Kết quả thu được từ những nghiên cứu của Thomas Midgley (1889-1944) và Sir Harry Ricardo (1885-1974) đã chứng minh điều đó. Để đạt được năng lượng tối đa từ xăng, hỗn hợp khí nén nhiên liệu - không khí trong buồng đốt cần phải được đốt cháy một cách điều hoà. Bắt đầu từ khi bugi đánh lửa, bề mặt ngọn lửa lan toả một cách đồng đều trong xi-lanh với tốc độ khoảng 20-25 m/s và đốt cháy hết hoà khí nhiên liệu - không khí ở những vùng mà nó đi qua.
Quá trình cháy điều hoà sinh ra các bức xạ quang nhiệt đốt nóng vùng khí chưa cháy phía trước và nếu nhiên liệu có khả năng chống kích nổ tốt, hỗn hợp nhiên liệu - không khí ở vùng này sẽ không bị cháy trước khi bề mặt lửa lan tới, chúng sẽ cháy một cách tuần tự cho đến khi toàn bộ khí trong xi-lanh cháy hết, bằng cách đó, nhiên liệu sẽ cung cấp một lực đẩy có năng lượng tối đa lên piston.
Trong thực tế, có hàng loạt các phản ứng tiền kích nổ diễn ra ở vùng khí chưa cháy trong buồng đốt trước khi bề mặt lửa từ bugi ập đến. Các phản ứng tiền cháy nổ đó tạo ra các phân tử hay các gốc hoá học có khả năng tự bốc cháy bởi các bức xạ quang nhiệt với tốc độ cháy đạt khoảng 1.500-2.500 m/s, nhanh gấp hàng trăm lần tốc độ cháy bình thường.
Với tốc độ cháy như vậy chúng sẽ gây ra sự tăng đột ngột áp suất trong xi-lanh, giá trị áp suất tức thời tại thời điểm xảy ra hiện tượng kích nổ mà máy ghi áp lực ghi được là 160 atm, gấp nhiều lần so với áp suất vận hành ở chế độ cháy bình thường. Tuy nhiên, áp suất tổng hợp tối đa tác động lên bề mặt piston lại không khác mấy so với áp suất vận hành bình thường. Nguyên nhân là do sự bù trừ áp suất của hai khối khí ngược chiều nhau: Một sinh ra từ bề mặt lửa lan truyền từ bugi và một sinh ra từ các điểm tự kích nổ.
Hiện tượng kích nổ làm tiêu hao năng lượng, giảm sức mạnh của động cơ do năng lượng nhiệt thu được không dùng để sinh công hữu ích, áp suất sinh ra từ các điểm tự cháy chủ yếu tạo ra các sóng hơi xung động va đập vào thành xi-lanh, máy nổ rung giật và làm nóng động cơ một cách bất thường, đồng thời, sóng nén sinh ra từ các vị trí kích nổ cộng hưởng với sóng nén chính tạo ra nút giao thoa và phát ra những tiếng kêu “lốc cốc”.
Người sử dụng phương tiện giao thông ngày nay có thể không quan tâm nhiều đến hiện tượng này. Nhưng các nhà phát triển động cơ lỗi lạc ở đầu thập niên 20 của thế kỷ trước đã không thể tin nổi khi chứng kiến cảnh chỉ trong vài phút, piston, chốt piston rạn nứt, vòng găng (séc-măng) vỡ thành từng mảnh, bộ truyền động, hộp số, trục cam bị mài mòn, và cuối cùng toàn bộ hệ thống động cơ bị phá huỷ bởi sự kết hợp giữa sóng áp suất mạnh với hiện tượng quá nhiệt.
Trọng Nghiệp
