低速柴油機(jī)和部分中、高速柴油機(jī)主要用無(wú)渦流的開(kāi)式燃燒室。燃燒室由氣缸蓋底面和活塞頂面形成，具有一定形狀的整體空間。多孔噴油器(6～10孔)能使燃油霧化良好，并均勻分布在燃燒室空間。因此，開(kāi)式燃燒室中的燃燒屬于典型的空間式燃燒過(guò)程，要求燃燒室與油束形狀和分布相配合。它的優(yōu)點(diǎn)是燃料消耗率低，起動(dòng)容易；缺點(diǎn)是燃料霧化要求高，難于適應(yīng)變轉(zhuǎn)速工作。
    小型高速柴油機(jī)大多采用有渦流的半開(kāi)式燃燒室。這種燃燒室又分為多種類(lèi)型，主要有油膜式燃燒室和復(fù)合式燃燒室等。
    油膜式燃燒室是1956年由德國(guó)的莫勒所發(fā)明。燃燒室位于活塞頂內(nèi)，呈球形。燃料噴向燃燒室壁面，大部分燃油在強(qiáng)渦流作用下噴涂在燃燒室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油霧化分布在燃燒室空間并首先著火，隨后即引燃從壁面上蒸發(fā)的燃料。這種燃燒室可使工作過(guò)程柔和，燃燒完全，聲輕無(wú)煙，并可使用輕質(zhì)燃料；缺點(diǎn)是低溫時(shí)起動(dòng)較困難。
    復(fù)合式燃燒室是1964年由中國(guó)的史紹熙等發(fā)明，燃燒室在活塞頂內(nèi)呈深盆形，口部略有收縮，用特殊形狀的進(jìn)氣道形成進(jìn)氣渦流，采用單孔軸針式噴油器。噴油器軸線與燃燒室壁面基本平行，燃料噴向燃燒室的周邊空間。在渦流作用下，粗大的油粒散落在燃燒室壁面上形成油膜，細(xì)小的油粒在空間與空氣混合。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，燃燒室渦流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃燒的特點(diǎn)；而在低轉(zhuǎn)速和起動(dòng)時(shí)，渦流速度低，空間混合的燃料量增多，具有空間式燃燒的特點(diǎn)，能改善冷起動(dòng)性能。
    復(fù)合式燃燒室把油膜蒸發(fā)混合燃燒與空間混合燃燒合理地結(jié)合起來(lái)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，故又稱為復(fù)合式燃燒系統(tǒng)，其工作過(guò)程柔和，可燃用多種燃料，對(duì)噴油系統(tǒng)要求低，而且起動(dòng)容易。缺點(diǎn)是低負(fù)荷排氣中未燃的碳?xì)浠锖枯^高。
    預(yù)燃式燃燒室由預(yù)燃室和主燃燒室兩部分組成。預(yù)燃室在氣缸蓋內(nèi)，占?jí)嚎s容積的25～40%，有一個(gè)或數(shù)個(gè)通孔與主燃燒室連通。燃料噴入預(yù)燃室中，著火后部分燃料燃燒，將未燃的混合物高速噴入主燃燒室，與空氣進(jìn)一步混合燃燒。這種燃燒室適用于中小功率柴油機(jī)。
    渦流式燃燒室由渦流室和主燃燒室組成。渦流室位于氣缸蓋上，呈球形或倒鐘形，占總壓縮容積的50～80%，有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程時(shí)，壓入渦流室的空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流運(yùn)動(dòng)，促使噴入其中的燃料與空氣混合。著火后混合物流入主燃燒室，形成二次流動(dòng)，進(jìn)一步與主燃燒室內(nèi)的空氣混合燃燒。
    渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室都用軸針式噴油器，噴油壓力較低，工作可靠；由于渦流室內(nèi)渦流隨轉(zhuǎn)速增高而加強(qiáng)，柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)柴油和空氣仍能很好地混合。
    渦流室式柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)/分以上，工作過(guò)程柔和，排氣中有害成分較少。但散熱損失和氣體流動(dòng)損失大，而且后燃較嚴(yán)重，故燃料消耗率較高；冷車(chē)起動(dòng)困難，往往需要加裝預(yù)熱塞。
    柴油機(jī)具有熱效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。隨著強(qiáng)化程度的提高，柴油機(jī)單位功率的重量也顯著降低。為了節(jié)能，各國(guó)都在注重改善燃燒過(guò)程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。