И все же Дизелю никак не удавалось создать, хотя бы на бумаге эффективный двигатель, чей КПД превзошел бы на 10-12% паровою машину.

Задавшись целью построить экономичный двигатель, Дизель тщательно изучил единственный, бессмертный трактат "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу" французского офицера Никола Леонара Сади Карно (1796-1832). По мысли Карно, в максимально экономичном двигателе нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо лишь "изменением объема", т.е. быстрым сжатием. Когда же топливо вспыхнет, надо ухитриться поддерживать температуру постоянной. А это возможно только при одновременном сгорании топлива и расширении нагреваемого газа.

Дизель решил сжимать не горючее, а только воздух, и к концу сжатия впрыскивать в цилиндр жидкое топливо под высоким давлением. Эти соображения изложены Дизелем в работе "Теория и конструкция рационального теплового двигателя". В начале своих изысканий он попытался создать двигатель, работающий на угольной пыли, но безрезультатно. Лишь когда Дизель использовал в качестве горючего частично очищенную нефть, он добился заметных результатов. Была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций.

В 1892 г. Дизель получил патент, оказавшийся одним из самых дорогостоящих в мире. А затем опубликовал описание двигателя. Никогда еще теоретические построения не вызывали такого огромного интереса среди специалистов. Однако большинство оценивало идею как практически неосуществимую. Тем не менее, Дизель верил в свою машину. Первый опытный двигатель был построен уже в 1893 г. в Аугсбурге. Постройкой руководил сам Дизель. Сразу же приступили к испытаниям, а одновременно и к созданию новых опытных образцов двигателя, которое продолжалось свыше трех лет.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос и сделал его многосекционным. Такие топливные насосы высокого давления до сих пор широко используются в автомобилестроении. Данный насос заменил воздушный компрессор, который применялся до этого, и сделал возможным увеличение частоты вращения дизельного двигателя. Востребованный в таком виде быстроходный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях.

В 50 - 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьезное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей. В дальнейшие годы происходит рост популярности дизеля на легковых и грузовых автомобилях, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время предлагают как минимум по одной модели с дизельным двигателем.

Новейшая история дизельного двигателя началась в 1997 г. Десять лет назад компания Bosch первой в мире выпустила на рынок систему Common Rail для легковых автомобилей. Первыми моделями, оснащенными этой технологией, стали Alfa Romeo 156 JTD и Mercedes-Benz 220 CDI.