大部分汽车使用的汽油发动机都是四冲程的，也就是在一个运行周期里面曲轴转两圈活塞连杆经历进气、压缩、做功、排气四个冲程，这种运行方式已经使用了一百四十余年，在1876年由德国人奥托发明的，所以很多时候这种运行方式又称为奥托循环，在这里要重点提一下，这种发动机的压缩比和膨胀比是一样的，所谓压缩比就是发动机气缸总容积与燃烧室容积之比，至于膨胀比是指发动机做功冲程结束时的发动机气缸容积与开始做功时的气缸容积的比，在奥托发明的发动机里面这两个数据是一样的，奥托循环里面发动机的压缩冲程是从活塞下止点就开始的，一直压缩到上止点才结束，这一点与阿特金森、米勒循环存在很大的不一样，也可以说这是他们真正的区别。
阿特金森循环是由英国人詹姆士.阿特金森在1882年发明的，其实这是在奥托发动机上的一种改进，目的是使膨胀比大于压缩比，这样可以非常有效的改善发动机的效率，主要是通过使用一套比较复杂的曲柄连杆系统使得进气时的活塞冲程短，而做功时的活塞冲程长，从而达到膨胀比大于压缩比的目的。
阿特金森循环
发动机在排气行程中会将很大一部分能量浪费掉，阿特金森循环正是尽可能的利用了这部分被浪费的能量，提升了燃油经济性，同时做功冲程的加长使得发动机的扭矩也能提升，但是由于阿特金森循环要使用复杂的曲柄连杆机构导致发动机的成本大幅度增加、故障率也高，所以并未能在汽车上得到普及。
1940年美国工程师米勒发明了另一种可以使膨胀比大于压缩比的发动机，也称为米勒循环。这种发动机的目的是和阿特金森循环一样，但是它没有像阿特金森一样使用复杂的曲柄连杆机构，它是通过改变进气门关闭的时间来实现减小压缩比的，具体方法是将进气门的关闭时间延迟到压缩冲程的某个位置，这样在关闭进气门之前活塞已经离开下止点了，真正的压缩比就要从进气门关闭时活塞所处的位置计算，这样就使得实际的压缩比小于从下止点就开始计算的压缩比，而做功冲程的距离并没有改变，也就是做功冲程的距离大于真正的压缩冲程的距离。
由此可见，奥托循环是最初的四冲程发动机形式，而阿特金森循环和米勒循环则是提高四冲程发动机效率的一种技术手段，其中米勒循环又可以看成是阿特金森循环的升级版，因为这两种都是以使膨胀比大于压缩比为目的，但阿特金森比米勒早好几十年，而米勒又比阿特金森的方法简单可靠。
除了阿特金森和米勒这两种方式外，目前还出现了另一种也是以膨胀比大于压缩比为目的新技术，大众的Budack cycle，通过大众独特的可变气门升程AVS机构控制进气门关闭时间来实现减小压缩比的目的，与米勒的相同之处都是通过调整气门关闭时间，不同之处是米勒晚关、Budack cycle是早关，这套技术可以在大众的EA888 GEN3Bz上看到。
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