Kilka firm, np. Toyota, podaje, że niektóre silniki pracują w cyklu Otto lub Atkinsona i osiągają niewiarygodną sprawność rzędu 41%. Na czym polega cykl Atkinsona?
W 1882 r. James Atkinson skonstruował silnik, w którym dzięki skomplikowanemu układowi popychaczy łączących tłoki z wałem korbowym suw pracy był dłuższy od suwu sprężania. Dzięki temu w momencie rozpoczęcia suwu wydechu ciśnienie gazów spalinowych było już właściwie równe atmosferycznemu, a ich energia w pełni wykorzystana. Sprawność silnika Atkinsona jest więc wyższa, gdyż niemal cała energia gazów spalinowych jest wykorzystana do poruszania tłoka.
W cyklu Otto, który jest powszechny, działa to trochę inaczej. Na początku suwu ssania otwiera się zawór ssący, przez który pod wpływem cofającego się tłoka z kolektora dolotowego zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna. Przed rozpoczęciem suwu sprężania zawór ssący zamyka się, a poruszający się do góry tłok spręża mieszankę. Tuż przed maksymalnym górnym położeniem tłoka pod wpływem iskry elektrycznej następuje zapłon mieszanki. Powstałe w gazy spalinowe, rozprężając się, popychają tłok w dół (suw pracy). Gdy tłok ponownie porusza się do góry, otwiera się zawór wylotowy, przez który spaliny opuszczają cylinder (suw wydechu).
We współczesnych silnikach tłok w każdym z suwów pokonuje tę samą drogę, ale, zgodnie z cyklem Atkinsona, efektywny suw sprężania jest krótszy od suwu pracy. Uzyskano to dzięki mechanizmowi zmiennych faz rozrządu. Po prostu zawór ssący zamyka się chwilę po rozpoczęciu suwu sprężania. W ten sposób część mieszanki paliwowo-powietrznej jest cofana do kolektora ssącego. Ma to dwojakie konsekwencje: ilość gazów spalinowych powstałych z jej spalenia jest mniejsza i jest w stanie rozprężyć się całkowicie przed rozpoczęciem suwu wydechu, przekazując prawie całą energię tłokowi, a sprężanie mniejszej ilości mieszanki wymaga mniejszej ilości energii, co zmniejsza wewnętrzne straty silnika.
W praktyce, gdy napęd samochodu nie wymaga użycia dużej energii, np. podczas spokojnej jazdy, silnik pracuje w cyklu Atkinsona. W pozostałych przypadkach, np. podczas przyspieszania, silnik pracuje w cyklu Otto.
W rozbudowanych systemach tzw. zmiennych faz rozrządu zmienia się nie tylko moment otwarcia zaworów dolotowego i ssącego, lecz także ich wznios.