A pesar de no tener una formación técnica sólida, Otto fabricó su primera máquina en 1861. En 1864 fundó una empresa junto con el industrial alemán Eugen Langen. Cinco años más tarde, Otto abrió otra fábrica en Deutz, cerca de Colonia (Alemania).

Realizó notables estudios sobre el motor de gas y en 1876 llevó a la práctica la construcción del motor de combustión interna de cuatro tiempos. De este modo creó una máquina motriz estática a partir de la cual desarrollaría el motor Otto. Éste se hizo famoso en todo el mundo como máquina para el accionamiento de vehículos, trenes, barcos y aviones. Este motor sirvió de base para la invención del motor diesel.

En los 17 años siguientes se vendieron más de 50.000 motores, muchos de los cuales se emplearon en fábricas de maquinaria. En 1886, la patente de Otto se hizo pública.

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