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Los motores fueron inicialmente utilizados para instalaciones fijas, ya que Otto no tenía interés en el transporte. Otros fabricantes como Gottlieb Daimler perfeccionarían más adelante el motor de Otto para su uso en el transporte. Nicolaus Otto en su juventud era representante de un negocio de comestibles.

En sus viajes conoció el motor de combustión interna construido en París por el expatriado belga Jean Joseph Etienne Lenoir. Su máquina de 18 litros de cilindrada era capaz de producir tan solo 2 caballos de potencia. Al probar una réplica del motor de Lenoir en , Otto se dio cuenta de los efectos de la compresión sobre la carga de combustible, y en intentó producir un nuevo motor capaz de mejorar la pobre eficacia traducida en un elevado consumo de gas, que a su vez requería una gran cantidad de agua para refrigerar la máquina y la escasa fiabilidad del motor de Lenoir en parte provocada por su rudimentario sistema eléctrico de ignición.

Intentó crear un motor que comprimiera la mezcla de combustible antes de la ignición, pero no lo logró en este primer intento: el motor, tras unos pocos minutos en funcionamiento, acababa explotando.

Otros ingenieros también estaban tratando de resolver este problema sin éxito. Otto y Cie logró crear un exitoso motor atmosférico ese mismo año.

La fábrica se quedó sin espacio y se trasladó a la ciudad de Deutz en , donde la empresa fue renombrada como Gasmotoren-Fabrik Deutz Compañía de Manufactura de Motores de Gas Deutz. Gottlieb Daimler un armero que también había trabajado en el motor de Lenoir anteriormente era el director técnico y Wilhelm Maybach era el jefe del diseño del motor.

En , Otto y Langen lograron crear el primer motor de combustión interna que comprimía la mezcla de combustible antes de la combustión, logrando una eficiencia mucho mayor que cualquier motor creado hasta este momento.

El motor atmosférico original de Otto en funcionamiento en Youtube. La primera versión del motor atmosférico utilizaba un diseño dispuesto sobre una columna vertical estriada, según el diseño de Eugen Langen. El motor atmosférico convertía el movimiento de expansión de la carrera del cilindro dirigido hacia arriba , en un movimiento rotatorio a través de un sistema de piñón y cremallera.

La relación de expansión de este motor era mucho más efectiva que la del motor Lenoir de y daba al motor su eficiencia superior. En competición en la Exposición Universal de París , superó fácilmente la eficacia del motor de Lenoir, ganando la medalla de oro y facilitando así la producción y las ventas que financiaron la investigación adicional.

La primera versión utilizaba un bastidor para estabilizar la máquina, del que se prescindió muy pronto, en cuanto el diseño fue simplificado. Los motores posteriores también prescindieron de la columna estriada.

El motor atmosférico utilizaba un sistema de ignición de llama de gas y se fabricaba con potencias comprendidas entre 0,19 a 2,24 kW 0,25 y 3 CV. Daimler se unió a la compañía en agosto, llevando a Maybach con él en el puesto de jefe de diseño. Este fue también el año en el que Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach dejaron la compañía.

Vídeo de un motor Otto con válvulas de corredera. Después de 14 años de investigación y desarrollo, Otto logró crear el motor de combustión interna de carga comprimida el 9 de mayo de Encontró una manera de confinar la mezcla de combustible en el cilindro para que se quemara de forma progresiva, en oposición a la explosiva.

Definió esta situación como una carga estratificada. Esto dio lugar a la combustión controlada y a un empuje más prolongado del pistón en el cilindro, evitando la explosión incontrolada que destruía todos los motores probados previamente.

El combustible seguía siendo gas de alumbrado , al igual que Lenoir y sus propios motores atmosféricos habían usado. Este motor, que utiliza cuatro fases para generar potencia mecánica, pasó a ser conocido como "motor de ciclo Otto". El sistema, el mismo que venía probando infructuosamente desde , requirió catorce años de perfeccionamientos hasta completar su desarrollo.

Otto volvió su atención al ciclo de 4 tiempos, en gran parte debido a los esfuerzos de Franz Rings y de Herman Schumm , incorporados a la compañía por Gottlieb Daimler. Fue el primer motor comercialmente exitoso en usar la compresión en el interior del cilindro idea patentada muchos años antes por William Barnett en El motor de Rings-Schumm apareció en el otoño de y tuvo éxito inmediatamente.

La disposición del cilindro del motor de compresión era horizontal. El sistema de ignición por "tubo caliente" consiste en un tubo cilíndrico de cerámica o en ocasiones metálico calentado al rojo vivo en un punto mediante una llama exterior normalmente alimentada con una derivación del suministro de gas utilizado por el motor.

