كان كغيره من المخترعين البارزين في القرن ال19 ورجال الأعمال والمفكرين، يسعى المهندس البريطاني جيمس أتكينسون إلى طرق لتحسين محرك أوتو four-stroke الذي أنتج لأول مرة في عام 1876.
المحرك الذي حصل على براءة اختراعه في عام 1882 كان يحتوي على Stroke متغير من خلال تصميم متعدد الوصلات بين المكبس (piston) ودولاب الموازنة (flywheel).
في حين أن محركات أتكينسون لم تكن ناجحة، دورته الحرارية لا تزال في استخدام واسع، وخاصة في السيارات الهجينة الغاز والكهرباء. الميزة الرئيسية هي كفاءة أعلى من محرك أوتو، ولكن مع فقدان بعض القوة على السرعة المنخفضة.
دورة أتكينسون مثالية للسيارات الهجينة فالمحرك الكهربائي يعوض عن انخفاض القوة في السرعة المنخفضة.
دورة أتكينسون تؤخر إغلاق صمام السحب (intake valve) حتى يكمل المكبس 20-30 في المئة من حركته الصعودية خلال الضغط. ونتيجة لذلك، بعض المزيج الجديد سيجبر على العودة إلى مشعب السحب (intake manifold) بواسطة المكبس الصاعد حتى لا يتم شغل الاسطوانة تماما (وبالتالي تخفيض الطاقة عند السرعات المنخفضة).
وتأتي حصيلة هذه الطريقة بعد الاشتعال (ignition) عندما يبدأ المكبس حركته نزولاً في مرحلة القوة (power stroke). وتماشيا مع تفكير أتكينسون الأصلي، التقصير بمرحلة السحب جنبا إلى جنب مع التوسيع الكامل بمرحلة القوة يمكن من إستخراج المزيد من العمل من كل زيادة من الوقود.
في معظم المحركات، يتم تعيين نسبة ضغط عالية للمحرك في السعي وراء القوة والكفاءة. نسب الضغط والتوسع (Compression and expansion ratio) هي نفسها في محرك أوتو. أتكينسون يفوز على الكفاءة لأن نسبة التوسع أكبر بكثير من نسبة الضغط.
فيما المهندس الأمريكي رالف ميلر توافق مع براءات اختراع أخرى مفيدة في عام 1957. وكان القصد من دورته الاستخدام للمحركات التي تعمل على البنزين أو الديزل أو الوقود الغازية مثل البروبان. العنصر المضاف هو الشحان (supercharger) الذي يزود المحرك بهواء مضغوط ومبرد للتعويض عن الطاقة المفقودة عند السرعة المنخفضة مع فكرة أتكينسون.
وابتكر ميلر أيضا “صمام التحكم في الضغط” للتنفيس عن الضغط الزائد من غرفة الاحتراق في بعض الأحيان. مازدا ميلينا، عام 1994، كانت السيارة الأبرز في استخدام دورة ميلر.
