1892年,德國機械工程師狄塞爾取得了在內燃機中使用壓縮點火的專利。他希望通過提高壓縮比來提高熱效率,利用壓縮氣體產生的高溫來點火,不但省去火裝置和汽化器,而且可以用比汽油便宜的柴油做燃料。狄塞爾經過5年的艱難實驗,終於在1897年製成了第一台具有實用價值的高壓縮型自動點火內燃機,即壓燃式柴油機。它加長了燃燒過程前的壓縮過程,這是內燃機技術的第二次突破。
狄塞爾發動機能將35%的燃料潛能轉變成動力,而當時最有效的汽油發動機卻只能將28%的燃料潜能转变成动力。狄塞尔发动机的缺点是重量大,噪声大,燃烧重油时排出大量的废气非常令人讨厌。
狄塞尔在有生之年只看到他的发动机的巨大成功的开端。现在,他的发动机被用来为载重汽车,公共汽车,出租汽车,小船,发电站和铁路机车提供动力。狄塞尔1913年在经济上陷入了绝境,从在英吉利海峡航行的一艘轮船上跳海自杀。
柴油机在1914年以前发展缓慢,1914~1918年第一次世界大战期间,迫于战争的需要才开始大量生产柴油机。但柴油机的广泛应用是在1950年左右。在此之前,喷油泵的不完善,严重限制和影响了柴油机的使用。
柴油机在1898年被首先用于固定式动力上。1902年开始用于商船动力,1904年装在了海军舰艇上。1912年第一台柴油机车研制成功。1920年左右应用于汽车及农业机械。1932年德国制成容托航空柴油机,1936年至1939年负有盛名的容克式航空柴油机制成。
早期的柴油机均系四冲程,1899年德国工程师雨果·古尔德纳成功地制造出了二冲程发动机,它可以把采用相同气缸的四冲程柴油机的功率提高60%~80%。但古尔德纳却以埃克哈特的名义申请他的二冲程柴油机的专利,并让奥格斯堡机械厂来生产这种柴油机。到1936年美国通用汽车公司使用的小功率柴油机都采用了二冲程型式。二冲程柴油机结构简单,价廉。但它的燃油及润滑油耗量较高,冷却较难,耐用性较差。