Досліджено механізми процесів запалювання та горіння, стимульованих рівноважною та нерівноважною плазмою (НП) розрядів з метою вдосконалення процесу згоряння та зниження токсичності вихлопних газів у двигунах внутрішнього згоряння. Запропоновано класифікацію процесів горіння, стимульованих плазмою, та наведено математичну модель і методику їх розрахунків з урахуванням теплової й іонізаційної нерівноважності. На базі кінетичного підходу запропоновано математичну модель запалювання НП імпульсного наносекундного розряду. Встановлено нові механізми взаємодії плазми розрядів з турбулентним потоком газу та запалювання НП за умов високого тиску. Наведено нові дані щодо впливу НП на мінімальну енергію запалювання. Експериментально встановлено зниження токсичності вихлопних газів двигуна за його роботи на системі запалювання НП. Наведено вимоги та розроблено практичні рекомендації щодо застосування систем запалювання на базі наносекундного імпульсного розряду, виконання яких забезпечує зниження токсичності вихлопних газів двигунів і зменшення витрати палива.