1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。这台煤气机的热效率为4%左右。英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩。随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。
1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，运转平稳。
在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。奥托内燃机获得推广，性能也在不断提高。1880年单机功率达到11～15千瓦(15～20马力)，到1893年又提高到150千瓦(200马力)。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886年热效率为15.5%，1897年已高达20～26%。1881年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机，并在巴黎博览会上展出。