Четырехтактный дизельный двигатель работает следующим образом: на первом такте хода поршня двигатель только всасывает воздух. На следующем такте происходит сжатие воздуха до давления около 3,45 МПа и его нагрев до температуры около 550 °C. Непосредственно перед окончанием такта сжатия топливо в виде мелкодисперсного аэрозоля впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания. Горячий воздух воспламеняет топливо. Третий и четвертый такты: рабочий ход и выпуск отработанных газов (как в бензиновом двигателе внутреннего сгорания). Однако для дизеля не требуется ни карбюратор, ни электрозажигание, что упрощает его конструкцию в сравнении с бензиновым двигателем.

До того как корпорация General Motors занялась производством дизелей, локомотивы создавались по индивидуальным заказам.

До того как корпорация General Motors занялась производством дизелей, локомотивы создавались по индивидуальным заказам.

Таким образом, дизель преобразует поступающее в него топливо непосредственно в энергию. В этом отношении он не похож на паровой двигатель, где топливо используется только для образования пара, и не похож на бензиновый двигатель, в котором топливо перед воспламенением должно находиться в парообразной форме. Оба этих типа двигателей обладают меньшей эффективностью по сравнению с дизелем, который, по сути, имеет наивысшую тепловую эффективность по сравнению с любым тепловым двигателем повседневного применения. В современном дизеле используется топливо в виде дистиллята нефти, но в прошлом применялись и другие виды топлива. Сам Рудольф Дизель намеревался использовать в качестве топлива угольный порошок, но помощники-инженеры уговорили его использовать нефтяное минеральное масло, чтобы избавиться от проблемы, связанной с образованием задиров. Позднее в качестве эксперимента пытались применять и порошковый уголь. Испытывали и другие виды топлива. Однако стандартом дизельного топлива остается нефтяное минеральное масло.

Несмотря на свою высокую эффективность, дизельный двигатель в течение многих лет имел ограниченное практическое применение. За редкими исключениями такие двигатели оказывались громоздкими, тяжелыми и низкооборотными, поэтому наилучшими областями их применения были электрогенераторы, насосные агрегаты и морские суда. Их удельная мощность составляла 100–150 кг на лошадиную силу (л. с.), поэтому главной задачей стало создание мощного, высокооборотного дизеля относительно небольшого размера.