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Zusammen mit dem Kölner Maschinenbauer Eugen Langen gründet Otto das Maschinenbauunternehmen N. A. Otto & Cie.. Im Jahr 1866 erhält er auf seine Maschine schliesslich das begehrte preussische Patent. Auf der Weltausstellung in Paris 1867 setzt sich Ottos Motor gegenüber anderen Gasmotoren durch. Die Jury vergibt nach der Messung des Gasverbrauchs sogar den "Grand Prix" an das deutsche Aggregat, weil der Ottomotor im Vergleich zu anderen Maschinen weniger als die Hälfte des Gases benötigt. Diese internationale Anerkennung ist Basis für eine Produktion in grösseren Stückzahlen und bringt dem Unternehmen wirtschaftliche Stabilität.
1872 wird Gottlieb Daimler Mitglied der Direktion der Gasmotoren-Fabrik Deutz AG, wobei dieses Unternehmen aus der Firma N. A. Otto & Cie. hervorgegangen war. Daimler bringt auch den Konstrukteur Wilhelm Maybach mit dorthin. Bereits 1875 versucht Maybach, die Maschine für den Benzinbetrieb umzurüsten.
Der Verbrennungsmotor wird kontinuierlich verbessert. Im Jahr 1877 erhält Otto das Patent auf seine Viertaktmaschine (DRP 532). Der Erfinder erweitert das Prinzip auf Mehrzylindermotoren aus, um höhere Leistungen zu erzielen.
Das erste Fahrzeug, das mit dem neuartigen Antrieb ausgerüstet wird, ist 1880 ein Schienenwagen. Doch das verwendete Stationäraggregat ist zu schwer und die Gesamtkonzeption des Fahrzeugs nicht ausgereift. 1886 wird Ottos Patent aufgehoben. Das erlaubt auch anderen Firmen, verstärkt Motoren mit Vier- und Zweitaktarbeitsverfahren zu bauen. Ein starkes Wachstum der Motorenindustrie in kurzer Zeit ist die Folge.
Die technische Pionierleistung Ottos darf keinesfalls gering bewertet werden. Er legt mit seinem Motor das Fundament für Entwicklungen wie die Automobile von Daimler und Benz, und die beiden Kraftwagen-Pioniere bauen selbst auch ganz bewusst auf Ottos Arbeiten auf, weil sie von der überlegenen technischen Funktion überzeugt sind. Dabei legt Benz den Schwerpunkt von Anfang an auf die konsequente Integration des Antriebs in ein Strassenfahrzeug, während Daimler in erster Linie an einem universellen Motor arbeitet, mit dem er möglichst viele verschiedene Verkehrsmittel antreiben will. Die Idee der Mobilität durch den Viertakt-Ottomotor realisieren beide Pioniere, wenn auch mit unterschiedlichen Detaillösungen.
Viele Jahre später, 1996, wird Nikolaus August Otto zusammen mit Wilhelm Maybach für seine Verdienste um die Motor- und Automobiltechnik geehrt: Die beiden Pioniere werden in die Automotive Hall of Fame aufgenommen.