DE10227140B4

DE10227140B4 - Gleitmechanismus und Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10227140B4
Application number: DE10227140A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Kariya Hiratsuka; Shigeru Anjo Nakajima
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2002371302A; DE10227140A1; JP4590784B2; US20030019449A1; US6843215B2

Abstract

Gleitmechanismus mit:
einem zweiten Gleitelement, das in einem Gleiteingriff mit einem ersten Gleitelement angeordnet ist, wobei das zweite Gleitelement aus einem Material besteht, das durch Versintern eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers erhalten wird, das zumindest ein Si-Element und ein Fe-Element enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gleitelement aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, wobei dem Aluminiumlegierungsgussmaterial zumindest ein Element hinzugefügt ist, das aus Sb im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent, Na im Bereich von 0,001 bis 0,01 Gewichtsprozent, Sr im Bereich von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent und Ca im Bereich von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent ausgewählt ist;
wobei das Aluminiumlegierungsgussmaterial einen Abschnitt aufweist, in dem Si-Partikel dispergiert sind, und die Si-Partikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm oder weniger haben; und
ein Schmieröl zwischen dem ersten Gleitelement und dem zweiten Gleitelement aufgebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Gleitmechanismus gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf einen Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5, der das Konzept des Gleitmechanismusses verwendet.
[Stand der Technik]
Die Japanische Patentoffenlegungsschrift JP-H11-(1999)-159311 offenbart einen Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung oder ein Ventilsteuergerät mit variabler Zeitgebung. Dieser Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung ist in einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet, um die Ventilzeitgebung von Einlassventilen oder Auslassventilen zu ändern und um dadurch eine Arbeitszeitgebung der Einlassventile oder der Auslassventile entsprechend Kraftmaschinenzuständen zu ändern.
Bei dem Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung dieser Bauart ist eine Vielzahl Gleitmechanismen vorgesehen, die jeweils aus einem Paar Gleitelemente gebildet sind. Bei der vorstehend genannten Druckschrift ist eines der Gleitelemente ein Flügel, während das andere Gleitelement ein Gehäuse ist. Der Flügel und das Gehäuse bestehen aus Aluminium beziehungsweise aus einem gesinterten Eisenmaterial. Aufgrund der Tatsache, dass ein Schmieröl zwischen dem Flügel und dem Gehäuse in freiliegenden Poren des Gehäuses aus gesintertem Eisenmaterial zurückgehalten oder gesammelt wird, wird die Gleitbewegung zwischen dem Flügel und dem Gehäuse besser beziehungsweise sanfter. Jedoch führt die Verwendung des gesinterten Eisenmaterials zum Ausbilden des Gehäuses zu einem größeren Gewicht des Ventilmechanismusses mit variabler Zeitgebung, was zu einem schlechten Ansprechverhalten führt.
DE 693 07 574 T2 offenbart einen gattungsgemäßen Gleitmechanismus, wobei der Gleitmechanismus ein zweites Gleitelement aufweist, das in einem Gleiteingriff mit einem ersten Gleitelement angeordnet ist, wobei das zweite Gleitelement aus einem Material besteht, das durch Versintern eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers erhalten wird, das zumindest ein Si-Element und ein Fe-Element enthält.
Weitere Gleitmechanismen sind aus DE 692 09 588 T2 , EP-0 533 950 B1 , US-5 556 075 A , US-5 993 576 A , JP-63-128145A , JP-01-156446A , US-5 755 898A , JP-05-179383A , DD-19 324C , EP-0 577 062 B1 , DE 44 36 481 C2 , DE 44 04 420 C2 und DE 692 09 588 T2 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitmechanismus bzw. einen Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung zum Steuern eines Einlass- oder eines Auslassventils vorzusehen, der hervorragende Gleiteigenschaften aufweist, ohne das er ein zu hohes Gewicht hat.
