Петтактов двигател - така е известен двигателят, който е базиран на цикъла на Аткинсън и цикъла на Милър. Цикълът на Аткинсън е чисто теоретична идея за подобряване КПД-то на четиритактовия двигател на Ото. Идеята на Аткинсън е да се намалят загубите при компресиране на сместа в двигателя. Реализира се като при сгъстяване на газовете се оставя отворен изходящия клапан, който изпуска известно количество от вкарания въздух в цилиндъра, чрез което се елиминират частично хидравличните загуби. Тактовете стават 5:


1 всмукване;

2 частично изпускане;

3 компресия;

4 запалване и разширение;

5 изхвърляне на изгорелите газове;


Привидната простота на теоретичния модел поставя големи трудности пред създателите на практически функционираща реализация. Въпреки това идеята е заимствана и с различни модификации се ползва от множество производители на двигатели. Един от основните проблеми е, че когато е отворен изпускателния клапан в цикъла на компресия, заедно с въздуха ще бъде изхвърлено и част от горивото в процеса на частично изпускане. Производителите решават проблема чрез по-късно впръскване на горивото. Впръскването се извършва след затваряне на изпускателната клапа или много близо до този момент. Възниква и друг много основен проблем - слабата компресия на сместа в следствие на отворения изходящ клапан. Тази ниска компресия води до сериозно намаление на максималния въртящ момент.

Едно от решенията е използването на конструктивно изместване на оста на цилиндъра спрямо коляновия вал. Това се прави с цел несъвпадане на ГМТ (горна мъртва точка) на буталото с ГМТ на коляновия вал. ГМТ на буталото е с около 20 градуса след ГМТ на коляновия вал. Това поражда голям положителен ъгъл на коляновия вал при фазата на горене и разширение, което довежда до подобряване на въртящият момент. Двигателите, работещи по цикълът на Аткинсън, се характеризират с по-голямо КПД и по нисък въртящ момент. Те са идеални за използване в автомобили с хибридна система на задвижване, тъй като електромоторите компенсират загубата от ниския въртящ момент.

Идеята е доразвита и патентована от американския инженер Ралф Милър. За да компенсира загубата на компресия при цикъла на Аткинсън, Милър използва външен компресор, който нагнетява допълнително сместа преди запалването. Тази модификация естествено води до намаляване на КПД-то на двигателя спрямо модела на Аткинсън, защото е необходима допълнителна енергия за задвижване на компресора. За подобрение на ефективността компресорът не се използва за нагнетяване на цялата смес, а само частично. Търси се най-голямата ефективност като се използва компресор и самото бутало за нагнетяване на сместа. КПД-то на двигателя зависи от ефикасността на компресора. Двигатели, използващи цикъла на Милър, първоначално са използвани при корабите и стационарни електрически генератори, тъй като има голяма икономия при първоначално стартиране на двигателя - 10-15%.

През 90-те години Мазда за първи път използва двигателя с цикъл на Милър в своя модел Eunos 800.