Il motore a ciclo Atkinson è un tipo di propulsore a combustione interna, inventato da James Atkinson nel 1882 e successivamente perfezionato da Ralph Miller, caratterizzato da un ciclo di funzionamento alternativo a un comune ciclo Otto, così da compensare una diminuzione di potenza con una superiore efficienza.
In un motore a quattro tempi l’energia sviluppata dalla combustione viene trasformata in potenza durante la fase di espansione dei gas nel cilindro. Maggiore è il rapporto di espansione, maggiore è la cavalleria che può essere sviluppata. Nei motori a ciclo Otto, il rapporto di compressione è solitamente uguale a quello di espansione, quindi per incrementare il secondo è necessario agire nella stessa misura anche sul primo. Tuttavia, il rapporto di compressione non può essere innalzato oltre un certo limite, poiché pressioni e temperature raggiungerebbero valori pericolosi, facendo insorgere fenomeni di detonazione nel caso dei motori alimentati a benzina. Nel ciclo Atkinson, il problema viene risolto anticipando la chiusura delle valvole di aspirazione durante la loro fase, oppure ritardandola durante la fase di compressione.
Con il sistema Atkinson accade così che il rapporto di compressione sia inferiore rispetto a quello di espansione. È infatti un ciclo ad alto rendimento termodinamico, ma a bassa potenza specifica; circa 2/3 di un pari cilindrata a ciclo Otto. Rovescio della medaglia, riducendo il volume dell’aria aspirata, si riduce anche la quantità di combustibile bruciato a ogni ciclo. Ecco perché il ciclo Atkinson è spesso abbinato alla sovralimentazione – la specialità di Ralph Miller – o all’alimentazione ibrida, come nel caso di Toyota che da generazioni adotta il ciclo Atkinson per il propulsore a benzina della Prius. In quest’ultimo caso, infatti, è il motore elettrico a supplire alla minore potenza dell’unità endotermica, a fronte di consumi particolarmente contenuti.