四冲程内燃机的发明人：奥托
蒸汽机的燃料是在发动机外面燃烧，是将锅炉中的水加热产生蒸汽以推动活塞，进而驱动车轮前进，所以，蒸汽机也称为“外燃机”。1670年，荷兰的物理学家、数学家和天文学家惠更斯发明了采用火药在气缸内燃烧膨胀推动活塞做功的机械，即“内燃机”。用火药作燃料的火药发动机是现代内燃机原理的萌芽。
因为蒸汽机车不仅体积庞大，而且实用性也差，装在火车上还凑合，但如果作为机动性要求较高的道路行驶车辆，就显笨拙了。
蒸汽机车
为了获取更灵巧，更方便，更经济的发动机，人们竞相探索其他动力来源。19世纪晚期，人们尝试着当时的各种能量来充当车辆动力。除了可以生产蒸汽的煤炭外，还有炸药、煤气、天然气等，甚至包括我们现在作为新能源汽车发展方向的电池。
1862年，法国人德·罗沙在吸收了卡诺研究热力学时提到的一些内燃机基本原理的基础上，提出了四冲程内燃机工作原理。
德国青年奥托是个机械爱好者，他从报纸上看到了德·罗沙设计内燃机的报道，心想：“如何使蒸汽机的效率高一些，体积小一些呢？”要克服蒸汽机的缺点，就要解决锅炉与汽缸分离的问题。“怎样使锅炉与汽缸合二为一？如何在汽缸内燃烧？如何改进燃料？”。决定改煤为煤气作燃料，将锅炉与汽缸合二为一，让煤气在汽缸内点火燃烧。
1876年，奥托制造了一台新型的，以煤气为燃料的四冲程内燃机。
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。奥托提出了内燃机动力方式的四冲程原理：在煤气进入内燃机之前，先与空气混合成一种可燃性混合气体，然后进入气缸，在气缸内进行压缩，使其在这种提高了压力的可燃性混合气体在气缸内燃烧，使汽缸内温度升高，而后，膨胀了的气体逐步减压到初始状态时的大气压力，并推动气阀运动，由气阀运动产生的能量推动机车的运动，最后，汽缸排除所有的气体。这是对四冲程内燃机原理和特征的第一次简单而清楚的概括。后来，人们把内燃机的四冲程循环称之为“奥托循环”。
尼古拉•奥古斯特•奥托
童年时代
尼古拉•奥古斯特•奥托是德国近代著名机械工程师，四冲程内燃机的发明者和推广者。1832年6月14日，奥托出生在德国霍兹豪森镇的一个工匠家庭里。他的父亲是一名制表匠，母亲是一个普通的农民，家里的收入不高，全家过着清苦而祥和的生活。奥托是家里6个孩子之中的长子，也许与他的父亲是一名制表工匠有关，他从懂事起就对机械很感兴趣。小时候，奥托常常一个人躲在角落里注视着父亲工作。一堆大大小小的齿轮、皮带经过父亲的手，就变成了一台台精巧的钟表，颇让他感到不可思议。也就是从那时起，小奥托就迷上了机械制造这门玩艺。
正当奥托准备好好学习，以后大干一番事业时，父亲却因积劳成疾而病倒了，按当时德国的传统，家庭的重担一下子落在了作为长子的奥托的肩上。他不得不中断学业，只身前往经济繁荣的科隆，在那里的一个小工匠铺安下身来，赚些钱养家糊口，而且一干就是10年。在科隆的日子里，他并未因繁忙的工作而放弃对书本的学习。他白天努力地工作，晚上则躲在被子里看有关机械方面的书籍。时间久了，他对于机械制造方面的基础知识，有了较多且深入的认识和了解，这也更加坚定了他儿时的兴趣。这段艰苦地求学、工作与生活，在他的记忆中留下了深刻的印象，也培养了他不屈不挠的奋斗精神，为他日后战胜一个又一个的困难奠定了良好的基础。
1854年，就在奥托22岁时，一条对当时被炒得沸沸扬扬的蒸汽机的批评文章引起了他的注意。也就是从这一年起，奥托对蒸汽机的改造产生了浓厚的兴趣。蒸汽机制造中的一系列不足，使他立志要发明一种可以取代老式蒸汽机的新型动力设备。从此，奥托走上了一条改变他的命运，也改变了人类历史命运的不归之路。
动力工程史上新的一页
作为一种强大的动力机械，蒸汽机出现在18世纪后半叶。当时它的体积很大，而且还需要配有锅炉这一令人感到棘手的庞然大物。同时，由于当时制造锅炉的技术还比较粗糙，锅炉时有爆炸的危险，加上锅炉需要消耗大量的能源，且需要解决能源燃烧产生的烟气的排放等等一系列的复杂的问题，因此，人们一方面不得不继续使用蒸汽机，另一方面更加强烈地希望能有一种小而方便、安全又可靠的动力装置来取代它。1860年，人们这种希望得到了初步的实现。法国工程师莱诺尔制造了一台以煤气为燃料的内燃机。这种新型煤气内燃机造型小巧，比起老式的蒸汽机，它的使用方法简单而安全，但美中不足的是，由于没有在内燃机的机箱内对空气进行必要的压缩，所以它产生的热效率并不高。但是，这毕竟走出了老式蒸汽机的模式，开启了内燃机研制工作的第一步。
