奥托四冲程内燃机的发明过程
奥托并没有因此而灰心，而是尽力对努纳瓦燃气轮机进行改造。早在1861，他就设想要造一个基本上全新的发动机，一个四冲程的发动机(不同于两冲程的原型发动机)。1862年2月，奥托制造了一台四冲程发动机的工作原型。他在使新发动机实用化方面遇到了困难，特别是在点火装置方面，很快就把它搁置了。但他发明了“大气发动机”，这是一种以气体为动力的创新型二冲程发动机。
1863年，他获得了这项创新的专利权，并很快找到了一位名叫尤金·甘兰的合作伙伴，他为他提供了资金支持。他们成立了一家小公司，继续改进发动机。1867他们的二冲程发动机在巴黎世博会上获得金奖。此后，市场一帆风顺；公司的利润猛增。从65438到0872，他们雇佣了一位才华横溢、经验丰富的工程师戈泰利·叶波·戴姆勒来帮助生产发动机。
虽然二冲程发动机赚了不少利润，但奥托仍然执着于他最初构想的四冲程发动机。他确信，如果先压缩燃料和空气的混合物，然后点燃，四冲程发动机将比任何改进的lenoir二冲程发动机更有效。在1876年，奥托设计了一种改进的点火系统，用它可以制造出实用的四冲程发动机。第一台这样的样机于1816年5月制造完成，次年获得专利权。四冲程发动机的动力和性能优势明显，因此一下子进入市场，大获成功。仅在随后的十几年里，就卖出了三万多台，各种型号的lenoir发动机很快被淘汰。
1886年，奥托发明四冲程发动机的德国专利被一起专利诉讼推翻。原来，法国人阿尔方斯·博。罗夏在1862设计了一个基本类似的装置，并获得了专利。但人们不要把博·罗夏视为有影响力的人物，他的发明从未进入市场。事实上，他从未制作过原型，奥托对他的发明一无所知。奥托公司虽然失去了宝贵的专利权，但却继续赚钱。到他1891年与德国科隆一起去世的时候，公司已经繁荣富裕。
戈泰利·叶波·戴姆勒于1882年离开公司，他决心将奥托发动机应用于车辆。1883年，他发明了先进的点火系统(但不是今天常用的那种)，使发动机能够在700-900转/分的转速下运转(奥托的发动机最高转速为180-200转/分)，他还煞费苦心地做了一台轻型发动机。1885年，他给自行车装上了发动机，从而制造了世界上第一辆摩托车。第二年，戴姆勒制造了他的第一辆四轮汽车。但是卡尔·本兹抢先了一步。几个月前，他制造了他的第一辆车——一辆三轮汽车——一辆不可否认的汽车。奔驰的车和戴姆勒的车一样，都是奥托发动机驱动的。奔驰的发动机转速远没有达到400转，不足以让他的车具有实用性。奔驰不断改进他的汽车，并在几年内成功打入市场。戈泰利·叶波·戴姆勒的汽车比奔驰的晚一点进入市场，但也很成功。最后，奔驰和戴姆勒合并为一家公司，著名的奔驰汽车就是由这家合并后的公司生产的。