoir calorifique (Le pouvoir calorifique ou chaleur de combustion (noté ΔcH0, en anglais Heating Value)...) volumique plus important que l'essence et bénéficiant d'une taxation légèrement plus favorable en France, les moteurs Diesel semblent plus économiques à l'usage bien que plus chers à l'achat.
Les raisons du succès du moteur Diesel dans l'automobile, au-delà d'avantages fiscaux qui relèvent de choix politiques et non techniques, tiennent essentiellement à son rendement, supérieur à celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbocompresseur (les plus récents modèles sont " à géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) variable " (TGV), technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et l'injection directe (L'injection directe est une technologie utilisée dans les moteurs à combustion interne. Elle...) à haute pression. NB: Il existe deux sorte de compresseur: le compresseur mecanique ( entrainé par une couroie) et le turbocompresseur entrainé par une autre turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) qui tourne grâce a la force des gaz déchapement rejeté.
Les inconvénients des premiers moteurs Diesel qui avaient tendance à être plus lourds, plus bruyants et moins puissants que leurs homologues à essence n'existent plus sur les véhicules modernes grâce, en particulier, au turbocompresseur à géométrie variable (La voilure à géométrie variable est une voilure dont la forme peut être...) et aux rampes d'admission communes ou injecteur-pompe. Néanmoins, certains problèmes subsistent. En particulier, ils émettent des particules polluantes, même si ces dernières sont mieux gérées et mieux contenues grâce à une gestion plus efficace du moteur et aux filtres à particules.
Des solutions pour l'amélioration de ce moteur au niveau du bruit (claquements notamment à froid), de l'émission de particules et d'oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) sont aujourd'hui proposées.
L'utilisation des moteurs Diesel permet de réduire les émissions de CO2, au détriment des émissions de particules. Il existe des carburants de synthèse (Fischer-Tropsch) dénués de soufre, qui permettent de réduire les émissions de particules à des niveaux très faibles. Ces carburants, le di-méthyl éther notamment, peuvent être synthétisés à partir d'hydrocarbures. Cependant, toute synthèse (ou transformation chimique) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) elle-même une consommation et une émission de CO2 : il est donc nécessaire de comptabiliser l'ensemble de la dépense énergétique, et pas uniquement ce que le consommateur final est à même de percevoir et de concevoir.
Voici la liste des différents noms donnés aux moteurs diesels modernes (injecteurs pompes ou rampe commune) selon les marques qui les commercialisent:
PSA va engager une Peugeot, dénommée 908, équipée d'un moteur Diesel V12 de 5.5L aux 24 heures du Mans 2007. Ce moteur sera équipé de deux filtres à particules pour une puissance annoncée de 700 ch.
En 2006, le groupe Volkswagen a conçu l'Audi R10 (L'Audi R10 est une voiture de compétition qui a été conçue pour courir dans les épreuves de...) avec un moteur V12 TDI (Turbo Diesel à Injection directe). Elle a gagné les 12 heures de Sebring (Les 12 heures de Sebring sont une course automobile d'une durée de 12 heures qui se déroule...), puis les 24 heures du Mans en juin 2006 et sera confrontée à la Peugeot 908 (La Peugeot 908 est une voiture de course de type "Le Mans Prototype" que la marque française...) pour les 24 heures du Mans 2007.
Réaction chimique (Une réaction chimique est une transformation de la matière au cours de laquelle les...) dans laquelle l'oxydation vive du carburant par l'oxygène de l'air dégage de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) plus des résidus de combustion (dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et autres non désirés). Équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) parfaite de la combustion diesel : gazole + air (oxygène + azote) = dioxyde de carbone + eau + azote
C16 H34 + 49/2 ( O2 + 4 N2 ) = 16 CO2 + 17 H2O + 98 N2
En pratique on considère qu'il faut prévoir 30 g d'air pour brûler 1 g de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...).