如果说18世纪中叶瓦特发明的蒸汽机引起了世界性的产业革命，那么19世纪中叶奥托发明的四行程内燃机同样引起了世界能源动力装置的革命，使此后的汽车奔驰在高速公路上，飞机翱翔在万里蓝天，人类真正进入了更为自由的现代新社会。
尼古拉斯?奥古斯特?奥托1832年6月10日出生于普鲁土莱茵河畔赫文兹豪森一家驿站小旅店家庭，早年经商。当时蒸汽机虽然已在德国广泛使用，但对尚不富裕的手工业作坊和小型制造业业主来说，他们要求一种比蒸汽机体积小、不用锅炉、运转安全、操作方便、价格低廉、热效率高的新型发动机。在同样功率条件下，小蒸汽机比大蒸汽机多耗煤4～6倍，这种内在的缺陷使蒸汽机的尺寸无法缩小。因此，一些有识之士开始着手探索制造一种新的发动机。
1860年，法国人鲁诺瓦尔首先制成用气体燃料的发动机，这种煤气发动机在结构上与蒸汽机几乎完全一样，当活塞到达行程中间时，用电池和感应线圈产生的高压电火花点火。在巴黎大街上，鲁诺瓦尔亲自驾驶着这种发动机的“马车”，一罐煤气能跑两三公里。消息轰动了巴黎，参观订货的人络绎不绝。许多专家认为，鲁诺瓦尔发动机解决了小企业的动力问题。当然也有人表示怀疑：滑阀控制进气和排气，还要用水冷却，以致燃料消耗率比蒸汽机高，热效率也只有5％。尽管如此，因为体积小，不用锅炉，鲁诺瓦尔发动机受到中小企业普遍欢迎，英国和美国也开始试验制造。
这一消息同时引起奥托的注意，因为他在早先就已开始构思发明新型发动机了。鲁诺瓦尔发动机无疑是出色的小型动力机，然而，作为在街道上行驶的“马车”动力，煤气供应就成了问题。当时石油已被发现，并广泛地采用来点灯，奥托也知道，只要用简单地引火办法，就能将石油或酒精蒸汽引爆。于是他首先想到采用液体燃料。他画了一张简图，制成一个汽化器，从外壳加热酒精，再将产生的气体送进气缸。实际上发动机与气体发生装置是各自独立的，说明问题并没有实际解决。于是奥托进入了具体实验。他把自己所有的鲁诺瓦尔发动机定时机构加以改造，调正了燃气的混合比，也变动了点火时间，他发现，更多的混合气进入气缸，点火后就形成激烈的引爆，从而转速加快，曲轴就不止转一圈了。这个现象启发了奥托。他想，要是让一个行程进气，一个行程压缩，第三个行程点火发动。最后一个行程用来把燃烧废气排出气缸，不也行吗？奥托的四行程构思是内燃机技术的一个重大突破。
1862年的新年，世界上第一个四循环发动机被研制成功。接着，奥托又运用大气压原理对他的四循环发动机进行改造，使其运转得更为平稳和顺利。在1867年的巴黎世界博览会上，奥托的发动机以其性能优良、燃料消耗少获得金奖。从此以后，大量的订货单源源不断地送到奥托的办公室，发动机远销到美国、俄国和澳大利亚。
1874年，奥托原来的专利已经到期了，要想继续在发动机市场保持优势，必须对发动机做独具特色的改进，取得新的专利。
奥托为此一直没有中断实验。他曾经试验过液压传动机构，用泵压送煤气和空气，但都没有成功。经过反复揣摩和观察，奥托又回到基本问题上来，那就是浓混合气的爆发力怎样才能充分转变成输出功，怎样确保稀薄的混合气能可靠的点燃。
一个阴霾的冬日下午，奥托站在自己办公室窗前，眺望莱茵河彼岸工厂的烟囱冒出滚滚的浓烟和逐渐消散在天空深处的烟霭。他心中不禁想到：在烟囱出口处，烟是浓黑的，在微风中，浓烟逐渐淡薄、消散，由黑而灰，最后与天空融为一体。黑黑的浓烟正犹如刚爆发的浓混合气，把混合气吸入气缸后，由于有空气和残余废气，混合气和烟一样将变为淡薄，而进气口恰似烟囱的出口，在这里的浓混合气是可以点燃的，这样，既可保证气缸中混合气全部点燃，又可因存在稀薄气体的缓冲而减弱爆发力的冲击。
发动机制造厂根据他的请求，为奥托的新构想建立了专门试验室，配备了制造“高压发动机”的专门技术。1876年5月初，新发动机制造成功。这次奥托发明的核。心是点火平稳的爆发和可靠的点火，这是多年来未解决的课题，把混合气分成浓厚层和稀薄层的构思，为问题的解决铺平了道路。奥托把过气道加长，又改造了气缸盖，使混合气充分形成。从热力学角度看，点火前压缩，使燃烧得以在较高温度下进行，热效率可以大大提高。
以后，奥托又发现了电磁点火装置，并取得了专利。
从此，内燃机销往全世界，几年间，数万台的内燃机制造还供不应求，“奥托发动机”和“奥托循环”在全世界传播开来，为19世纪的汽车、飞机时代铺平了道路。
