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기원전부터 열기관을 만들려고 시도했으나, 최초로 성공한 것은 18세기 와트의 증기기관이며, 이것은 그 이전 공학자들의 여러 생각을 실용화한 것이라고 할 수 있다. 내연기관은 증기기관을 개량한 것으로서 한 사람에 의해 발명된 것은 아니다. 실용 가스 기관의 생산과 판매는 1823년에 브라운이 대기압식 가스 기관을 제작·판매함으로써 처음으로 시작되었다.프랑스의 카르노가 처음으로 열역학 분야에서 내연기관을 이론적으로 연구했다.

그는 실물기관으로 실험하지는 않았지만 〈열의 동력에 관한 고찰 Réflections sur la puissance motrice du feu〉(1824)이라는 논문으로 다른 많은 실험 과학자와 공학자들의 생각에 영향을 주었다.

4행정기관은 알퐁스 보 드 로샤에 의해 고안되었으며, 1862년 파리에서 그 이론이 발표되었다. 그는 최적의 효율을 얻기 위해 ① 냉각면적이 최소인 최대의 실린더 부피, ② 최대 팽창속도, ③ 최대 팽창비, ④ 연소 가스(ignited charge)의 최대압력이 필요하며, 동작순서는 ① 피스톤의 하강행정에서 흡기, ② 이어지는 상승행정에서 압축, ③ 상사점(上死點 dead center)에서 흡입가스가 점화되고 다음의 하강행정(동력행정)에서 팽창, ④ 뒤이은 상승행정에서 연소 가스의 배출이 필요하다고 기술했다.

그러나 보 드 로샤의 연구는 너무 추상적이었기 때문에 4행정기관 기본원리의 발명자라는 명성은 그에게 돌아가지 않았고, 보통 오토의 이름이 그 발명자로서 전해지고 있다.

오토-랑겐사는 1867년에 독일에서 자유 피스톤 기관을 생산하기 시작했으며, 1876년에는 오토식 사일런트 기관의 설계에 보 드 로샤의 원리를 응용했다. 이것은 압축행정을 이용한 최초의 4행정기관이었다.