Diese Aufgabe wird durch einen Gleitmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung zum Steuern eines Einlass- oder eines Auslassventils mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Die vorstehend genannte Aufgabe und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in einfacher Weise aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ventilmechanismusses mit variabler Zeitgebung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in der 1;
3 zeigt die Herstellung eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers;
4 zeigt die Vorfertigung des sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers;
5 zeigt, wie der vorgefertigte Körper heiß extrudiert wird;
6 zeigt, wie der heiß extrudierte Körper zu einem Produkt geformt wird;
7(a) und 7(b) zeigen einen Eingriffszustand vor dem Gleiten und einen Eingriffszustand nach dem Gleiten jeweils eines Gleitmechanismusses entsprechend der vorliegenden Erfindung;
8(A) zeigt einen Eingriffszustand nach dem Gleiten bei einem Vergleichsbeispiel 1;
8(B) zeigt einen Eingriffszustand nach dem Gleiten bei einem Vergleichsbeispiel 2;
8(C) zeigt einen Eingriffszustand nach dem Gleiten bei einem Vergleichsbeispiel 3;
9 zeigt eine graphische Darstellung von Festfressbeständigkeiten bei der vorliegenden Erfindung, den herkömmlichen Beispielen 1 bis 3 und bei einem herkömmlichen Beispiel 4;
10 zeigt eine graphische Darstellung von Abrasionswiderständen bei der vorliegenden Erfindung und den herkömmlichen Beispielen 1 bis 4; und
11 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Flächendruck und einem Reibkoeffizienten jeweils bei der vorliegenden Erfindung und den herkömmlichen Beispielen 1 bis 4.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Zunächst ist in den 1 und 2 ein Ventilmechanismus 100 mit variabler Zeitgebung dargestellt. Der Ventilmechanismus 100 mit variabler Zeitgebung hat eine Nockenwelle 10, einen inneren Rotor 20, einen äußeren Rotor 30, eine Frontplatte 40, eine Rückplatte 50, vier Flügel 70, einen Sperrstift 80 sowie andere Elemente. Die Nockenwelle 10 hat einen distalen Endabschnitt, und sie ist in einem Verbrennungskraftmaschinenzylinderkopf 99 drehbar angebracht. Der innere Rotor 20 ist an dem distalen Endabschnitt der Nockenwelle 10 fest angebracht. Der äußere Rotor 30 ist so an dem inneren Rotor 20 angebracht, dass er innerhalb eines Winkelbereiches drehbar ist und mit der Vorderplatte und der Rückplatte 50 zusammenwirkt, um einen Drehübertragungsmechanismus zu bilden. Die Flügel 70 sind an dem inneren Rotor 40 montiert. Der Sperrstift 80 ist an dem äußeren Rotor 30 montiert.
Der innere Rotor 20, der sich zusammen mit der Nockenwelle 10 dreht, ist mit vier Flügelvertiefungen 21 in gleichen Abständen versehen, um die vier Flügel 70 jeweils darin aufzunehmen. Jede Flügelvertiefung 21 erstreckt sich in der radialen Richtung, was eine radiale Bewegung des entsprechenden Flügels 70 zuläßt. Der innere Rotor 20 ist mit einer Aufnahmebohrung 22, einem ersten Kanal 23, einem zweiten Kanal 24 und einem dritten Kanal 25 versehen. Die Aufnahmebohrung 22 ermöglicht eine Einpassung des Sperrstifts 80 bei jenem Grad, bei dem die Nockenwelle 10 und der innere Rotor 20 synchron zu dem äußeren Rotor 30 sind, so dass eine relative Drehphase zwischen dem äußeren Rotor 30 und dem inneren Rotor 20 sowie der Nockenwelle 10 einen vorbestimmten Phasenbetrag annimmt (das heißt eine am stärksten verzögerte Winkelposition) gemäß der 1. Der erste Kanal 23, der mit einem Winkelvorrückungskanal (nicht gezeigt) verbunden ist, dient zum Zuführen und Ablassen eines Arbeitsfluids zu und aus der Aufnahmebohrung 22. Der zweite Kanal 24 dient zum Einrichten einer Arbeitsfluidzufuhr/abgabe zwischen dem Winkelvorrückungskanal und einer Winkelvorrückungsfluidkammer R1, die jeweils durch die Flügel 70 definiert sind. Der dritte Kanal 25 dient zum Einrichten einer Arbeitsfluidzufuhr/abgabe zwischen einem Winkelverzögerungskanal 12 und einer Winkelverzögerungsfluidkammer R1, die jeweils durch die Flügel 70 definiert sind.
