(57)【要約】  空冷式単気筒内燃機関のシリンダヘッド本体（１００）は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されており、アルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含む。シリンダヘッド本体（１００）の１００℃における熱伝導率は、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、シリンダヘッド本体（１００）の常温におけるロックウェル硬さは、７０ＨＲＦ以上９０ＨＲＦ以下である。
2014136535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却フィンと、
カム室を規定するカム室壁と、
燃焼室を規定する燃焼室壁と、
前記燃焼室への吸気を行うための吸気通路と、
前記燃焼室からの排気を行うための排気通路と、
前記カム室壁および前記燃焼室壁の間に冷却風を通すための冷却風通路と、を有するシリンダヘッド本体を備え、
前記シリンダヘッド本体は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されており、
前記アルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含み、
前記シリンダヘッド本体の１００℃における熱伝導率は、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
前記シリンダヘッド本体の常温におけるロックウェル硬さは、７０ＨＲＦ以上９０ＨＲＦ以下である空冷式単気筒内燃機関。
【請求項２】
前記複数の冷却フィンのそれぞれの先端部は、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の厚さを有し、
前記複数の冷却フィンは、７．５ｍｍ以下のピッチで配置されている請求項１に記載の空冷式単気筒内燃機関。
【請求項３】
前記複数の冷却フィンのそれぞれは、１．０°以上２．０°以下の抜き勾配を有する請求項１または２に記載の空冷式単気筒内燃機関。
【請求項４】
前記排気通路の内周面の表面粗さＲｚは、３０μｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載の空冷式単気筒内燃機関。
【請求項５】
前記複数の冷却フィンは、前記排気通路を規定する排気通路壁から延びる冷却フィンを含む請求項１から４のいずれかに記載の空冷式単気筒内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の空冷式単気筒内燃機関を備える鞍乗型車両。
【請求項７】
８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含むアルミニウム合金を用意する第１の工程と、
複数の冷却フィンと、カム室を規定するカム室壁と、燃焼室を規定する燃焼室壁と、前記燃焼室への吸気を行うための吸気通路と、前記燃焼室からの排気を行うための排気通路と、前記カム室壁および前記燃焼室壁の間に冷却風を通すための冷却風通路とを有するシリンダヘッド本体を、前記アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形する第２の工程と、
前記第２の工程の後に、前記シリンダヘッド本体を水冷し、その後、前記シリンダヘッド本体に２４０℃以上２６０℃以下の温度で１時間以上３時間以下の熱処理を行う第３の工程と、
を包含する空冷式単気筒内燃機関の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、空冷式単気筒内燃機関に関する。また、本発明は、空冷式単気筒内燃機関を備えた鞍乗型車両や、空冷式単気筒内燃機関の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上のため、内燃機関をより高い圧縮比で運転したいという要望が強まっている。圧縮比を高くする場合、シリンダヘッドは、高温強度や熱疲労強度に優れていることが要求される。【０００３】
特許文献１は、高サイクル疲労強度および熱疲労強度に優れたシリンダヘッド用アルミニウム合金を開示している。特許文献１では、アルミニウム合金のＣｕ含有量を多くすることによって、機械的性質を向上させている。また、高温強度に優れたアルミニウム合金として、ＡＣ４ＢなどのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金が一般に知られている。【０００４】
このように、高温強度を向上させるためには、アルミニウム合金のＣｕ含有量を増加させることが有効であると考えられる。【０００５】
一方、内燃機関の冷却方式として、空冷式と水冷式とが知られており、空冷式内燃機関用のシリンダヘッドには、冷却性を確保するために冷却フィンや冷却風通路（風穴）が設けられる。冷却風通路などを有するシリンダヘッドは、一般的には、中子を用いた低圧鋳造や重力鋳造により成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空冷式内燃機関用のシリンダヘッドについても、高温強度を向上させるためにアルミニウム合金のＣｕ含有量を増加させることが考えられる。しかしながら、その場合、空冷式内燃機関用のシリンダヘッドには高い冷却性が求められているにもかかわらず、Ｃｕ含有量の増加に伴って熱伝導率が低下してしまう。【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れた空冷式単気筒内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による空冷式単気筒内燃機関は、複数の冷却フィンと、カム室を規定するカム室壁と、燃焼室を規定する燃焼室壁と、前記燃焼室への吸気を行うための吸気通路と、前記燃焼室からの排気を行うための排気通路と、前記カム室壁および前記燃焼室壁の間に冷却風を通すための冷却風通路と、を有するシリンダヘッド本体を備え、前記シリンダヘッド本体は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されており、前記アルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含み、前記シリンダヘッド本体の１００℃における熱伝導率は、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、前記シリンダヘッド本体の常温におけるロックウェル硬さは、７０ＨＲＦ以上９０ＨＲＦ以下である。【００１０】
ある実施形態において、前記複数の冷却フィンのそれぞれの先端部は、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の厚さを有し、前記複数の冷却フィンは、７．５ｍｍ以下のピッチで配置されている。【００１１】
ある実施形態において、前記複数の冷却フィンのそれぞれは、１．０°以上２．０°以下の抜き勾配を有する。【００１２】
ある実施形態において、前記排気通路の内周面の表面粗さＲｚは、３０μｍ以下である。【００１３】
