柴油机可燃混合气在燃烧室内的形成，虽然与燃料的雾化状况有密切关系，但还需要有适当形状的燃烧室相配合，合理地形成燃烧室内气流运动，促进燃料迅速而均匀地与空气混合，并迅速地分布到整个燃烧室的每一角落，从而使燃烧过程更为完善。
按柴油机结构特点和混合气形成的方法不同，燃烧室可分为两大类型：
(1)统一式燃烧室统一式燃烧室又称直接喷射式燃烧室，它由活塞顶与汽缸盖内壁所包围形成的单一内腔。采用这类燃烧室时，一般配用多孔喷油器，将燃料直接喷射到燃烧室中，借助喷出油束的形状与燃烧室的形状相吻合，以及燃烧室内的空气涡流运动，迅速形成混合气。统一式燃烧室常用的有下面几种：
①w形燃烧室：w燃烧室由气缸盖内壁和活塞顶的w形深凹坑构成。燃油的大部分由多孔喷油器以19600kPa的压力喷入燃烧室后，均匀地以雾状分布在燃烧室空间，吸收室内高温空气的热量而蒸发，并与空气混合。另有少量燃油被喷射到燃烧室壁面，形成油膜，在燃烧开始后才加速蒸发参与燃烧，因此，这种燃烧室要求喷油压力较高。
w形燃烧室形状比较简单，结构紧凑，散热面积小，热效率高，有利于冷车启动，但由于一部分燃油直接喷散在空腔中，在着火延迟期内形成的混合气多，同时参加燃烧的油量也很多，因而导致汽缸内压力升高较大，工作比较粗暴。6135G型、Z12V190B型、B2-300型柴油机采用这种w形燃烧室。
②球形燃烧室:球形燃烧室位于活塞顶中央，在活塞顶部加工成深凹状球形空间，汽缸盖上有螺旋道或切向进气道，可使进气时形成绕汽缸轴线转动的高速空气流。工作时，喷油器将柴油顺气流旋转方向沿燃烧室切线方向喷射，在强烈的进气涡流作用下，使燃油分布在燃烧室壁表面，形成一层很薄的油膜，在较低的温度下蒸发，蒸发出的油气与空气混合成均匀的混合气。
这种燃烧室由于油膜是逐层蒸发的，柴油机工作比较柔和，燃烧噪音较小，冒烟程度大为改善，经济性和动力斡指标也较高，并可使用多种柴油，其缺点是冷车启动较困难。120系列柴油机采用这种燃烧室。
③U形燃烧室：U形燃烧室位于活塞顶正中心，呈“U”字形的凹坑。喷油方向基本上与空气涡流运动方向垂直。有一个很小的顺气流趋向的偏角，使一部分燃油在涡流的作用下，沿燃烧室壁画分布成油膜；另一部分则产生空间雾化。两者的比例与柴油机运转情况有关，当柴油机转速较高时，气流运动增加，油膜形成增多，具有油膜蒸发燃烧特点，而在低速运转或启动时，气流速度低，使空间雾化燃油增多，具有空间燃烧的特点，从而改善了冷车启动的性能。U形燃烧室对高速和低速适应性都较好，而且还具有能适应多种规格的柴油，对柴油喷射系统要求也较低。
(2)分隔式燃烧室分隔式燃烧室内腔分隔为两部分，一部分位于活塞顶与汽缸盖下平面之间，燃烧过程主要在此空间进行，称为主燃室，另一部分则位于汽缸盖内，称为辅助燃烧室。两部分空间由一个或几个通道相连，其型式有涡流室式和预燃室式两种。
①涡流室式燃烧室：涡流室式燃烧室是由涡流室和主燃室两部分所组成。两部分之间通过一个或数个通道相连通。通道方向与活塞顶倾斜一个角度并与涡流室相切。涡流室容积约占整个压缩容积的(50～80)%，喷油器安装在涡流室内，燃油顺涡流方向喷射。
柴油机在压缩过程时，汽缸内的空气被压人涡流室，产生强烈的有规律的旋转运动。柴油喷入涡流室，被强烈的涡流冲散形成均匀的可燃混合气，并着火燃烧，使涡流室内的气体压力和温度迅速升高。在工作冲程时，涡流室中未燃烧
的混合气和燃气一起，经通道流入主燃烧室，与主燃烧室中的空气进一步混合燃烧。
这种燃烧室，由于燃烧是在燃烧室的两个部分内进行的，因此，柴油机运转平稳对转速影响不敏感，对燃油喷射系统的要求不高，可用较低的喷油压力和较大孔径的喷油器。其缺点是，因涡流室部分在汽缸盖内，直接与冷却水接触，散热损失大，冷车启动较困难，燃油消耗率也较高。涡流室式燃烧室在中小型高速柴油机中采用较多。
②顶燃室式燃烧室：预燃室式燃烧室，它由汽缸盖内的预燃室和活塞顶部的主燃烧室两部分构成。两者之间由一个或多个孔道相通，喷油器安装在顶燃室中心线附件。
柴油机工作时，在压缩冲程中，空气进人预燃室时形成强烈紊流，柴油喷入预燃室时，依靠紊流作用，使一部分柴油雾化混合，部分柴油首先在预燃室内着火燃烧后，使预燃室内的压力和温度迅速升高，将预燃室中的混合气迅速喷人主燃烧室内，造成强烈的气体扰动，使大部分柴油在主燃烧室内进行第二次混合燃烧。
顶燃室柴油机对燃油喷射系统要求较低，可采用单孔喷油器，其喷油压力(7848～11772)kPa，但这种燃烧室热量损失较大，热效率较低，燃油消耗率也较大。由于混合气的形成部分依靠预燃室的炽热，因此，冷车启动比较困难。