Jeder Flügel 70 wird durch eine Feder 71 radial nach außen gedrückt, die in der entsprechenden Flügelvertiefung 21 zusammengedrückt wird.
Der äußere Rotor 30 ist so an dem inneren Rotor 20 drehbar angebracht, dass dazwischen ein äußerst kleiner Spalt definiert ist, in dem sich das Arbeitsfluid ausbreiten kann. Der äußere Rotor 30 ist mit vier konkaven Abschnitten 32 in gleichen Abständen versehen, die dem inneren Rotor 20 zugewandt sind. Jeder Flügel 70 erstreckt sich in den entsprechenden konkaven Abschnitt 32, um so eine Vorrückungskammer R1 und eine Winkelverzögerungskammer R2 darin zu definieren. Der äußere Rotor 30 ist außerdem mit einer Rückzugsbohrung 33 versehen, die sich in der radialen Richtung erstreckt und den Sperrstift 80 sowie eine Feder 91 aufnimmt, die den Sperrstift 80 zu dem inneren Rotor 80 drückt.
Bei dem Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung und dem vorstehend beschriebenen Aufbau hat der äußere Rotor 30 eine Form einer Ausnehmungsstruktur oder einer Zahnstruktur, und er ist entweder durch einen Backprozess oder einen Schmiedeprozess ausgebildet. Der Grund dafür ist, dass ein Scheren eines sich schnell verfestigenden Materials zum Erhalten des derart aufgebauten äußeren Rotors 30 äußerst kostspielig ist. Im Gegensatz dazu ist der innere Rotor 20 ohne Ausnehmungen durch schnelle Verfestigung ausgebildet.
Um den äußeren Rotor 30 herzustellen, wird als sein Rohmaterial ein Aluminiumlegierungsmaterial verwendet, dessen Basismaterial die Form eines Aluminiumlegierungsgusses hat, der als AC8C-JIS H5202 bekannt ist und der 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent Cu, 8,5 bis 10,5 Gewichtsprozent Si, 0,50 bis 1,5 Gewichtsprozent Mg, nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent Zn, nicht mehr als 1,0 Gewichtsprozent Fe, nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent Mn, nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent Ni, nicht mehr als 0,20 Gewichtsprozent Ti, nicht mehr als 0,10 Gewichtsprozent Pb, nicht mehr als 0,10 Gewichtsprozent Sn und nicht mehr als 0,10 Gewichtsprozent Cr bezogen auf Al enthält. Dem Basismaterial wird zumindest ein Element hinzugefügt, so dass das Si einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm oder weniger aufweist, das aus Sb im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent, Na im Bereich von 0,001 bis 0,01 Gewichtsprozent, Sr im Bereich von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent und Ca im Bereich von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent ausgewählt ist. Nachfolgend wird der vorstehend angegebene Aluminiumlegierungsguss als ein erstes Gleitelement bezeichnet.
Falls jedes der vorstehend aufgelisteten Elemente die untere Grenze des vorstehend genannten Bereiches unterschreitet, dann ist der Partikeldurchmesser von Si größer. Im Gegensatz dazu verringert sich die Festigkeit bzw. die Steifigkeit, die Dehnfähigkeit oder die Streckbarkeit sowie die Härte, wenn jedes der vorstehend aufgelisteten Elemente die obere Grenze des vorstehend genannten Bereiches überschreitet, während der Partikeldurchmesser von Si nahezu unverändert bleibt.
Der innere Rotor 20, der Flügel 70 und der Sperrstift 80 sind jeweils als zusammenpassende Elemente des äußeren Rotors 30 zu betrachten, und sie werden jeweils durch Scheren oder Backen eines Extrudats eines sich schnell verfestigenden Al-Si-Fe-Systempulvers hergestellt. Ein derartiges Extrudat wird nachfolgend als ein zweites Gleitelement bezeichnet. Als Rohmaterial des Al-Si-Fe-Systempulvers wird ein Aluminiumpulver verwendet, das sich bei einer Kühlrate von 102 bis 104°C/s schnell verfestigt.