ある実施形態において、前記複数の冷却フィンは、前記排気通路を規定する排気通路壁から延びる冷却フィンを含む。【００１４】
ある実施形態において、前記シリンダヘッド本体は、カムチェーンを収容するカムチェーン室をさらに有し、シリンダ軸線方向から見たとき、前記排気通路は、入口側から出口側に向かうにつれて前記カムチェーン室から遠ざかるように延びており、且つ、前記排気通路の軸線が直線状となるように形成されている。【００１５】
ある実施形態において、前記シリンダヘッド本体は、それぞれにヘッドボルトが挿通される複数のボルト孔をさらに有し、前記複数のボルト孔のうちの１つのボルト孔は、前記排気通路と前記カムチェーン室との間に設けられており、前記冷却風通路の一部は、前記１つのボルト孔と、前記排気通路との間に位置している。【００１６】
ある実施形態において、前記複数の冷却フィンは、前記燃焼室壁の頂部に対して前記燃焼室側に位置する冷却フィンの面積の合計が、前記燃焼室壁の頂部に対して前記燃焼室とは反対側に位置する冷却フィンの面積の合計よりも大きくなるように設けられている。【００１７】
ある実施形態において、前記複数の冷却フィンは、シリンダ軸線に対して前記カムチェーン室とは反対側から見たとき、前記燃焼室壁の頂部に対して前記燃焼室側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部が、前記燃焼室壁の頂部に対して前記燃焼室とは反対側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部よりも、シリンダ軸線の近くに位置するように設けられている。【００１８】
ある実施形態において、前記冷却風通路の一部は、前記排気通路を規定する排気通路壁であって、前記カム室壁と鋭角をなすように交差する排気通路壁により規定されている。【００１９】
ある実施形態において、前記カム室壁は、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の厚さを有する。【００２０】
ある実施形態において、前記シリンダヘッド本体は、前記冷却風通路内に設けられ、前記燃焼室壁と前記カム室壁とを連結するリブをさらに有する。【００２１】
ある実施形態において、前記リブは、前記冷却風通路を規定する冷却風通路壁に沿って形成されている。【００２２】
ある実施形態において、前記排気通路の軸線に直交する面に沿った、前記排気通路の断面形状の真円度は、前記排気通路の出口の形状の真円度よりも低い。【００２３】
ある実施形態において、前記排気通路の軸線に直交する面に沿った、前記排気通路の断面形状は略楕円であり、前記排気通路の出口の形状は略真円である。【００２４】
本発明による鞍乗型車両は、上記構成を有する空冷式単気筒内燃機関を備える。【００２５】
本発明による空冷式単気筒内燃機関の製造方法は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含むアルミニウム合金を用意する第１の工程と、複数の冷却フィンと、カム室を規定するカム室壁と、燃焼室を規定する燃焼室壁と、前記燃焼室への吸気を行うための吸気通路と、前記燃焼室からの排気を行うための排気通路と、前記カム室壁および前記燃焼室壁の間に冷却風を通すための冷却風通路とを有するシリンダヘッド本体を、前記アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形する第２の工程と、前記第２の工程の後に、前記シリンダヘッド本体を水冷し、その後、前記シリンダヘッド本体に２４０℃以上２６０℃以下の温度で１時間以上３時間以下の熱処理を行う第３の工程と、を包含する。【００２６】
本発明による空冷式単気筒内燃機関では、シリンダヘッド本体は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されており、そのアルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含む。シリンダヘッド本体がこのようなアルミニウム合金から形成されていることにより、下記（１）〜（７）に説明するように、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性のすべてに優れたシリンダヘッド本体が得られる。【００２７】
（１）鋳造性：Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、Ｍｇ含有量を０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｆｅ含有量を０．５ｗｔ％以上とすることにより、十分な鋳造性を確保することができる。そのため、冷却フィンおよび冷却風通路を有するような比較的複雑な形状のシリンダヘッド本体（つまり空冷式単気筒内燃機関用のシリンダヘッド本体）をダイカスト鋳造により好適に成形することができる。【００２８】
（２）冷却性：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、Ｃｕ含有量を０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｓｒ含有量を０．０２ｗｔ％以下とすることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させることができる。なお、冷却性の向上の点からは、シリンダヘッド本体を鋳造後に水冷し、その後、シリンダヘッド本体に２４０℃以上の温度で１時間以上の熱処理を行うことが好ましい。【００２９】
（３）常温強度：Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、十分な常温強度を確保してボルト用ボスの座面やカムチェーン室の変形を防止することができる。なお、常温強度の確保の観点からは、シリンダヘッド本体への熱処理（鋳造・水冷後の熱処理）の温度および時間は、２６０℃以下および３時間以下であることが好ましい。【００３０】
（４）高温強度：Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、且つ、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、シリンダヘッドに要求される高温強度を確保することができる。【００３１】
（５）常温疲労強度：Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上、且つ、Ｍｎ含有量をＦｅ含有量の１／２以上とすることにより、シリンダヘッドに必要な常温疲労強度を確保できる。【００３２】
（６）熱サイクル疲労強度：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、Ｓｒ含有量を０．００２ｗｔ％以上、Ｆｅ含有量を１．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量を０．３ｗｔ％以上とすることにより、十分な熱疲労強度を確保して高圧縮比での運転を行うことが可能になる。【００３３】
