瓦特發明的蒸汽機，被用於各種動力機械上，從而引發了一場意義深遠的產業革命。但是，蒸汽機主要用於大型機械上，體積大，並且配備的鍋爐有爆炸的危險，還要消耗大量的煤。
因此，總不致於在汽車、飛機上安裝冒著煤煙的笨重的蒸汽機吧？這樣，人們很早就產生了使用小型動力發動機以取代蒸汽機的願望。
奧托發明了內燃機，從而開辟了一條新的動力機械應用的新途徑。
1832年6月14日，尼古拉·奧古斯特·奧托生於德國納騷的霍爾茲豪鎮，作為一名工匠在科隆勞動。1854年，即奧托22歲時，他對內燃機產生了興趣，立誌要發明一種可以和蒸汽機相競爭的煤氣內燃機。當時就有不少人從事這方麵的研究工作。1860年，萊諾爾製作了一種煤氣內燃機。這種內燃機因為無壓縮，所以，效率極低。但是可以說這種萊諾爾式內燃機就是今天的內燃機的鼻祖。1861年，德國的報紙介紹了萊諾爾的這種煤氣內燃機。1862年，法國人鮑·德·羅卡斯建議，作為內燃機的動作方式應采用四衝程方式。他隻是提出了原理上的建議，他認為，在汽缸內爆炸結合活塞的四個運動肯定會有良好效率。即：當活塞向外運動時（第一個運動），氣體和空氣的混合氣被吸入汽缸。當活塞向內運動時（第二個運動），混合氣被壓縮。在壓縮到最高點時，火花引發爆炸，從而推動活塞向外運動（第三個運動）。當活塞向內運動時（第四個運動），廢氣即被排出。於是整個循環周而複始。
奧托從報上看到這種設想後，立即進行了研製工作，把它付諸於實踐。1867年，奧托和他的朋友蘭根共同製作了一台自由活塞式內燃發動機，從而用火焰點火代替了過去的電氣點火方式。奧托出售了自由活塞式發動機積攢了資金，繼續研究和實驗。從1861年到1864年這段時間裏，他進行了多種有關內燃機的發明，並陸續在各國取得了專利。這樣，經過不斷的努力，1876年，奧托終於完成了四衝程發動機。四衝程循環有時被叫做奧托循環，以示對他的紀念。1877年，奧托獲得了專利權。
奧托發明的四衝程內燃機，盡管在結構上、細節上多少和現在的發動機有些不同，然而，在原理上則和今天的發動機差不多。製作出四衝程發動機並實際運轉，這還是破天荒第一次。
同年，在法國巴黎舉辦的萬國博覽會上展出，與當時的內燃機相比，這種發動機節省了占地麵積，同時還具有重量輕、無噪聲、運轉效率高等優點，所以，獲得了好評。奧托製作的四衝程發動機和萊諾爾發動機不同，是壓縮型的。因此，其關鍵是保持密封。吸入則使用了滑閥，點火裝置采用了他過去製作的自由活塞式發動機的火焰方式。並且，奧托的發動機比過去任何一種發動機運轉起來都平穩得多。其熱效率也是萊諾爾式發動機的4倍。即使在今天，也沒有出現超過奧托發動機的四衝程發動機。正是他，成功地使這種四衝程發動機進入了實用化階段。
在內燃機發展史上，奧托的發明是具有劃時代意義的，他的四衝程發動機占有很重要的地位。
然而，1891年1月26日，這位隻活了59歲的實幹家過早地離開了人間。此後，經過戴姆勒、狄塞爾等人的改進，內燃機的實用方麵獲得了不斷的長足發展，從而使汽車和飛機的問世成為可能。