在传统工艺中，一台汽车引擎在设计、制造完成后，它的活塞往复冲程就是固定的，这也意味着发动机的压缩比基本等于 汽缸内的膨胀比。这种热机循环模式被运用了将近100年，名为奥拓循环，现在马路上行驶的燃油汽车，引擎基本还采用着这种运行方式。
然而，在1882年，一名叫James Atkinson的工程师独具创新的将一组连杆加在了曲轴连杆上，巧妙地让活塞往复行程变成了一长一短的间歇式动作，让引擎的做功冲程大于进气冲程，有效的改良了进排气情况，更长的膨胀（做工）行程可以更有效地利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。后人将这种循环形式的内燃机称之为阿特金森发动机。
膨胀比大于压缩比是阿特金森发动机最大的特点，它对燃料的利用率更高，有着更好的热效率，但是由于多加了一组连杆机构，使整体设计更加复杂，不仅造成经济成本的增加，也不利于故障率控制。另外，这种结构的引擎有一个最大的弊端：低转速时扭矩输出极弱，几乎无法应对高负荷运行的工况，因此，阿特金森发动机在汽车上一直没有被大规模应用，它更多出现在船舶或发电设施上。