（７）機械加工性および寸法安定性：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量を０．６ｗｔ％以下とすることによって、燃焼室壁のような厚肉部についても十分な機械加工性と寸法安定性を確保することができ、鋳造後のポート加工を可能にして内燃機関の性能を向上させることができる。なお、寸法安定性の確保の観点からは、シリンダヘッド本体への熱処理（鋳造・水冷後の熱処理）の温度および時間は、２４０℃以上および１時間以上であることが好ましい。【００３４】
また、本発明による空冷式単気筒内燃機関では、シリンダヘッド本体の１００℃における熱伝導率は、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。シリンダヘッド本体の１００℃における熱伝導率が１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、シリンダヘッド本体の冷却性を十分に向上させることができる。【００３５】
さらに、本発明による空冷式単気筒内燃機関では、シリンダヘッド本体の常温におけるロックウェル硬さは、７０ＨＲＦ以上９０ＨＲＦ以下である。シリンダヘッド本体の常温におけるロックウェル硬さが７０ＨＲＦ未満である場合、シリンダヘッド本体に必要な強度を確保できないことがある。また、シリンダヘッド本体の常温におけるロックウェル硬さが９０ＨＲＦを超える場合、金属間化合物が高密度に微細析出した状態であり、所望の熱伝導率が得られない。【００３６】
このように、本発明によると、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法加工性のすべてに優れたシリンダヘッド本体が得られる。そのため、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れた空冷式単気筒内燃機関を実現することができる。【００３７】
また、本発明による空冷式単気筒内燃機関では、シリンダヘッド本体がダイカスト鋳造により成形されるので、冷却フィンの肉厚とピッチとを小さくすることができ、冷却性を向上させることができる。具体的には、各冷却フィンの先端部の厚さを１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とし、複数の冷却フィンを７．５ｍｍ以下のピッチで配置することができ、このことによって冷却性を向上させることができる。【００３８】
複数の冷却フィンのそれぞれは、２．０°以下の抜き勾配を有することが好ましい。抜き勾配を２．０°以下と小さくすることにより、冷却フィンの根元部における間隔を大きくすることができるので、冷却性をさらに向上させることができる。ただし、離型を容易にする観点からは、複数の冷却フィンのそれぞれの抜き勾配は、１．０°以上であることが好ましい。【００３９】
中子を用いることなく金型によって排気通路を形成すると、排気通路の内周面の表面粗さを、中子を使う場合に比べて小さくすることができる。より具体的には、排気通路の内周面の表面粗さＲｚ（最大高さ）を、３０μｍ以下にすることができ、排気抵抗を低減して内燃機関の出力を向上させることができる。【００４０】
典型的には、複数の冷却フィンは、排気通路を規定する排気通路壁から延びる冷却フィンを含んでいる。排気通路は、シリンダヘッド本体の中でも高温となり易い箇所であるので、冷却フィンが排気通路壁から延びていることにより、冷却効率を向上させることができる。【００４１】
シリンダヘッド本体の排気通路が、入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室から遠ざかるように延びていると、排気通路の出口とカムチェーン室との間の空間を広げることができる。従って、冷却風通路の断面積を十分に大きく確保しやすい。そのため、いっそう高い冷却性能を実現することができる。また、シリンダヘッド本体の排気通路が、その軸線が直線状となるように形成されていると、排気抵抗を低減し、いっそう効率の良い燃焼が可能となる。さらに、ダイカスト鋳造によってシリンダヘッド本体を成形する際に、最終形状の排気通路を金型により形成することができるので、排気通路の形状を後加工により仕上げたり、形状変更したりする必要がない。【００４２】
ヘッドボルトが挿通されるボルト孔が、排気通路とカムチェーン室との間に設けられていると、排気通路とカムチェーン室との間よりも狭い空間（つまりボルト孔と排気通路との間の空間）内に、冷却風通路の一部を位置させる（配置する）必要がある。しかしながら、上述したように、排気通路が、入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室から遠ざかるように延びていることにより、ボルト孔と排気通路との間においても冷却風通路の断面積を十分に大きく確保することができる。【００４３】
複数の冷却フィンは、燃焼室壁の頂部に対して燃焼室側に位置する冷却フィンの面積の合計が、燃焼室壁の頂部に対して燃焼室とは反対側に位置する冷却フィンの面積の合計よりも大きくなるように設けられていることが好ましい。内燃機関の運転中、シリンダヘッド本体のうち、燃焼室壁の頂上部に対して燃焼室側の領域は、燃焼室壁の頂上部に対して燃焼室とは反対側の領域よりも温度が高くなる。そのため、前者の領域に位置する冷却フィンの面積の合計が、後者の領域に位置する冷却フィンの面積の合計よりも大きいことにより、効率的に冷却性を向上させることができる。【００４４】
また、複数の冷却フィンは、シリンダ軸線に対してカムチェーン室とは反対側から見たとき、燃焼室壁の頂部に対して燃焼室側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部が、燃焼室壁の頂部に対して燃焼室とは反対側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部よりも、シリンダ軸線の近くに位置するように設けられていることが好ましい。燃焼室壁の頂上部に対して燃焼室側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部が、燃焼室壁の頂上部に対して燃焼室とは反対側に位置する冷却フィンのシリンダ軸線側の端部よりも、シリンダ軸線の近くに位置することにより、つまり、後者の冷却フィンの端部を前者の冷却フィンの端部よりもシリンダ軸線から離すことにより、冷却風通路の断面積をより大きくすることができる。【００４５】
冷却風通路の一部が、排気通路を規定する排気通路壁であって、カム室壁と鋭角をなすように交差する排気通路壁により規定されていると、以下のような利点が得られる。通常、冷却風通路の形状をダイカスト鋳造の際に金型で形成する場合、金型の、冷却風通路に対応する部分は、他の部分から突出した形状を有する。そのような突出した形状を有する部分の先端は、溶湯の熱によって高温になりやすい。特に、先端に角があると、金型のその部分が溶損してしまうことがある。そのため、一般的には、先端をその断面が円状になるように設計するが、冷却風通路の一部を、カム室壁と鋭角をなすように交差する排気通路壁で規定することにより、冷却風通路の断面積を大きくすることができる。この場合、カム室壁と排気通路壁とは、ともに肉厚が小さくてもよいので、溶損の問題を回避することができる。【００４６】
