Atmosphärische Gasdruckmaschine
Um den Triebwerkszerstörungen auszuweichen, geht Otto nun ganz neue Wege.
Er löst den Kolben vom Triebwerk und baut eine Maschine mit frei fliegendem Kolben in einem stehenden Zylinder. Bei dieser Maschine wird der Kolben erst beim Niedergang durch ein Schaltwerk mit der Motorwelle und dem Schwungrad gekuppelt. Der atmosphärische Luftdruck und die Gewichte von Kolben und Zahnstange werden zur Arbeitsleistung herangezogen.
1863 wird diese Maschine erstmals erprobt. Bis Ende 1863 erhält Otto für seinen atmosphärischen Motor einige ausländische Patente, jedoch nicht in Preußen. Aus diesem Grund trennt sich Otto von Zons, denn eine Geheimhaltung des Motors vor den Kunden des Kölner Mechnikers scheint nicht mehr gewährleistet. Er richtet am Gereonswall 61 eine eigene Werkstatt ein.
Ottos kleines väterliches Erbe geht zur Neige, und wäre wohl, wie so viele Erfinder vor und nach ihm, finanziell gescheitert, wenn ihm nicht das Schicksal in höchster Not den Helfer zugeführt hätte, dessen er jetzt bedurfte.
Otto lernt Eugen Langen kennen, damals noch ein junger Ingenieur aus der Kölner Zuckerbranche. Ihm führte er im Februar 1864 seine atmosphärische Maschine vor. Eugen Langen erkennt die Fähigkeiten Ottos und gründet mit ihm noch 1864 die Firma N.A. Otto & Cie.
Diese Firma in der Servasgasse in Köln ist das erste Unternehmen der Welt, das sich ausschließlich mit dem Bau von Verbrennungsmotoren befaßt. Die bisher bestehende Maschine von Otto wird weiterentwickelt und 1867 als "Atmosphärische Gaskraftmschine", wie sie nunmehr genannt wird, von Otto und Langen auf der Weltausstellung in Paris der Öffentlichkeit vorgestellt.