Das vorstehend erwähnte Aluminiumpulver wird gemäß der 3 hergestellt, wobei eine Aluminiumflüssigkeit aus einem Auslassanschluss 801 eines Kessels 800 ausgelassen wird und mit einem Gasstrahl unter hohem Druck von 80 bis 150 kgf/cm² bestrahlt wird, damit es sich bei einer Kühlrate von 100 bis 10000°C/s schnell verfestigt, wodurch ein Aluminiumpulver P1 hergestellt wird. Die Aluminiumflüssigkeit hat die Form einer Aluminiummatrix in einer Flüssigphase bevor sie in den Kessel 800 gelassen wird, und ihr sind 16 bis 18 Gewichtsprozent Si, 2 bis 6 Gewichtsprozent Fe, 1 bis 5 Gewichtsprozent Cu, 0,2 bis 2 Gewichtsprozent Mg und 0,2 bis 1 Gewichtsprozent Mn hinzugefügt.
Das Aluminiumpulver P1 wird in eine Membrantasche 1 angeordnet, und die resultierende Membrantasche 1 wird in eine Einrichtung 2 für einen Kalt-Hydrostatikprozess angeordnet. Dann wird das Aluminiumpulver P1 mit einem hohen Druck durch die Membrantasche 1 beaufschlagt, um so ein vorgefertigtes oder quasi-festes Aluminiumpulver P2 herzustellen. Anstelle des Kalt-Hydrostatikprozesses können ein Warm- oder Heiß-Hydrostatikprozess angewendet werden.
Wie dies in der 5 gezeigt ist, wird das vorstehend beschriebene, vorgefertigte Aluminiumpulver P2 als ein Barren in eine Heißextrusionsvorrichtung 3 angeordnet, um ein Extrudat P3 bei einer Heißextrusionstemperatur von 200 bis 550°C herzustellen.
Das Scheren, das Schmieden oder die mechanische Verarbeitung des resultierenden Extrudats P3 gemäß der 6 führt zu einer Ausbildung oder einer Herstellung einer Vorrichtung P4 wie zum Beispiel des äußeren Rotors 30, des Sperrstifts 80 oder des Flügels 70. In der Aluminiummatrix des Rohmaterials der Vorrichtung P4 sind die Si-Partikel sphärisch und haben einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 3 μm.
Es ist zu beachten, dass bei der Rohmaterialzusammensetzung des zweiten Gleitelementes die Si-Menge auf 16 bis 18 Gewichtsprozent festgelegt ist, was es ermöglicht, den Abrasionswiderstand des zweiten Gleitelementes zu erhöhen. Wenn die Si-Menge geringer ist als 16 Gewichtsprozent, dann ist der Abrasionswiderstand des zweiten Gleitelementes unzureichend, was zu einer anormalen Abnutzung hauptsächlich als eine Haftabnutzung resultiert. Andererseits vergrößert sich der mögliche Beschädigungsgrad des dazugehörigen Elementes (das heißt das erste Element), wenn die Si-Menge größer als 18 Gewichtsprozent ist.
Die Fe-Menge ist auf 2 bis 6 Gewichtsprozent festgelegt, was die Festfressbeständigkeit und die Wärmebeständigkeit des zweiten Gleitelementes verbessert.
Wenn die Fe-Menge geringer ist als 2 Gewichtsprozent, dann kann ein Festfressen beim Eingriff zwischen dem ersten und dem zweiten Gleitelement auftreten. Wenn die Fe-Menge andererseits größer als 6 Gewichtsprozent beträgt, dann würde das resultierende, abgeschiedene Nadelkristall den möglichen Beschädigungsgrad des dazugehörigen Elementes (das heißt das erste Element) erhöhen.
Die Cu-Menge ist auf 1 bis 5 Gewichtsprozent festgelegt, was die mechanischen Eigenschaften des zweiten Gleitelementes verbessert. Falls die Cu-Menge geringer als 1 Gewichtsprozent ist, dann hat das zweite Gleitelement schlechte mechanische Eigenschaften. Wenn die Cu-Menge andererseits größer als 5 Gewichtsprozent beträgt, dann sind die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Streckbarkeit des zweiten Gleitelementes verschlechtert.
Die Mg-Menge ist auf 0,2 bis 2 Gewichtsprozent festgelegt, was die mechanischen Eigenschaften des zweiten Gleitelementes verbessert. Falls die Mg-Menge kleiner als 0,2 Gewichtsprozent beträgt, dann hat das zweite Gleitelement schlechtere mechanische Eigenschaften. Wenn andererseits die Mg-Menge mehr als 2 Gewichtsprozent beträgt, dann sind die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Streckbarkeit des zweiten Gleitelementes verschlechtert.