カム室壁は、２．５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。カム室壁の厚さが２．５ｍｍ以下であることにより、金型の角の溶損をいっそう確実に防止することができる。ただし、カム室壁の厚さが１．５ｍｍ未満であると、カム室に要求される耐圧強度が十分に得られず、歪みにより発生する変形応力に対する耐性が不足することがあるので、カム室壁の厚さは１．５ｍｍ以上であることが好ましい。【００４７】
シリンダヘッド本体は、冷却風通路内に設けられ、燃焼室壁とカム室壁とを連結するリブをさらに有することが好ましい。燃焼室壁とカム室壁とをリブが連結することにより、リブが燃焼室壁の熱をカム室壁に伝達し、カム室の潤滑油を用いた冷却が可能になるので、冷却性を向上させることができる。また、リブが冷却風通路内に配置されることにより、冷却風による冷却効果も得られる。【００４８】
なお、リブは、ダイカスト鋳造によりシリンダヘッド本体が成形される場合の型抜き方向に沿って形成されていることが好ましい。そのため、リブは、冷却風通路を規定する壁部（冷却風通路壁）に沿って形成されていることが好ましい。【００４９】
また、排気通路の軸線に直交する面に沿った排気通路の断面形状は略楕円であり、且つ、排気通路の出口の形状は略真円であることが好ましい。排気管の断面形状は一般に略真円であるので、排気通路の出口の形状が略真円であることにより、通路面積の急激な変化を防止して内燃機関の性能の低下を防止することができる。排気通路が入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室から遠ざかるように延びていると、軸線に直交する面に沿った排気通路の断面形状が略真円であると、排気通路の出口の形状を略真円にすることはできない。これに対し、軸線に直交する面に沿った排気通路の断面形状が略楕円であることにより、つまり、軸線に直交する面に沿った排気通路の断面形状の真円度を、排気通路の出口の形状の真円度よりも低くすることにより、排気通路の出口の形状を略真円にすることができる。【００５０】
本発明による空冷式単気筒内燃機関の製造方法では、第１の工程において、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含むアルミニウム合金が用意され、第２の工程において、シリンダヘッド本体がこのアルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形される。そのため、上記（１）〜（７）で説明したのと同様の理由により、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性のすべてに優れたシリンダヘッド本体が得られる。また、本発明による空冷式単気筒内燃機関の製造方法では、第２の工程の後に、シリンダヘッド本体を水冷し、その後、シリンダヘッド本体に２４０℃以上２６０℃以下の温度で１時間以上３時間以下の熱処理を行う第３の工程が実行される。熱処理温度が２４０℃以上であり、且つ、熱処理時間が１時間以上であることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させる効果をより確実に得ることができる。また、熱処理温度が２６０℃以下であり、且つ、熱処理時間が３時間以下であることにより、シリンダヘッド本体に要求される寸法安定性を確保することができる。上記の理由から、本発明の製造方法によれば、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れた空冷式単気筒内燃機関を好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によると、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れた空冷式単気筒内燃機関が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における自動二輪車（鞍乗型車両）１を模式的に示す右側面図である。
【図２】図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】図２中に示されているエンジン（内燃機関）１０１近傍を拡大して示す図である。
【図４】エンジン１０１の一部分の右側面図である。
【図５】エンジン１０１の左側面断面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す上面図である。
【図７】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す底面図である。
【図８】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す正面図である。
【図９】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す背面図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す左側面図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す右側面図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す図であり、図１１中の１２Ａ−１２Ａ’線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００を模式的に示す図であり、図７中の１３Ａ−１３Ａ’線に沿った断面図である。
【図１４】シリンダヘッド本体１００が有する複数の冷却フィン１０を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
図１に、本実施形態における鞍乗型車両１を示す。図１に示す鞍乗型車両１は、スクータ型の自動二輪車である。なお、本発明による鞍乗型車両は、スクータ型の自動二輪車１に限定されない。本発明による鞍乗型車両は、いわゆるモペット型、オフロード型、オンロード型等の他の形式の自動二輪車であってもよい。また、本発明による鞍乗型車両は、乗員が跨って乗車する任意の車両を意味し、二輪車に限られない。本発明による鞍乗型車両は、車体を傾けることによって進行方向を変える形式の三輪車等であってもよく、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle）等の他の鞍乗型車両であってもよい。
【００５５】
以下の説明において、前、後、左、右は、それぞれ自動二輪車１の乗員から見た前、後、左、右を意味するものとする。図中の参照符号Ｆ、Ｒｅ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を表している。
【００５６】
自動二輪車１は、図１に示すように、車両本体２と、前輪３と、後輪４と、後輪４を駆動するエンジンユニット５とを備えている。車両本体２は、乗員によって操作されるハンドル６と、乗員が着座するシート７とを備えている。エンジンユニット５は、いわゆるユニットスイング式のエンジンユニットであり、ピボット軸８を中心として搖動可能なように、車体フレーム（図１には示されていない）に支持されている。つまり、エンジンユニット５は、車体フレームに搖動可能に支持されている。
【００５７】
