دیزل با ترمودینامیک و محدودیت‌های نظری و عملی موثر بر بهره‌وری سوخت آشنایی داشت. او می‌دانست که حتی بهترین موتورهای بخار نیز تنها بین ۱۰ تا ۱۵ درصد راندمان ترمودینامیکی دارند که این خود به معنای هدررفتن نزدیک به ۹۰ درصد از انرژی موجود در سوخت بود. او کار طراحی موتور را با هدف بهره‌وری بیشتر آن شروع نمود و تلاش داشت تا موتوری را بر پایهٔ چرخه کارنو طراحی نماید. اما از این طرح منصرف شد و کار بر روی طرحی از خود را آغاز نمود که بعدتر به‌افتخارش موتور دیزل نام گرفت. در موتور او تزریق سوخت پس از فرایند فشرده‌سازی انجام می‌گرفت و این سوخت بر اثر حرارت بالای ناشی از فشرده‌سازی، مشتعل می‌گردید. او در ۱۸۹۳ کتابی را با عنوان Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren (تئوری و ساخت موتورهای حرارتی به‌عنوان جایگزینی برای موتورهای بخار و دیگر موتورهای احتراقی روز) در برلین منتشر ساخت و موفق شد تا بر اساس نظر و طرح خود موتوری را بسازد که کار می‌کرد. این موتور و موتورهای پس از آن امروزه به نام موتور دیزل ( دیزل ژنراتور) شناخته می‌شوند . 
در فاصلهٔ سال‌های ۱۸۹۳ تا ۱۸۹۷ هاینریش فون بوتز، مدیر ام آ ان در اگزبورگ، این موقعیت را برای دیزل فراهم آورد تا به آزمایش و توسعهٔ طرح‌هایش بپردازد. هم‌چنین رودلف دیزل موفق شد تا طرح خود را در آلمان و کشورهای دیگری همچون ایالات متحده آمریکا به‌ثبت برساند