之后，1862年，法国工程师德·罗沙提出，内燃机的动力方式应当采取四冲程方式，即在四个行程内完成一个进气、压缩、燃烧膨胀和排气的工作循环，并且取得了这一内燃机设计方式的发明权专利。这可是一个非常富有创意的想法，如果付诸实际运用，将大大地提高内燃机的工作热能效率，从而弥补莱诺尔内燃机的不足。但是，德·罗沙只是提出了这样一个想法，而并没有真正把这一想法变成现实，造出一台样机，从而使这种想法在很长的时间里不为人所知，他本人也与成功女神失之交臂。
奥托循环原理
成功女神所垂青的往往是那些坚忍不拔、努力不懈的人。他在周围环境和条件都不是很好的情况下，独自钻研，反复研究，最终也提出了内燃机动力方式的四冲程思想。由于奥托的这种想法一开始就是以实践运用为目的的，因此，他的设计思想还要比罗沙的想法详细而成熟得多, 可取得最高效率和最佳经济性能。
奥托的四冲程思想是由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个冲程构成：
【吸气过程】：活塞向下运动使燃料与空气的混合体通过气门进入气缸；
【压缩过程】：关闭进气门，活塞向上运动压缩混合气体；
【膨胀做功过程】：在接近压缩冲程顶点时由火花塞点燃混合气体，燃烧空气爆炸所产生的推力迫使活塞向下运动；
【排气过程】完成做功冲程，活塞上行最后将燃烧过的气体通过排气门排出气缸。
四冲程循环要点是：点火前要高压；燃气要迅速膨胀，达到最大膨胀比等。而具体来说，这一原理是这样的：在煤气进入气缸之前，先与空气混合成一种可燃性的混合气体，然后进入气缸，在气缸内进行空气压缩，使其在这种提高了压力的空气中进行燃烧，这样使气缸内的温度升高，而后，膨胀了的空气逐步减压到初始状态时的大气压力，并推动气阀运动，由气阀运动产生的能量推动机车的运动，最后，气缸排出所有的气体。这是对四冲程内燃机原理和特征的第一次简单而清楚的概括，因此，人们把内燃机的四冲程循环亲切地简称为“奥托循环”。
【内燃机工作演示】：左边是四冲程汽油机，右边是四冲程柴油机
由于以上对内燃机四冲程循环原理的设计详细，且实际操作性强，因此，奥托在完成了对这一原理的初步设计后，仅仅花费了很少的时间，就设计和制造出了世界上第一台四冲程循环内燃机样机。这台内燃机，性能可靠，热效率高，运行噪音小，在燃料消耗等许多方面都要比莱诺尔式内燃机好出许多。
奥托的内燃机热效率比以往的四冲程循环发动机的热效率提高了两倍(约14％)，其热效率更是莱诺尔式发动机的4倍。这种发动机体积小，重量轻，消耗的煤气少，每分钟可达200转。可以说，奥托的发动机达到了具有非常实用的价值。
对后世影响
这种新型内燃机在1878年的巴黎万国博览会上受到极高的评价,赢得了工程技术界的普遍称赞，认为它是“自瓦特以来在动力方面取得的最大成就”。
奥托循环是当今世界上所有内燃机设计和制造都必须共同遵循的基本热力循环方式，它的出现，为后来人类动力工程事业的蓬勃发展带来了前所未有的契机。轮船的发明、汽车的制造，乃至飞机的出现，都与此有着莫大的关系。这，不能不说是人类动力科学史上的一大创举。
1886年，德国发明家奥托作出了一项惊人的声明：取消自己获得的四冲程内燃机的专利。奥托为什么要作出这样的决定呢？原来，一个偶然的机会，他看到了法国工程师罗沙写的一本小册子。书中比较完整地提出了四冲程内燃机的原理。由于这本小册子是在奥托发明四冲程内燃机之前出版的，出于对别人的尊重，他便毅然决定放弃已获10年之久的专利权。
奥托的高尚品德博得了人们的高度赞誉。同时，大家认为虽然是罗沙较早地阐述了四冲程内燃机的原理，但是，第一个研制出这种内燃机的人却是奥托，所以后来人们仍然一直把四冲程循环称为奥托循环原理。
汽油发动机
1876年，奥托终于推出一款可以使用汽油的发动机，从此开创了现代汽车用发动机的先河。
1891年，奥托离开了人世，终年59岁。现在的内燃机早已今非昔比，但他们依然按照奥托的原理在运转着。
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