続いて、図２〜図５を参照しながら、自動二輪車１のエンジンユニット５の構成をより具体的に説明する。図２は、図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面図である。図３は、図２中に示されているエンジン１０１近傍を拡大して示す図である。図４は、エンジン１０１の一部分の右側面図である。図５は、エンジン１０１の左側面断面図である。
【００５８】
エンジンユニット５は、図２に示すように、エンジン（内燃機関）１０１と、Ｖベルト式無段変速機（以下では「ＣＶＴ」と呼ぶ）１５０とを備えている。なお、図２に示す例では、エンジン１０１とＣＶＴ１５０とが一体となってエンジンユニット５を構成しているが、エンジン１０１と変速機とが別々であってもよいことは勿論である。
【００５９】
エンジン１０１は、単一の気筒を備えた単気筒エンジンである。エンジン１０１は、吸気工程、圧縮工程、燃焼行程および排気工程を順次繰り返す４ストロークエンジンである。エンジン１０１は、クランクケース１０２と、クランクケース１０２から前方（なお、ここで言う「前方」とは、厳密な意味での前方、すなわち水平線と平行な方向に限られず、水平線から傾いた方向も含まれる）に延び、クランクケース１０２に結合されたシリンダブロック１０３と、シリンダブロック１０３の前部に接続されたシリンダヘッド１０４と、シリンダヘッド１０４の前部に接続されたシリンダヘッドカバー１０５とを備えている。シリンダブロック１０３の内部には、シリンダ１０６が形成されている。
【００６０】
なお、シリンダ１０６は、シリンダブロック１０３の本体（すなわち、シリンダブロック１０３のうちのシリンダ１０６以外の部分）内に挿入されたシリンダライナ等によって形成されていてもよく、シリンダブロック１０３の本体と一体化されていてもよい。言い換えると、シリンダ１０６は、シリンダブロック１０３の本体と分離可能に形成されていてもよく、シリンダブロック１０３の本体と分離できないように形成されていてもよい。シリンダ１０６内には、ピストン１０７が摺動自在に収容されている。ピストン１０７は、上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間で往復運動自在に配置されている。
【００６１】
シリンダヘッド１０４は、シリンダ１０６を覆うようにシリンダブロック１０３に重ねられている。シリンダヘッド１０４は、アルミニウム合金製のシリンダヘッド本体１００と、カムシャフト１０８を含む動弁機構と、吸気バルブ１５１や排気バルブ１５２などを有する。動弁機構は、カム室１０９に収容されている。シリンダヘッド本体１００の、カム室１０９を規定する部分２０は、後述するようにカム室壁と呼ばれる。
【００６２】
シリンダヘッド本体１００と、ピストン１０７の頂面と、シリンダ１０６の内周面とにより、燃焼室１１０が規定される。シリンダヘッド１００本体の、燃焼室１１０を規定する部分３０は、後述するように燃焼室壁と呼ばれる。
【００６３】
ピストン１０７は、コンロッド１１１を介してクランクシャフト１１２に連結されている。クランクシャフト１１２は、左方および右方に延びており、クランクケース１０２に支持されている。クランクシャフト１１２に接続されたカムチェーン１１３により、カムシャフト１０８が駆動される。カムチェーン１１３は、カムチェーン室７０に収容されている。
【００６４】
なお、本実施形態では、クランクケース１０２、シリンダブロック１０３、シリンダヘッド１０４およびシリンダヘッドカバー１０５は、別体であるが、これらは必ずしも別体である必要はなく、適宜一体化されていてもよい。例えば、クランクケース１０２とシリンダブロック１０３とが一体的に形成されていてもよいし、シリンダブロック１０３とシリンダヘッド１０４とが一体的に形成されていてもよい。また、シリンダヘッド１０４とシリンダヘッドカバー１０５とが一体的に形成されていてもよい。
【００６５】
ＣＶＴ１５０は、図２に示すように、駆動側のプーリである第１プーリ１６１と、従動側のプーリである第２プーリ１６２と、第１プーリ１６１および第２プーリ１６２に巻き掛けられたＶベルト１５３とを備えている。クランクシャフト１１２の左端部は、クランクケース１０２から左方に突出している。第１プーリ１６１は、クランクシャフト１１２の左端部に取り付けられている。第２プーリ１６２は、メインシャフト１５４に取り付けられている。メインシャフト１５４は、図示しないギア機構を介して後輪シャフト１５５に連結されている。クランクケース１０２の左方には、変速機ケース１５６が設けられている。ＣＶＴ１５０は、変速機ケース１５６内に収容されている。
【００６６】
クランクシャフト１１２の右側部分には、発電機１２０が設けられている。クランクシャフト１１２の右端部には、冷却ファン１２１が固定されている。冷却ファン１２１は、クランクシャフト１１２とともに回転する。冷却ファン１２１は、回転することによって空気を左方に吸引するように形成されている。クランクケース１０２、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４には、シュラウド１３０が設けられている。発電機１２０および冷却ファン１２１は、シュラウド１３０内に収容されている。
【００６７】
エンジン１０１は、図４に示すように、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４が水平方向または水平方向から若干前上がりに傾斜した方向に延びる型式のエンジン、すなわち、いわゆる横置き式のエンジンである。図中の参照符号Ｌ１は、シリンダ１０６の中心を通る線（シリンダ軸線）を表している。シリンダ軸線Ｌ１は、水平方向または水平方向から若干傾斜した方向に延びている。ただし、シリンダ軸線Ｌ１の方向は、特に限定されるわけではない。例えば、水平面に対するシリンダ軸線Ｌ１の傾斜角度は０°〜１５°であってもよく、それ以上であってもよい。なお、図中の参照符号Ｌ２は、クランクシャフト１１２の中心線を表している。
【００６８】
シリンダヘッド１０４の上部には、吸気管１４１が接続されている。また、シリンダヘッド１０４の下部には、排気管１４２が接続されている。シリンダヘッド１０４の内部には、吸気通路４０および排気通路５０が形成されている。吸気管１４１は、吸気通路４０とつながっており、排気管１４２は、排気通路５０とつながっている。吸気通路４０および排気通路５０には、それぞれ吸気バルブ１５１および排気バルブ１５２が設けられている。
【００６９】
本実施形態のエンジン１０１は、空気によって冷却される空冷式の単気筒内燃機関である。図２〜図４に示すように、シリンダブロック１０３には、複数の冷却フィン１１４が形成されている。冷却フィン１１４は、シリンダ軸線Ｌ１と略直交する方向に延びている。なお、後述するように、シリンダヘッド本体１００にも複数の冷却フィン１０（図８〜図１０参照）が形成されている。
【００７０】
シュラウド１３０は、内側部材１３１と外側部材１３２とを有しており、内側部材１３１と外側部材１３２とが組み立てられることによって形成されている。図４に示すように、内側部材１３１と外側部材１３２とは、ボルト１３３によって固定されている。内側部材１３１および外側部材１３２は、例えば合成樹脂から形成されている。
【００７１】
