При певних умовах в двигунах з іскровим запалюванням можуть виникати порушення процесу згоряння — самозапалювання робочої суміші (до моменту утворення іскри). Таке мимовільне запалювання називається детонацією, і зазвичай супроводжується характерним стуком. При цьому поршні, підшипники, головка блоку циліндрів та прокладка головки блоку циліндрів піддаються значним механічним та температурним навантаженням внаслідок виникаючих при детонаційному згорянні високих температурах та скачках тиску. Тривале детонаційне згоряння призводить до прогоряння днища поршнів та пошкодженняя клапанів, а також задирів поршнів, що призводить до руйнування двигуна.

Виникнення детонаційного згоряння

Свічка запалювання запалює робочу суміш наприкінці такту стиснення незадовго до досягнення поршнем ВМТ. До повного запалювання суміші в залежності від числа обертів проходить декілька мілісекунд, тому основне згоряння відбувається після ВМТ.

Фронт полум'я розповсюджується від свічки запалювання. При підйомі поршню зростає тиск, а внаслідок згоряння суміші в камері згоряння утворюється додаткове підвищення температури і тиску. Це призводить до подальшого стискання ще не згорівшої суміші. Температура стисненої суміші може піднятись настільки, що в окремих місцях вона займається мимоволі. Результатом цього є детонація і неконтрольоване згоряння.

Швидкість фронту полум'я при детонації перевищує швидкість фронту полум'я від свічки запалення (близько 20 м/с) приблизно у 10-100 разів. при даному неконтрольованому згорянні виникають хвилі стиснення, що сферічно розповсюджуються від центру згоряння. Ці хвилі впливають на стінки циліндра, викликаючи в двигуні типові металеві стуки високих тонів ("дзвін").

Додаткові фронти полум'я можуть виникати в гарячих місцях камери згоряння — даний процес називають калильним запалюванням. Причиною цього можуть бути, наприклад, свічки запалення з дуже низьким калильним числом, які в прцесі експлуатації можуть нагрітись занадто сильно. Калильне запалювання призводить до детонаційного згоряння у тих випадках, коли запалювання суміші починається до появи електричної іскри між електродами свічки.

Детонаційне запалювання ("стук двигуна") може виникати при любих обертах колінчастого валу. Однак на високих обертах воно вже не сприймається на слух, оскільки стуки від детонаційного згоряння заглушуються шумом від роботи двигуна.

Фактори, що впливають на виникнення детонаційного згоряння

• Дуже ранній кут випередження запалювання: тиск в камері згоряння і, як наслідок, підвищення температури досягають тим більших значень, чим раніше свічка запалювання підпалює суміш.

• Висока щільність заряду в циліндрі: чим вищий потрібний крутний момент двигуна, тим більше щільність заряду в циліндрі. Це може призвести до підвищеної температури при стисненні.

• Сорт палива: паливо з більш низьким октановим числом відрізняється зменшеною детонаційною стійкістю. Тому необхідно заправляти автомобіль тим сортом палива, який зазначений виробником.

• Занадто велика ступінь стиснення: наприклад, якщо встановлена більш тонка, ніж визначено конструкцією, прокладка головки блоку циліндрів, наслідком чого буде збільшена ступінь стиснення. Це призведе до більш високих температур і тиску суміші при стисненні. Незначне підвищення тиску стиснення відбувається також внаслідок відкладень та нагароутворення в камері згоряння.

• Недостатнє охолодження: неефективне охолодження двигуна впливає на підвищення температури суміші в камері згоряння.

• Неправильна геометрія: невдала геометрія камери згоряння, а також невідповідне завихрення робочої суміші (як наслідок невдалої геометрії впускного трубопроводу) також підвищують вірогідність виникнення детонаційного згоряння.

Для надійного запобігання детонаційного згоряння на всіх робочих режимах в системах запалювання, що не мають датчиків детонації, підтримується інтервал безпеки до граничного значення момента запалювання, що дорівнює приблизно 5...8° кута повороту колінчастого валу.

Системи запалювання, що можуть виявляти детонацію, використовують для цього один або декілька датчиків детонації, що реєструють наявність акустичних коливань (стуків) в двигуні. По електричному сигналу датчиків електронний блок керування (ЕБК) розпізнає окремі випадки детонаційного згоряння. При надходженні таких сигналів він змінює кут випередження запалювання в напрямку запізнення, і тим самим запобігає тривалому детонаційному згорянню. При зникненні детонації кут випередження запалювання знову повільно зміщується у бік випередження. Це відбувається до тих пір, доки не буде досягнуто завдане значення кута, або доки від датчика не надійде повторний сигнал детонаційного згоряння. 

Процеси слабкого детонаційного згоряння, які при цьому виникають, не шкодять двигуну. Навпаки, це призводить до того, що відкладення, які утворюються в камері згоряння під впливом присадок до палива та моторного масла, відшаровуються від стінок камери та згоряють чи викидаються разом з відпрацьованими газами.