尼古拉斯·奥古斯特·奥托（Nikolaus August Otto，下文以尼古拉斯·奥托表示)是一位德国工程师，他成功开发了以石油气为燃料的压缩内燃机，并由此发明了四冲程内燃机，被誉为现代汽车发动机的奠基人。他的发明不仅推动了内燃机技术的革新，也为汽车工业的诞生奠定了基础。尼古拉斯·奥托被誉为“汽车工业的无冕之王”。尽管他未直接参与汽车的发明，但其四冲程发动机解决了动力小型化与高效化的核心难题。德国历史学家称其为“将工业革命从蒸汽时代推向内燃机时代的关键人物”。
一、出身寒微的少年
1832年6月10日，尼古拉斯·奥托出生于德国纳索公国(现属莱茵兰-普法尔茨州)的霍尔茨豪森(Holzhausen an der Haide)。他的父亲是一名普通邮递员，母亲则来自农民家庭。尼古拉斯·奥托是家中六个孩子中最小的一个。童年家境并不富裕尼古拉斯·奥托在当地的乡村学校接受基础教育，并未接受过系统的工程或科学训练。后尼古拉斯·奥托转入朗根施瓦尔巴赫的高中，直到16岁时，他因家庭经济压力辍学，成为一名杂货店学徒。虽然尼古拉斯·奥托没有完成学业，但因他表现优异而受到表彰。尼古拉斯·奥托在学校的主要兴趣是科学和技术，但尽管如此，他在一家小型商品公司当了三年的商业学徒。完成学徒期后，他搬到了法兰克福，在那里为菲利普·雅各布·林德海默当推销员，销售茶叶、咖啡和糖。尼古拉斯·奥托在多家公司工作，先是为 IC Alpeter工作，然后在1860年为Carl Mertens 工作。
二、初露锋芒的天赋
尼古拉斯·奥托很快就对当时的新技术产生了兴趣，并开始尝试制造四冲程发动机(灵感来自勒努瓦的二冲程燃气内燃机)。他通过自学研究蒸汽机、燃气发动机等动力装置，尤其关注当时低效的燃气发动机技术。尼古拉斯·奥托在科隆的一家咖啡馆首次接触到法国工程师艾蒂安·勒努瓦(Étienne Lenoir)发明的煤气内燃机，这成为他职业生涯的转折点。1860年，尼古拉斯·奥托辞去工作，全身心投入内燃机研究。尼古拉斯·奥托和他的兄弟尝试改进勒努瓦的二冲程煤气发动机，该发动机其效率低下(仅约5%)。并于1861年1月向普鲁士商务部申请了基于勒努瓦(燃气)发动机的液体燃料发动机专利，但申请遭到拒绝。尼古拉斯·奥托的兄弟放弃了这个想法，不得不寻求其他帮助。
尼古拉斯·奥托意识到了压缩燃料充注的概念，并于1861年尝试利用这一原理制造发动机。最终设计了一台以液体燃料(如乙醇)为动力的发动机，但因技术不成熟未能商业化。1862年至1863年间，尼古拉斯·奥托在科隆机械师迈克尔·J·佐恩斯的帮助下尝试改进发动机。由于资金不足，1862年他为卡尔·梅滕斯工作，以继续改进发动机。1864年初，尼古拉斯·奥托开始寻找投资者来资助他的研究。他找到了尤金·兰根，他的父亲是一名制糖工业家。两人于1864年3月31日在科隆成立了全世界上第一家内燃机公司 N.A. Otto & Cie (后更名为“道依茨公司”，Deutz AG)。公司初期专注于改进燃气发动机，并于1867年推出“自由活塞发动机”(Atmospheric Engine)，该发动机利用气体爆炸产生真空，动力来自使活塞返回的大气压力，它消耗的气体不到Lenoir和Hugon大气发动机的一半，凭借其高效表现获得巴黎世界博览会金奖，逐渐打开市场。尽管尼古拉斯·奥托发动机在商业上取得了成功，到1875年，公司每年生产634台发动机，但作为大气发动机，这种自由式活塞发动机在技术上却陷入了死胡同，它只能产生3马力，但需要3到4米的净空高度才能运转。
三、名满天下的发明
尼古拉斯·奥托的巅峰成就是1876年成功研发出第一台实用四冲程内燃机。他受法国工程师阿尔方斯·比奥·德罗夏(Alphonse Beau de Rochas)理论启发，通过“进气-压缩-燃烧-排气”四冲程循环，将热效率提升至14%(远超同时代其他发动机)。详细来讲尼古拉斯·奥托设计为固定式发动机，在发动机运转过程中，冲程是活塞在气缸中向上或向下运动。后来以改良形式用作汽车发动机，涉及四个冲程：(1)向下进气冲程-煤气和空气进入活塞燃烧室，(2)向上压缩冲程-活塞压缩混合气，(3)向下做功冲程-先用火焰点燃燃料混合物，然后通过电火花点燃。(4)向上排气冲程-从活塞腔中释放废气。奥托仅将他的发动机作为固定式发动机出售。这一发明被称为“奥托循环”(Otto Cycle)，成为现代汽油机的核心原理。
1877年，尼古拉斯·奥托为四冲程发动机申请专利，但因技术描述模糊引发法律纠纷。实际上四冲程循环于1862年由法国工程师获得专利Alphonse Beau de Rochas，但由于尼古拉斯·奥托是第一个根据这一原理制造发动机的人。由于其可靠性、效率和相对安静，奥托的发动机立即获得了成功，他还为他的发动机开发了低压磁电机点火系统，使启动更加容易。在接下来的10年里，制造了30000多台这样的发动机，但在1886年，当 Beau de Rochas 的早期专利被曝光时，德国法院裁定其专利仅涵盖特定设计，其他厂商可自由开发四冲程技术。尼古拉斯·奥托最终选择开放专利，加速了内燃机的普及。此举虽削弱了他的商业利益，却极大推动了工业发展。
奥托循环发动机工作原理 1880年代，尼古拉斯·奥托因专利纠纷和市场竞争陷入财务困境，逐渐退出公司管理。晚年的他饱受糖尿病困扰。1891年1月26日，尼古拉斯·奥托在德国科隆逝世，享年58岁。其墓地至今仍保存在科隆的梅拉滕公墓(Melaten Cemetery)。
尼古拉斯·奥托与妻子安娜·戈西(Anna Gossi)育有七名子女。其中，长子古斯塔夫·奥托(Gustav Otto)继承了父亲的工程天赋，但专注于航空领域，于1916年创立巴伐利亚飞机制造厂(Bayerische Flugzeugwerke)，后发展为宝马公司(BMW)，成为德国工业史的传奇。尼古拉斯·奥托的四冲程发动机取代了笨重的蒸汽机，为卡尔·本茨和戈特利布·戴姆勒(Gottlieb Daimler)提供了关键动力技术，直接催生了现代汽车工业。尼古拉斯·奥托创立的道依茨公司成为全球内燃机生产巨头，至今仍在商用车、工程机械领域占据重要地位。其开放专利的胸怀促进了全球技术共享。尼古拉斯·奥托的名字被永久镌刻于工程学领域，“奥托循环”成为热力学经典理论，德国工程师协会(VDI)设立“奥托奖章”以表彰杰出内燃机研究者。
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