内側部材１３１には、点火プラグ等の点火装置１１５が挿入される孔１３１ａが形成されている。外側部材１３２には、吸込口１３２ａが形成されている。シュラウド１３０がエンジンユニット５に取り付けられたときに、吸込口１３２ａは、冷却ファン１２１と対向する位置に配置される（図３参照）。図４中の参照符号Ｆａは、冷却ファン１２１の外周を表しており、参照符号Ｂは、冷却ファン１２１の回転方向を表している。
【００７２】
シュラウド１３０は、クランクケース１０２、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４に取り付けられ、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４に沿うように前方に延びている。シュラウド１３０は、クランクケース１０２、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４の右側部分を覆っている。また、シュラウド１３０の一部は、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４の上側部分および下側部分の一部も覆っている。
【００７３】
クランクシャフト１１２の回転に伴って冷却ファン１２１が回転すると、シュラウド１３０の外部の空気は、吸込口１３２ａを通じてシュラウド１３０内に導入される。シュラウド１３０内に導入された空気は、シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４に吹き付けられる。シリンダブロック１０３およびシリンダヘッド１０４は、この空気によって冷却される。
【００７４】
続いて、図６〜図１３を参照しながら、本実施形態におけるエンジン１０１が備えるシリンダヘッド本体１００の構成を具体的に説明する。図６および図７は、シリンダヘッド本体１００を模式的に示す上面図および底面図である。図８および図９は、シリンダヘッド本体１００を模式的に示す正面図および背面図である。図１０および図１１は、シリンダヘッド本体１００を模式的に示す左側面図および右側面図である。また、図１２は、図１１中の１２Ａ−１２Ａ’線に沿った断面図であり、図１３は、図７中の１３Ａ−１３Ａ’線に沿った断面図である。一部の図面には、シリンダ軸線方向が矢印Ｄ１で示されている。なお、言うまでもないが、シリンダ軸線方向とは、シリンダ軸線Ｌ１に平行な方向である。また、以下では、吸気管１４１への接続が行われる側をシリンダヘッド本体１００の正面側として説明を行う。
【００７５】
シリンダヘッド本体１００は、図６〜図１３に示すように、複数の冷却フィン１０と、カム室壁２０と、燃焼室壁３０とを有する。シリンダヘッド本体１００は、さらに、吸気通路４０と、排気通路５０と、冷却風通路６０とを有する。
【００７６】
複数の冷却フィン１０は、図８、図９および図１０に示すように、シリンダヘッド本体１００の外側面（より具体的には左側面）に設けられており、シリンダヘッド本体１００の外側に向かって突出するように（つまりシリンダ軸線方向Ｄ１に略直交する方向に延びるように）形成されている。また、複数の冷却フィン１０は、シリンダ軸線方向Ｄ１に沿って所定のピッチで配置されている。なお、冷却フィン１０の個数は、ここで例示されているものに限定されない。
【００７７】
カム室壁２０（図６、図１０および図１３に示されている）は、カム室１０９を規定する。カム室１０９は、カムシャフト１０８を含む動弁機構を収容する。シリンダヘッド本体１００の上部に取り付けられるシリンダヘッドカバー１０５と、カム室壁２０との間の空間が、カム室１０９となる。
【００７８】
燃焼室壁３０（図７および図１３に示されている）は、燃焼室１１０を規定する。燃焼室１１０は、シリンダヘッド本体１００の燃焼室壁３０と、ピストン１０７の頂面と、シリンダ１０６の内周面とによって形成される空間である。燃焼室壁３０には、図７に示すように、後述する吸気ポート４０ａおよび排気ポート５０ａの他に、プラグ孔３２が形成されている。プラグ孔３２には、点火装置１１５の点火プラグが取り付けられる。
【００７９】
吸気通路４０は、燃焼室１１０への吸気を行うための通路である。吸気通路４０の燃焼室壁３０側の開口部４０ａが、吸気ポートである。動弁機構によって吸気バルブ１５１が上下動することにより、吸気ポート４０ａが開閉される。吸気通路４０の燃焼室壁３０とは反対側の開口部４０ｂ（シリンダヘッド本体１００の正面に位置する）には、吸気管１４１が接続される。
【００８０】
排気通路５０は、燃焼室１１０からの排気を行うための通路である。排気通路５０の燃焼室壁３０側の開口部５０ａが、排気ポートである。動弁機構によって排気バルブ１５２が上下動することにより、排気ポート５０ａが開閉される。排気通路５０の燃焼室壁３０とは反対側の開口部５０ｂには、排気管１４２が接続される。
【００８１】
典型的には、複数の冷却フィン１０は、排気通路５０を規定する排気通路壁から延びる冷却フィン１０（図１０において相対的に右側に位置する）を含む。本実施形態では、複数の冷却フィン１０は、さらに、吸気通路４０を規定する吸気通路壁から延びる冷却フィン１０（図１０において相対的に左側に位置する）を含む。
【００８２】
冷却風通路６０（図１０および図１３に示されている）は、カム室壁２０および燃焼室壁３０の間に冷却風を通すための通路である。図７に示すように、冷却風通路６０の入口６０ａは、シリンダヘッド本体１００の左側面に位置し、冷却風通路６０の出口６０ｂは、シリンダヘッド本体１００の右側面に位置する。冷却ファン１２１によってシュラウド１３０内に導入された冷却風ＣＡは、入口６０ａから冷却風通路６０内に導入され、冷却風通路６０を通過する過程でシリンダヘッド本体１００を冷却した後、出口６０ｂからシリンダヘッド本体１００の外部に排出される。
【００８３】
シリンダヘッド本体１００は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されている。シリンダヘッド本体１００の材料であるアルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ（シリコン）、０．５ｗｔ％以下のＣｕ（銅）、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ（ストロンチウム）、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ（マグネシウム）、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅ（鉄）および０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎ（マンガン）を含む。
【００８４】
シリンダヘッド本体１００は、図６、図７および図１２に示すように、カムチェーン１１３を収容するカムチェーン室７０をさらに有する。カムチェーン１１３は、動弁機構のカムシャフト１０８を駆動するための部材である。
【００８５】
排気通路５０は、シリンダ軸線方向Ｄ１（図６、図７および図１２における紙面に垂直な方向）から見たとき、入口（排気ポート５０ａ）側から出口（開口部５０ｂ）側に向かうにつれてカムチェーン室７０から遠ざかるように延びている。つまり、排気通路５０の軸線５０ｘは、シリンダヘッド本体１００の前後方向に対して傾斜している。また、排気通路５０は、シリンダ軸線方向Ｄ１から見たとき、その軸線５０ｘが直線状となるように形成されている。