Die Mn-Menge ist auf 0,2 bis 1 Gewichtsprozent festgelegt, was zu einer Verhinderung einer Rekristallisation und einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des zweiten Gleitelementes führt. Wenn die Mn-Menge kleiner als 0,2 Gewichtsprozent beträgt, dann tritt eine Rekristallisation auf, so dass die Struktur spröde wird, was zu einem Festfressen und zu einer nachfolgenden Verringerung der mechanischen Eigenschaften führt. Wenn die Mn-Menge andererseits größer als 1 Gewichtsprozent ist, dann bewirkt die aus der Matrix abgeschiedene mögliche unlösliche Zusammensetzung eine Erhöhung des Reibkoeffizienten des zweiten Gleitelementes.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Si ist so festgelegt, dass er nicht mehr als 3 μm beträgt, was den Abrasionswiderstand und die Festfressbeständigkeit des zweiten Gleitelementes verbessert. Falls der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Si größer ist als 3 μm, dann ist der Reibkoeffizient des zweiten Gleitelementes erhöht, was zu einem Festfressen und einem Angriff auf das dazugehörige Element des zweiten Gleitelementes führt, wenn das erste und das zweite Gleitelement im Eingriff sind.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebenen ausgezeichneten Gleitcharakteristika des zweiten Gleitelementes erzielt werden können, solange die Si-Menge 16 bis 18 Gewichtsprozent und die Fe-Menge 2 bis 6 Gewichtsprozent betragen, auch wenn sich die Mengen von jedem der anderen Elemente von der vorstehend genannten Angabe unterscheiden.
Die folgende Beschreibung zeigt anhand von Beispielen, warum die vorstehend beschriebenen Gleitcharakteristika erzielt werden können, wobei auf die 7(a) und 7(b) Bezug genommen wird. In der 7(a) ist das zweite Gleitelement 20 dargestellt, das an dem ersten Gleitelement 10 angebracht wird, bevor das erstgenannte in einen Gleiteingriff mit dem letztgenannten gebracht wird. Im Gegensatz dazu ist in der 7(b) das zweite Gleitelement 20 dargestellt, das an dem ersten Gleitelement 10 angebracht wird, nachdem das erstgenannte mit dem letztgenannten in einen gegenseitigen Gleiteingriff gelangt.
Entlang einer Aluminiumflusslinie des zweiten Gleitelementes 20 sind mehrere Si-Partikel homogen dispergiert, während eine Aluminiumflusslinie des ersten Gleitelementes 10 aus Abschnitten 11 ohne Si-Partikel und einem Abschnitt 12 besteht, in dem Si-Partikel dispergiert sind. Der Abschnitt 11 wird als ein Weichabschnitt bezeichnet und hat eine geringere mechanische Festigkeit als der Abschnitt 12.
Beim Vergleich der 7(a) und der 7(b) werden in einer Anfangsphase des vorstehend erwähnten gegenseitigen Gleiteingriffs zwischen den Gleitelementen 10 und 20 die Weichabschnitte des zweiten Gleitelementes 20, welche entlang dessen Oberfläche angeordnet sind, zum Ausbilden von konkaven Abschnitten abgerieben. Ein Schmieröl wird zwischen den Gleitelementen 10 und 20 aufgebracht und tritt in jeden resultierenden konkaven Abschnitt ein, was insgesamt zu einem verstärkten Ölfilm an einer Schnittstelle zwischen den Gleitelementen 10 und 20 führt. Somit wird der zu einem Festfressen führende Reibkoeffizient der Gleitelemente 10 und 20 immer kleiner und die zu einem Festfressen führende Wärmeerzeugung beim Gleiteingriff dazwischen wird geringer.
Zusätzlich hat jeder resultierende, abgeriebene Si-Partikel eine sphärische Form und einen Durchmesser, der kleiner ist als die Ölfilmdicke, auch wenn einige der Si-Partikel zu abgeriebenen Partikeln werden, die entlang der Oberfläche des zweiten Gleitelementes 20 auftreten, wodurch es möglich ist, den sanften Gleiteingriff zwischen den Gleitelementen 10 und 20 aufrechtzuerhalten.
