auf der Expansionsseite 130 mm
und auf der Kompressionsseite 97 mm.
Daraus errechnet sich bei 88 mm Hub sowie 1 mm Puffer ein Volumen:
Expansionskammer 1180 cm³
Kompressionskammer 649 cm³
Volumen Wärmekammer 997 cm 3
Gaskreislauf
Der Gaskreislauf im Nr-Motor hat die gleichen Takte wie im Dieselmotor oder Ottomotor,jedoch aufgeteilt auf zwei Zylinder unterschiedlicher Größe.
Zusätzlich hat der Nr-Motor noch eine Wärmekammer, welche wesentlich für den Prozess ist.
Phase 1
Ausstoßen Expansionszylinder
Ansaugen Kompressionszylinder
Von 0 Grad bis 180 Grad verdrängt der Expansionszylinder verbrauchtes Gas und der Kompressionszylinder saugt neues Gas an.
Diese zwei Takte gibt es beim Otto und Dieselmotor auch.
Doch anders als beim Dieselmotor wird das Gas in der Wärmekammer ohne Volumenänderung erwärmt,
damit der Druck ansteigt.
Isochore Erwärmung = Erwärmung ohne Volumenänderung
 |
 |
Phase 2
Arbeiten Expansionszylinder
Komprimieren Kompressionszylinder
Bei 180 Grad, welches den oberen Totpunkt des Expansionszylinders entspricht, öffnet das Ventil zur Wärmekammer.
Das heiße, unter Druck stehende Gas strömt in den Expansionszylinder und verdrängt diesen.
In dieser Phase von 180 Grad bis 360 Grad wird Kraft an die Kurbelwelle abgegeben.
Von 180 Grad bis 260 Grad geschieht dies bei geöffnetem Ventil nahezu isotherm, da der Temperaturverlust bei der Expansion durch Wärmezufuhr in der Wärmekammer zum Großteil ausgeglichen wird.
Von 260 Grad bis 360 Grad ist das Ventil zum Expansionszylinder geschlossen, das Gas expandiert isentrop; somit wird eine maximale Ausnützung der dem Gas innewohnende Kraft bei maximaler Abkühlung erreicht.
Die Expansion wird im Diagramm von links nach rechts dargestellt.
Im Diagramm spiegelt sich das Schließen des Ventils durch den starken Knick an der Grenze von der isothermen zur isentropen Expansion wider.
Während der gesamten Zeit von 180 zu 360 Grad, im Diagramm von rechts nach links dargestellt, wird kühles Gas komprimiert.
Hier findet nach moderatem Druckanstieg zur Mitte hin ein stärkerer Druckanstieg statt;
dieser starke Druckanstieg geht, bis der Druck im Kompressionszylinder den der Wärmekammer überschreitet.
Danach öffnet sich das Rückschlagventil zur Wärmekammer und die Kurve des Druckanstieges verläuft flacher.
Im Diagramm sind auch zwei Flächen markiert: eine graue, welche den Druck in Bar darstellt, und eine rote, welche den Druck auf den Kolben in Newton darstellt.
Da der Kompressionszylinder kühle Luft komprimiert, die deutlich weniger Volumen besitzt,
muss der Kolben bei gleichem Hub auch kleiner dimensioniert sein. Somit lastet weniger Druck auf die kleine Kolbenfläche und der Kraftaufwand ist beim komprimieren geringer.
Dies ist der Grund für die deutlich größere Spreizung der roten zur grauen Fläche.
Dies wirkt sich auch unmittelbar auf den Wirkungsgrad aus.
Bei 600 U/min ergeben sich auf eine Stunde hochgerechnet folgende Werte:
Masse des sich im Umlauf befindlichen Arbeitsgases 28,3 kg
Notwendiger Wärmeeintrag: 4,28 kW
Davon 0,64 kW während der Expansion
Restwärme nach Ende des Prozesses: 1,98 kW
Kühlungsabwärme während der Kompression: 1,01 kW
Kraft auf die Kurbelwelle: 1,45 kW
Die Kraft errechnet aus der Differenz von Wärmeeintrag zu Wärmeaustrag, beträgt 1,29 kW
Die obige Berechnung erfolgt auf die Konstruktion hin ohne Berücksichtigung von Verlusten durch Kolbenreibung und Abkühlung.
Das System Nr-Motor geht sowohl mit geschlossenen als auch offenen Gaskreislauf.
Es geht mit einfach wirkenden Zylindern analog der zu Grunde gelegten Konstruktion, wie auch doppelt wirkenden Zylindern.
Es funktioniert sowohl mit sekundärem Wärmeeintrag, als auch inneren Wärmeeintrag, bzw. eine Kombination von beiden.
Allen gemeinsam ist die Wärmekammer.
Der Nr-Motor setzt nicht auf maximale Verdichtung und Leistungsdichte.
Der Nr-Motor erzeugt seine Kraft und seinen Wirkungsgrad aus der Temperaturdifferenz vom Eingang zum Ausgang der Wärmekammer, sowie inneren oder sekundären Wärmeeintrag in den Zylinder.
Auch ist der höhere Volumenstrom des Arbeitsgases vom Eingang der Wärmekammer zum Ausgang der Wärmekammer in den Expansionszylinder für den Wirkungsgrad entscheidend.
Der Nr-Motor kann darüber hinaus unterschiedlichste Wärmen - u.a. auch Abwärme aus dem voran gegangenen Prozess - in den aktuellen Prozess übernehmen.
Hier ein Vergleich zu Otto und Dieselmotoren.
Kompressions- und Expansionsverluste durch unterschiedliche Gasgemische können beim Nr-Motor nicht auftreten.
Verluste durch geändertes Verhalten der Gase bei extrem hohen Temperaturen auch nicht.
Verluste, weil Wärme bei der Kühlung durch die Zylinderwand entweicht, kann es auch nicht geben.
Im Gegenteil: es gilt zu überlegen, den Zylinder einer Wärmezufuhr auszusetzen, um die Expansion zu verlängern.
Reibungsverluste bei den Kolbenringen wird es in unterschiedlicher Weise geben.
So ist bei der angestrebten Konstruktion ein Reibungsverlust analog eines herkömmlichen Verbrennungsmotor zu erwarten.
Es sollte allerdings möglich sein einen Teil der bei der Reibung entstehenden Wärme im laufenden oder nachfolgenden Prozess zu übernehmen.
Beim doppelt wirkenden Zylinder würde die Reibung halbiert, da ein Kolben zwei Kammern bedient.
Reibungsverluste durch die Ventilsteuerung würden aus verschiedenen Gründen auch geringer als beim Ottomotor anfallen.
Fazit:
Der Nr-Motor ist noch lange nicht vollendet oder fertig entwickelt.
Um den laut Professor Pietzsch "Kreisprozess mit höchstmöglicher Arbeit" zu realisieren, muss weiter entwickelt werden.
Es bleiben noch viele Fragen offen.
Jedoch durch die Möglichkeit, Wärmeenergien unterschiedlichster Herkunft durch sekundären Eintrag in den Kreisprozess zu übernehmen, bietet er die Aussicht auf sehr vielfältige Einsatzmöglichkeiten.