【００８６】
また、シリンダヘッド本体１００は、図６、図７および図１２に示すように、それぞれにヘッドボルトが挿通される複数のボルト孔８０ａ〜８０ｄを有する。これらのボルト孔８０ａ〜８０ｄに挿通されたヘッドボルト（典型的にはスタッドボルトである）により、シリンダヘッド本体１００はシリンダブロック１０３に結合される。複数（ここでは４つ）のボルト孔８０ａ〜８０ｄのうちの１つのボルト孔（図６および図１２において右上に位置し、図７において右下に位置するボルト孔）８０ａは、排気通路５０とカムチェーン室７０との間に設けられている。このボルト孔８０ａと排気通路５０との間に、冷却風通路６０の一部が位置している。ボルト孔８０ａ〜８０ｄを有するボス８０は、ヘッドボルト用ボスまたはスタッドボルト用ボスと呼ばれることもある。
【００８７】
既に説明したように、本実施形態におけるエンジン１０１では、シリンダヘッド本体１００は、アルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形されており、そのアルミニウム合金は、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０％以上０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含む。シリンダヘッド本体１００がこのようなアルミニウム合金から形成されていることにより、下記（１）〜（７）に説明するように、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性のすべてに優れたシリンダヘッド本体１００が得られる。
【００８８】
（１）鋳造性：Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、且つ、Ｍｇ含有量を０．５ｗｔ％以下とすることにより、溶湯の流動性を確保することができる。また、Ｆｅ含有量を０．５ｗｔ％以上とすることにより、金型への焼き付きを防止できる。従って、Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、Ｍｇ含有量を０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｆｅ含有量を０．５ｗｔ％以上とすることにより、十分な鋳造性を確保することができる。そのため、冷却フィンおよび冷却風通路を有するような比較的複雑な形状のシリンダヘッド本体（つまり空冷式単気筒内燃機関用のシリンダヘッド本体）をダイカスト鋳造により好適に成形することができる。
【００８９】
（２）冷却性：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、Ｃｕ含有量を０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｓｒ含有量を０．０２ｗｔ％以下とすることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させることができる。なお、冷却性の向上の点からは、シリンダヘッド本体を鋳造後に水冷し、その後、シリンダヘッド本体に２４０℃以上の温度で１時間以上の熱処理を行うことが好ましい。
【００９０】
（３）常温強度：Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、合金を析出強化させることができる。そのため、十分な常温強度を確保してボルト用ボスの座面やカムチェーン室の変形を防止することができる。なお、常温強度の確保の観点からは、シリンダヘッド本体への熱処理（鋳造・水冷後の熱処理）の温度および時間は、２６０℃以下および３時間以下であることが好ましい。
【００９１】
（４）高温強度：Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上とすることにより、合金を分散強化させることができる。また、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、合金を析出強化させることができる。そのため、Ｓｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、且つ、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、シリンダヘッドに要求される高温強度を確保することができる。
【００９２】
（５）常温疲労強度：Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上とすることにより、合金を析出強化させることができる。また、Ｍｎ含有量をＦｅ含有量の1／２以上とすることにより、粗大なＦｅの針状析出物の発生を抑えることができる。そのため、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上、且つ、Ｍｎ含有量をＦｅ含有量の1／２以上とすることにより、シリンダヘッドに必要な常温疲労強度を確保できる。
【００９３】
（６）熱サイクル疲労強度：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下とすることにより、靭性を上げることができる。また、Ｓｒ含有量を０．００２ｗｔ％以上とすることにより、Ｓｉを微細分散させることができる。さらに、Ｆｅ含有量を１．０ｗｔ％以下とすることにより、金属間化合物量を規制することができる。また、Ｍｎ含有量を０．３ｗｔ％以上とすることにより、粗大なＦｅの針状析出物の発生を抑えることができる。そのため、Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、Ｓｒ含有量を０．００２ｗｔ％以上、Ｆｅ含有量を１．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量を０．３ｗｔ％以上とすることにより、十分な熱疲労強度を確保して高圧縮比での運転を行うことが可能になる。
【００９４】
（７）機械加工性および寸法安定性：Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量を０．６ｗｔ％以下とすることによって析出物の量と大きさを規制することで、燃焼室壁のような厚肉部についても十分な機械加工性寸法安定性を確保することができ、鋳造後のポート加工を可能にして内燃機関の性能を向上させることができる。なお、寸法安定性の確保の観点からは、シリンダヘッド本体への熱処理（鋳造・水冷後の熱処理）の温度および時間は、２４０℃以上および１時間以上であることが好ましい。
【００９５】
また、本実施形態におけるエンジン１０１では、シリンダヘッド本体１００の１００℃における熱伝導率は、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。シリンダヘッド本体１００の１００℃における熱伝導率が１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、シリンダヘッド本体１００の冷却性を十分に向上させることができる。
【００９６】
