ระยะเวลาจากจุดเกิดความดันระเบิดจนถึงจุดที่เกิดอุณหภูมิการเผาไหม้สูงสุดคือขั้นตอนการเผาไหม้หลัก
ลักษณะของขั้นตอนนี้คือการฉีดเชื้อเพลิงได้สิ้นสุดลงเชื้อเพลิงส่วนใหญ่จะถูกเผาในช่วงเวลานี้ประมาณ 80% ของความร้อนทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมาและอุณหภูมิก๊าซเพิ่มขึ้นถึงจุดสูงสุด อย่างไรก็ตามเนื่องจากการเคลื่อนที่ลงของลูกสูบปริมาตรกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นดังนั้นความดันในกระบอกสูบจึงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก อุปทานน้ํามันสิ้นสุดลงในขั้นตอนนี้