Kurz gesagt scheint die vorstehend beschriebene ausgezeichnete Gleitfunktion auf den folgenden Tatsachen zu beruhen: Der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Si von nicht mehr als 3 μm, vorzugsweise 1 bis 2 μm, führt dazu, dass der mögliche Durchmesser der abgeriebenen Si-Partikel kleiner ist als die Ölfilmdicke von 3 μm, was es ermöglicht, den sanften Gleiteingriff zwischen den Gleitelementen 10 und 20 beizubehalten. Die Weichabschnitte entlang der Aluminiumflusslinie des ersten Gleitelementes 10 werden abgerieben, bevor die Si-Partikel verschleissen, wodurch die resultierenden konkaven Abschnitte das Öl aufnehmen, was eine ausreichende Schmierung zwischen den Gleitelementen 10 und 20 gewährleistet, wodurch ein Festfressen verhindert wird.
Unter Bezugnahme auf die 8(a) ist ein Vergleichsbeispiel 1 gezeigt, wobei ein erstes Gleitelement 100 und ein zweites Gleitelement 200 in einen gegenseitigen Gleiteingriff gebracht werden. Das zweite Gleitelement 200 von diesem Vergleichsbeispiel 1 ist ähnlich wie das zweite Gleitelement 20 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles, während das erste Gleitelement von diesem Vergleichsbeispiel 1 ähnlich ist wie das erste Gleitelement 10 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles, außer dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Si bei dem erstgenannten auf mehr als 3 μm festgelegt ist. Wenn die Si-Partikel zu abgeriebenen Partikeln werden, dann ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser von jedem der abgeriebenen Si-Partikel somit nicht kleiner als die Ölfilmdicke von 3 μm, was einen Eingriff des zweiten Gleitelementes 200 mit diesen abgeriebenen Si-Partikeln bewirkt, was zwischen den Gleitelementen 100 und 200 zu einer übermäßigen Reibung und einem übermäßigen Festfressen führt.
Unter Bezugnahme auf die 8(b) ist ein Vergleichsbeispiel 2 gezeigt, wobei ein erstes Gleitelement 300 und ein zweites Gleitelement 400 in einen gegenseitigen Gleiteingriff gebracht sind. Das erste Gleitelement 300 und das zweite Gleitelement 400 sind identisch mit dem zweiten Gleitelement 20 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles. Bei einem derartigen Aufbau sind keine Ölaufnahmeabschnitte zwischen dem ersten Gleitelement 300 und dem zweiten Gleitelement 400 ausgebildet, was es schwierig macht, dazwischen einen Ölfilm zu bilden. Somit kann zwischen den Gleitelementen 300 und 400 ein direkter Kontakt oder ein Fest-Fest-Kontakt auftreten, wenn zwischen den Gleitelementen 300 und 400 eine gegenseitigen Gleitbewegung auftritt, so dass eine hohe Last auf jedes Gleitelement aufgebracht wird, was den Reibkoeffizient erhöht und zu einem möglichen Festfressen führt.
Unter Bezugnahme auf die 8(c) ist ein Vergleichsbeispiel 3 gezeigt, wobei ein erstes Gleitelement 500 und ein zweites Gleitelement 600 in einen gegenseitigen Gleiteingriff gebracht werden. Das erste Gleitelement 500 und das zweite Gleitelement 600 sind identisch mit dem ersten Gleitelement 10 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles.
Bei einem derartigen Aufbau kann ein Weichabschnitt manchmal örtlich haften, und an dem resultierenden Abschnitt kann sich ein Haftabrieb fortsetzen. Falls ein Aluminiumgusselement oder ein gestrecktes Aluminiumelement wie bei dem ersten und dem zweiten Element verwendet wird, dann treten ähnliche Probleme auf.
Unter Bezugnahme auf die 9 ist eine graphische Darstellung von Testergebnissen gezeigt, die zum Bestimmen oder zum Messen einer Festfressbeständigkeit hinsichtlich des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels, des Vergleichsbeispiels 1, des Vergleichsbeispiels 2, des Vergleichsbeispiels 3 und eines Vergleichsbeispiels 4 durchgeführt wurden, bei denen ein Paar Gleitelemente aus einem gesinteren Fe-Material in einen gegenseitigen Gleiteingriff gebracht wurden.
