Pri Atkinsonovem motorju gre za tip bencinskega motorja na notranje izgorevanje, ki ga je okrog leta 1882 izumil angleški izumitelj James Atkinson. Izvirni Atkinsonov motor je omogočal sesanje, stiskanje, izgorevanje in izpuh štiritaktnega ciklusa v le enem vrtljaju ročične gredi, mišljen pa je bil kot »obvod« patentov, s katerimi je Nicolaus Otto zaščitil svoj štiritaktni motor.
V konvencionalnem in najbolj razširjenem štiritaktnem motorju, znanem tudi kot Ottov motor, imata kompresijski in izgorevalni takt enako kompresijsko razmerje. To pomeni, da se sveža zmes goriva in zraka v valjih vedno stisne v enakem razmerju, ki na primer znaša 10:1, po vžigu pa se komora pod vplivom zgorevanja vedno razširi na enak volumen. Težava pri tem je, da največje kompresijsko razmerje za najboljši izkoristek energije ni vedno enako največjemu razmerju, ki ga še omogočajo zgorevalne lastnosti bencina.
Pomanjkljivosti Ottovega motorja
Če motorju povečujete kompresijo, dosežete točko, ko se zmes zraka in goriva v valjih začenja spontano vžigati še pred učinkovitim trenutkom, se pravi, ko je bat končal pot navzgor in je že pripravljen na pomik navzdol. Temu pravimo detonacijski vžig oziroma klenkanje. Povzroči lahko zelo hude poškodbe motorja, poleg tega pa mu odvzame tudi precej moči, saj zgorevalni plini na bat pritisnejo ko se še vedno pomika proti izgorevalni komori. Klenkanje se sicer odpravlja tudi s povečevanjem oktanskega števila goriva.
Največje uporabno ekspanzijsko razmerje motorja je po drugi strani veliko višje in seže do 25:1. To pomeni, da se prostornina valjev v spodnji točki poti motornega bata poveča kar za 25-krat glede na njegovo zgornjo točko. Učinkovitost ekspanzije se sicer korenito zmanjša pri razmerju 17:1, kar pa je še vedno veliko več od največjega kompresijskega razmerja. Ottov ciklus zato ne more biti maksimalno učinkovit, saj se njegovo ekspanzijsko razmerje ne more nikoli dvigniti nad kompresijskega.
Pomebno je tudi vprašanje sesalnih izgub. Hitrost Ottovega cikla je omejena s količino zraka, ki pride v valj. Zmes zraka in goriva se običajno giblje v razmerju 1:14,3, kar pomeni, da na vsak gram goriva v motorne valje vstopi 14,3 grama zraka. Ko motor deluje z zmanjšano močjo, je torej treba zmes obogatiti in omejiti vstop zraka v valj. To običajno regulira dušilna loputa, ki pa povzroči tudi podtlak v razdelilniku. Ker motorji le redko delujejo pri polni moči, pretežno sesajo gorivno zmes pod manjšim tlakom od tlaka okolice. Ko torej motorni bat sesa gorivno zmes, je tlak nad njim manjši od tlaka pod njim, zato je dodatno obremenjen s premagovanjem razlike med njima.
Spreminjanje količine goriva
Atkinson je poiskal rešitev teh težav. Ugotovil je, da je moč motorja mogoče spreminjati s spreminjanem količine zmesi zraka in goriva, ki vstopa v zgorevalno komoro. Se pravi, da namesto spreminjanja razmerja v gorivni zmesi spreminjamo količino vedno enake gorivne zmesi, ki jo bat vsrka v valj. Ker ni več potrebe po dušilni loputi, se s tem izenačita tudi tlaka nad in pod bati. Na takšni teoretični osnovi je razvil tudi motor z zapletenim sklopom okoli ročične gredi, ki je glede na motorne vrtljaje omogočal različne hode bata med sesalnim in delovnim taktom. Kompresijsko razmerje je bilo zato odvisno od krajšega hoda bata med sesalnim taktom, ekspanzija pa je bila odvisna od podaljšanega hoda bata, ki je izkoristil polno prostornino valja.
Atkinson je s svojim posegom omilil obe zgoraj omenjeni težavi, vendar pa je bil mehanizem, ki je omogočal različne hode batov, zelo zapleten. S tem se niso le povečale možnosti okvar, ampak tudi izgube zaradi medsebojnega trenja motornih delov. Ker je imel novi motor nazadnje več slabosti kot prednosti, je vse do polovice dvajsetega stoletja pretežno ostal le zanimiva posebnost.
Millerjeva izboljšava
Leta 1947 pa se je ameriški inženir Ralph Miller lotil njegovih izboljšav in rešil obe težavi. Namesto, da bi spreminjal dejanski hod batov, je ugotovil, da je mogoče po koncu sesalnega takta preprosto zakasniti zapiranje sesalnih ventilov. Ko je bat potoval po valju navzgor, sprva še ni stiskal gorivne zmesi, ampak jo je skozi še vedno odprti vstopni ventil potisnil nazaj v vstopni razdelilnik. Stiskanje je torej potekalo le med trenutkom, ko se je sesalni ventil zaprl in trenutkom, ko je bat dosegel zgornjo mejo hoda. Z dinamičnim spreminjanjem časa zapiranja sesalnega ventila je bilo torej mogoče spreminjati kompresijsko razmerje motorja in ga spustiti pod ekspanzijsko. Slednje se je po drugi strani lahko približalo idealnemu razmerju 17:1, ki je potrebno za učinkovitejši izkoristek izgorevalne energije.
Atkinsonov motor zato v primerjavi z Ottovim motorjem kljub temu žrtvuje nekaj moči, saj v njem v vsakem ciklusu zgori manj goriva. V njem tudi ni mogoče uporabljati obogatene zmesi, s katero Ottovi motorji dosežejo večji navor ter boljše pospeške, zato je šibkejši predvsem v nižjih območjih vrtljajev. Precej ozko je tudi koristno območje motornih vrtljajev.
Motor za hibride
V zadnjem času pa se je kljub njihovim slabostim tudi za Atkinsonove motorje našlo področje, na katerem je mogoče izkoristiti predvsem dober potencial pri izkoristku goriva. To so hibridni avtomobili. Bencinski motor v takšnih avtomobilih lahko pretežno deluje v najbolj učinkovitem območju vrtljajev, ki se ponavadi giblje med 55 in 65 odstotki največje moči, ter svojo moč pretežno pretvarja v elektriko in ne toliko v gibanje. Manjša moč in navor v nižjem območju vrtljajev namreč nadomesti električni motor, ki je tudi pri razmeroma majhni moči razpolaga z veliko navora.
