El Prius tiene un motor de gasolina de 1,5 l de cilindrada que da 78 CV a 5.000. No es mucha potencia (52 CV/litro), en parte porque este motor funciona con un ciclo que favorece el rendimiento del motor a medio régimen: el ciclo Atkinson.
El rendimiento de un motor de ciclo Otto es tanto mejor cuanto mayor es la relación de compresión. Siempre que la combustión sea normal (no detonante), cuanto mayor sea la relación de compresión, mejor es el rendimiento del motor a cualquier régimen y carga.
La relación de expansión es la inversa que la de compresión; es decir, es la relación entre el volumen de la cámara en el punto muerto superior y en el punto muerto inferior. Cuanto mayor sea la expansión, mayor será la diferencia de temperatura en la cámara al principio y al final de la carrera de expansión. Que esa diferencia de temperatura sea grande implica que también es grande la parte del calor que se convierte en trabajo mecánico. Es decir, una relación de expansión baja favorece el rendimiento térmico del motor.
En un motor de ciclo Otto la relación de expansión está limitada por la de compresión; a su vez, la relación de compresión está limitada por la detonación.
La idea de James Atkinson (en 1887) fue tener distinta relación de compresión que de expansión. La de compresión sigue limitada por la detonación, pero la de expansión puede ser mayor.
En un motor podemos considerar dos relaciones de compresión: la geométrica y la real (más información). La relación de compresión real comienza cuando las válvulas están cerradas, y lo que ocurre en este motor es que el pistón empieza la carrera de compresión con las válvulas de admisión abiertas.
El motor Toyota que lleva el Prius tiene distribución variable de tipo VVT-i. Puede cerrar la válvula de admisión entre 78° y 105° después del punto muerto inferior. Es decir, en función de las condiciones de funcionamiento, es posible que no cierre las válvulas de admisión hasta después de llevar media carrera ascendente. La relación de compresión real nunca es más de 9 a 1, mientras que la relación de expansión es 1 a 13.
Cuando, en el ciclo de compresión, las válvulas de admisión están abiertas, lo que ocurre es que parte de la mezcla que ha entrado en el cilindro vuelve a salir. Esa mezcla se aprovecha en el siguiente ciclo de aspiración.