Die Testbedingungen:

Gleitmodus: Reibabriebtestgerät der Ring/Scheibe-Bauart
Umfangsgeschwindigkeit: 0,6 m/s
Last: Erhöhung bis das Festfressen festgestellt wird oder die Last ihren Maximalwert von 25 MPa erreicht, wobei sich die Last alle 3 Minuten mit einem Inkrement von 0,5 MPa erhöht.
Schmieröl: 5 W-30 SJ-Kraftmaschinenöl
Ölmenge: 200 ml
Öltemperatur: keine Steuerung

Die 9 verdeutlicht, dass das gegenwärtige Ausführungsbeispiel verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 eine ausgezeichnete Festfressbeständigkeit hat.
Unter Bezugnahme auf die 10 ist eine andere graphische Darstellung von Testergebnissen dargestellt, die zum Bestimmen oder zum Messen eines Abrasionswiderstands hinsichtlich des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 durchgeführt wurden.
Die Testbedingungen:

Gleitmodus: Reibabriebstestgerät der Ring/Scheibe-Bauart
Umfangsgeschwindigkeit: 0,6 m/s
Last: 2 MPa (konstant oder fest)
Testzeitdauer: 5 Stunden
Gleitdistanz: 10800 m
Schmieröl: 5 W-30 SJ-Kraftmaschinenöl
Ölmenge: 200 ml
Öltemperatur: keine Steuerung

Die 10 verdeutlicht oder bestätigt, dass das gegenwärtige Ausführungsbeispiel verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 einen ausgezeichneten Abrasionswiderstand hat.
Unter Bezugnahme auf die 11 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Oberflächendruck und einem Reibkoeffizienten hinsichtlich des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 gezeigt. Jede der Beziehungen ist ein Testergebnis für das gegenwärtige Ausführungsbeispiel und die Vergleichsbeispiele 1 bis 4. Diese Tests wurden gemäß den folgenden Bedingungen durchgeführt.
Die Testbedingungen:

Gleitmodus: Reibabriebstestgerät der Ring/Scheibe-Bauart
Umfangsgeschwindigkeit: 0,6 m/s
Last: Erhöhen, bis das Festfressen festgestellt wird oder die Last ihren Maximalwert von 25 MPa erreicht, wobei die Last alle drei Minuten mit einem Inkrement von 0,5 MPa erhöht wird
Schmieröl: 5 W-30 SJ-Kraftmaschinenöl
Ölmenge: 200 ml
Öltemperatur: keine Steuerung

Die graphische Darstellung in der 11 bestätigt, dass das gegenwärtige Ausführungsbeispiel einen ausgezeichneten Reibkoeffizienten aufweist. Zusätzlich hat das gegenwärtige Ausführungsbeispiel einen äußerst kleinen Reibkoeffizienten von 0,0003, wenn der Oberflächendruck 10 MPa oder mehr beträgt, und die Gleitschnittstelle zwischen den Gleitelementen ist in einem Zustand einer Fluidschmierung oder in einem Zustand mit vollständig ausgebildetem Ölfilm.
Die vorstehend angegebenen Testergebnisse bestätigen, dass das gegenwärtige Ausführungsbeispiel den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hinsichtlich der Festfressbeständigkeit, des Abrasionswiderstands und des Reibkoeffizienten überlegen ist, und dass das herkömmliche Rohmaterial wie zum Beispiel ein gesintertes Fe-Material oder übliche Aluminiummaterialien zur Erfüllung der Produktspezifikationen versagen.

Die nachfolgend aufgeführte Tabelle vergleicht die mechanischen Charakteristika der Rohmaterialien von jedem Vergleichsbeispiel.

