Un moteur diesel est un moteur thermique qui utilise le gazole comme carburant. Comme le moteur à essence, il transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique grâce à la combustion. Cependant, son mode d'allumage est différent : il ne possède généralement pas de bougie d'allumage. La combustion est provoquée par la très forte compression de l'air à l'intérieur du cylindre.

Le fonctionnement d'un moteur diesel repose lui aussi sur un cycle à quatre temps. Pendant l'admission, seul de l'air est aspiré dans le cylindre. Lors de la compression, cet air est comprimé très fortement, ce qui fait monter sa température à plusieurs centaines de degrés. À la fin de cette compression, les injecteurs pulvérisent le gazole sous très haute pression. Au contact de l'air brûlant, le carburant s'enflamme spontanément sans avoir besoin d'étincelle. Les gaz de combustion poussent alors le piston, puis les gaz brûlés sont évacués pendant l'échappement.

Les moteurs diesel utilisent un système d'injection haute pression extrêmement précis. Les injecteurs doivent pulvériser le carburant en très fines gouttelettes afin d'obtenir une combustion efficace. Sur les moteurs modernes, une rampe commune, appelée Common Rail, alimente tous les injecteurs sous une pression pouvant dépasser 2 000 bars.

Grâce à leur fort taux de compression, les moteurs diesel possèdent un meilleur rendement que les moteurs à essence. Ils consomment généralement moins de carburant pour produire la même quantité d'énergie. Ils développent également un couple élevé à faible vitesse, ce qui les rend particulièrement adaptés aux camions, aux bus, aux tracteurs, aux engins de chantier, aux locomotives, aux navires et à de nombreux groupes électrogènes.

Les moteurs diesel sont plus robustes car ils doivent résister à des pressions très importantes. En contrepartie, ils sont souvent plus lourds et plus coûteux à fabriquer. Ils produisent également davantage de vibrations et de bruit que les moteurs à essence, même si les progrès techniques ont considérablement réduit ces inconvénients.

Comme tous les moteurs thermiques, les moteurs diesel rejettent des gaz d'échappement. Les modèles modernes sont donc équipés de nombreux dispositifs de dépollution, comme le filtre à particules, le catalyseur ou les systèmes de réduction des oxydes d'azote. Ces équipements permettent de diminuer fortement les émissions polluantes.

Les moteurs diesel nécessitent un entretien rigoureux, notamment au niveau des injecteurs, des filtres et du système de dépollution. Un carburant de bonne qualité et des révisions régulières permettent de prolonger leur durée de vie, qui peut atteindre plusieurs centaines de milliers de kilomètres sur certains véhicules.

Grâce à leur puissance, leur sobriété et leur grande longévité, les moteurs diesel restent indispensables dans de nombreux secteurs où il faut déplacer de lourdes charges ou faire fonctionner des machines pendant de longues périodes.