El tubo caliente forma una pequeña cámara auxiliar, que se pone en contacto con la mezcla gaseosa una vez que esta ha sido comprimida por el cilindro. El contacto del combustible con el tubo incandescente provoca su ignición instantánea. Las dimensiones del tubo y de su conexión con el cilindro están calibradas para que la ignición se produzca en el momento en el que se alcanza la compresión máxima en el cilindro.

Desplazando el punto en el que la llama incide sobre el tubo, se puede regular el instante preciso en el que se produce la ignición dentro del ciclo del motor.

En los 14 años previos de desarrollo, la potencia del motor de Otto nunca excedió de los 3 CV. Pocos años después, los motores Otto más potentes superaban los CV.

El motor de ciclo Otto se adaptó finalmente para funcionar con bencina , gasolina , y diversos gases. Durante la Segunda Guerra Mundial, los motores de Otto llegaron a funcionar con más de 60 combustibles diversos, tales como gas de madera, gases derivados del carbón, propano, hidrógeno, benceno, y muchos más, aunque siempre limitado a combustibles ligeros.

Un desarrollo posterior de este motor, el conocido motor diésel , puede quemar combustibles pesados y aceites. La empresa Deutz también desarrolló un carburador y un encendido del motor de bajo voltaje fiables en Esto permitió utilizar combustibles líquidos derivados del petróleo por primera vez, posibilitando a su vez el uso del motor en el transporte.

Daimler continuó el desarrollo del motor de Otto para el transporte, mientras que la empresa Deutz permaneció trabajando con los motores diésel.

En , la oficina alemana de patentes anuló la patente de Deutz, que habría estado vigente hasta debido al descubrimiento de una patente anterior para un motor de cuatro tiempos presentada por el francés Alphonse Beau de Rochas.

Deutz no pudo demostrar que su sistema de inducción de carga estratificada era diferente al descrito en la patente de Rochas y perdió su monopolio y una de sus 25 patentes. Hacia , más de 50 empresas fabricaban motores de diseño Otto. Los motores de Otto fueron equipados con diversos diseños de mecanismos para producir chispas eléctricas, que permitieron sustituir el primitivo sistema de ignición por "tubo caliente".

De hecho, es uno de los primeros motores en utilizar una bujía , un conocido dispositivo que produce una pequeña chispa eléctrica suficiente para encender la carga de combustible.

En los primeros diseños, el mecanismo constaba de un brazo de disparo pivotante que empujaba brevemente la palanca de un interruptor mediante una pulsación rápida. A continuación se liberaba la palanca, que volvía a su posición original gracias a un resorte, lista para el siguiente ciclo.

Este sistema requiere una batería eléctrica externa, una bobina , y un sistema de carga eléctrico conceptualmente similar al de los motores de automóvil modernos. Los motores Otto posteriores emplearon una pequeña magneto directamente acoplada al motor.

En lugar de accionar un interruptor, el mecanismo disparador de la bujía aplicaba una rotación rápida al rotor de la magneto, que volvía hacia atrás bajo la tensión de un muelle espiral. Esta rápida rotación de la bobina de la magneto producía un flujo de corriente muy breve que disparaba la bujía y encendía el combustible.

Este diseño tiene la ventaja de no requerir ninguna batería externa, y es como funcionan los motores de gas portátiles modernos, incorporando la porción magnética de la magneto en el volante de inercia. Los motores portátiles modernos excitan la magneto con cada rotación del volante y, por lo tanto, utilizan un interruptor eléctrico accionado por levas o un sistema electrónico para evitar el disparo residual del circuito eléctrico, excepto en la carrera de compresión del motor véase chispa perdida.

En los videos adjuntos se puede contemplar una demostración de cómo funciona la regulación de velocidad en el motor Otto. Las bolas giratorias son un regulador centrífugo un dispositivo ampliamente utilizado con anterioridad en las máquinas de vapor.

Cuando la máquina funciona más lenta, la rueda pequeña se mueve a la izquierda, insertando la barra en el rodillo cercano y empujándolo para abrir la válvula del combustible, incrementando así las revoluciones del motor. Si la máquina está bajo carga y sigue funcionando demasiado lentamente, la leva permanece insertada y hace que el motor reciba continuamente combustible para cada ciclo de encendido.

Cuando la velocidad del motor aumenta, el regulador tira de la rueda pequeña a la derecha cerrando la admisión por completo, dándose la circunstancia de que la bujía continúa disparando sin combustible en el cilindro.