Material \ \ \ \ \ Prüfpunkt	Schnell verfestigendes Al (2. Gleitelement bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel)	gesintertes Fe-Material (Vergleichsbeispiel 4)	Üblicher Al-Guss (1. Gleitelement bei dem Vergleichsbeispiel 1)
Zugfestigkeit (MPa)	451	350	544
konventionelle Streckgrenze (0,2%) (MPa)	363	270	497
elastische Dehnung (%)	1,5	1,2	9
Dauerfestigkeit (MPa)	195	140	206
Härte (HV)	165	120	135
Dichte (g/cm³)	2,8	6,85	2,8

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass das gegenwärtige Ausführungsbeispiel ein Rohmaterial verwenden kann, das eine viel festere Eigenschaft hat, und ein Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung kann mit mehr als 50% reduzierter Masse erhalten werden.
Es ist zu beachten, dass das vorstehend beschriebene Konzept auf andere Vorrichtungen und insbesondere auf Vorrichtungen angewendet werden kann, die an Fahrzeugen angebracht sind, wie zum Beispiel eine Kraftmaschinenölpumpe, eine Getriebeölpumpe, eine Servolenkölpumpe und ein Kolben und Zylindersatz.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben, es sollte jedoch klar sein, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der dargestellten Aufbauten beschränkt ist, sondern dass Änderungen und Abwandlungen geschaffen werden können, ohne den Umfang gemäß den beigefügten Ansprüchen zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Gleitmechanismus vor, der ein erstes Gleitelement aus einem Aluminiumlegierungsmaterial aufweist, wobei dem Aluminiumlegierungsmaterial zumindest ein Element hinzugefügt ist, das aus Sb im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent, Na im Bereich von 0,001 bis 0,01 Gewichtsprozent, Sr im Bereich von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent und Ca im Bereich von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent ausgewählt ist, und der ein zweites Gleitelement aufweist, das so angeordnet ist, dass es in einem Gleiteingriff mit dem ersten Gleitelement ist, wobei das zweite Gleitelement aus einem Material besteht, das durch Versintern eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers erhalten wird, das zumindest ein Si-Element und ein Fe-Element enthält. Das Si-Element hat vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm oder weniger.

Claims

Gleitmechanismus mit: einem zweiten Gleitelement, das in einem Gleiteingriff mit einem ersten Gleitelement angeordnet ist, wobei das zweite Gleitelement aus einem Material besteht, das durch Versintern eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers erhalten wird, das zumindest ein Si-Element und ein Fe-Element enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gleitelement aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, wobei dem Aluminiumlegierungsgussmaterial zumindest ein Element hinzugefügt ist, das aus Sb im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent, Na im Bereich von 0,001 bis 0,01 Gewichtsprozent, Sr im Bereich von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent und Ca im Bereich von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent ausgewählt ist; wobei das Aluminiumlegierungsgussmaterial einen Abschnitt aufweist, in dem Si-Partikel dispergiert sind, und die Si-Partikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm oder weniger haben; und ein Schmieröl zwischen dem ersten Gleitelement und dem zweiten Gleitelement aufgebracht ist.
Gleitmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei die Si-Partikel, die in dem zweiten Gleitelement dispergiert sind, einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm oder weniger aufweisen.
Gleitmechanismus gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Gleitelement aus einem Material besteht, das durch Versintern eines sich schnell verfestigenden Aluminiumpulvers erhalten wird, das zumindest ein Si-Element im Bereich von 16 bis 18 Gewichtsprozent und ein Fe-Element im Bereich von 2 bis 6 Gewichtsprozent enthält.
Gleitmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Gleitelement 8,5 bis 10,5 Gewichtsprozent Si enthält.
Verwendung eines Gleitmechanismuses nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Ventilmechanismus mit variabler Zeitgebung zum Steuern eines Einlass- oder Auslassventils mit: einer Nockenwelle mit einem distalen Endabschnitt, wobei die Nockenwelle in einem Verbrennungskraftmaschinenzylinderkopf drehbar angebracht ist; einem inneren Rotor, der an dem distalen Endabschnitt der Nockenwelle fest angebracht ist; einem äußeren Rotor, der so an dem inneren Rotor angebracht ist, dass er innerhalb eines Winkelbereichs drehbar ist und einen Drehübertragungsmechanismus bildet; einem Flügel, der mit dem inneren Rotor entweder einstückig oder montiert gekoppelt ist; und einem Sperrstift, der mit dem äußeren Rotor gekoppelt ist, wobei der äußere Rotor aus dem ersten Gleitelement besteht und der innere Rotor aus dem zweiten Gleitelement besteht.