さらに、本実施形態におけるエンジン１０１では、シリンダヘッド本体１００の常温におけるロックウェル硬さは、７０ＨＲＦ以上９０ＨＲＦ以下であることが好ましい。シリンダヘッド本体１００の常温におけるロックウェル硬さが７０ＨＲＦ未満である場合、シリンダヘッド本体１００に必要な強度を確保できないことがある。また、シリンダヘッド本体１００の常温におけるロックウェル硬さが９０ＨＲＦを超える場合、金属間化合物が高密度に微細析出した状態であり、所望の熱伝導率が得られない。
【００９７】
このように、本発明によると、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性のすべてに優れたシリンダヘッド本体１００が得られる。そのため、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れたエンジン（空冷式単気筒内燃機関）１０１を実現することができる。
【００９８】
本実施形態におけるエンジン１０１は、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００９９】
まず、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含むアルミニウム合金を用意する。上記の範囲内である限り、アルミニウム合金の組成に制限はない。
【０１００】
次に、複数の冷却フィン１０、カム室壁２０、燃焼室壁３０、吸気通路４０、排気通路５０および冷却風通路６０を有するシリンダヘッド本体１００を、上記のアルミニウム合金からダイカスト鋳造により一体的に成形する。成形後、シリンダヘッド本体１００を水冷し、その後、シリンダヘッド本体１００に２４０℃以上２６０℃以下の温度で１時間以上３時間以下の熱処理（Ｔ５の過時効処理）を行う。
【０１０１】
続いて、シリンダヘッド本体１００に対して必要な機械加工を行う。このようにして、シリンダヘッド本体１００が得られる。
【０１０２】
上述したようにしてシリンダヘッド本体１００を作製するのとは別途に、クランクケース１０２やシリンダブロック１０３などを用意する。そして、シリンダヘッド本体１００、クランクケース１０２およびシリンダブロック１０３などを用いてエンジン１０１を組み立てる。このようにして、エンジン１０１が完成する。
【０１０３】
上述した製造方法では、シリンダヘッド本体１００を成形する工程の後に、シリンダヘッド本体１００を水冷し、その後、シリンダヘッド本体１００に２４０℃以上２６０℃以下の温度で１時間以上３時間以下の熱処理を行う工程が実行される。熱処理温度が２４０℃以上であり、且つ、熱処理時間が１時間以上であることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させる効果をより確実に得ることができる。また、熱処理温度が２６０℃以下であり、且つ、熱処理時間が３時間以下であることにより、シリンダヘッド本体１００に要求される寸法安定性を確保することができる。
【０１０４】
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＦｅおよびＭｎ含有量がすべて上述した範囲内にあるアルミニウム合金を材料として上述した熱処理条件で作製されたシリンダヘッド本体１００（実施例１、２）と、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＦｅおよびＭｎ含有量のうちの少なくとも１つが上述した範囲の外にあるアルミニウム合金を材料として作製されたか、あるいは、上述した時間範囲および／または温度範囲外で熱処理されたシリンダヘッド本体（比較例１〜３３）とについて、その特性を評価した結果を説明する。
【０１０５】
下記表１、表２および表３に、実施例１、２および比較例１〜３３について、アルミニウム合金の組成と、熱処理温度（時効温度）および熱処理時間とを示す。なお、表２および表３では、比較例１〜３３のアルミニウム合金の成分のうち、上述した範囲の外にあるものの数値を斜体で示している。また、比較例１〜３３の熱処理温度および熱処理時間のうち、上述した範囲の外にあるものの数値を斜体で示している。
【０１０６】
【表１】
2014136535.tif 000003
【０１０７】
【表２】
2014136535.tif 000004
【０１０８】
【表３】
2014136535.tif 000005
【０１０９】
また、表４、表５および表６に、実施例１、２および比較例１〜３３について、鋳造性、熱伝導率、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性を評価した結果を示す。鋳造性の評価結果については、湯回り不良や金型への焼付きが発生しなかった場合を「○」とし、発生した場合を「×」としている。熱伝導率の評価結果については、１００℃における熱伝導率が１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である場合を「○」とし、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である場合を「×」とした。常温における強度（常温強度）の評価結果については、引張り強さが１８０ＭＰａ以上である場合を「○」とし、１８０ＭＰａ未満である場合を「×」としている。１７５℃における強度（高温強度）については、０．２％耐力が１２０ＭＰａ以上である場合を「○」とし、１２０ＭＰａ未満である場合を「×」としている。常温疲労強度については、１０7回疲労強度が１００ＭＰａ以上である場合を「○」とし、１００ＭＰａ未満である場合を「×」としている。熱サイクル疲労強度については、常温と２５０℃とのサイクル５００回における破断しない許容歪量が０．４％以上である場合を「○」とし、０．４％未満である場合を「×」としている。機械加工性の評価結果については、切削工具の寿命が刃先欠けなどで低下する事例があった場合を「×」とし、そうでない場合を「○」とした。寸法安定性については、エンジン運転による熱に起因した機械加工後の寸法変化が小さいものを「○」とし、大きいものを「×」とした。
【０１１０】
なお、熱処理温度は、熱伝導率と常温強度と寸法安定性に影響する。熱処理温度が２６０℃よりも高いと、短時間でも時効が進んで過時効となり、材料が軟化する。そのため、熱伝導率が上がり、常温強度が下がる。常温疲労強度は常温強度と相関があり、常温強度の低いものは常温疲労強度も低い。また、熱処理温度が２４０℃よりも低いとエンジン運転により熱処理温度以上となるような熱が加わったときに寸法変化が発生する。また、熱処理温度が２６０℃以下で２４０℃以上であっても３時間以上の熱処理を行うと、同様に時効が進み、過時効となり材料が軟化する。また、シリンダヘッドには一部に肉厚の厚い部位が存在するため、熱処理時間が１時間以下であると、製品の一部が熱処理の完了しない状態となる。上述した原因により材料の軟化が発生すると、常温において７０ＨＲＦ以上のロックウェル硬さを実現できないことがある。また、熱処理温度が２４０℃未満であったり、熱処理時間が１時間未満であったりすると、１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を実現できないことがある。
【０１１１】
【表４】
2014136535.tif 000006
【０１１２】
【表５】
2014136535.tif 000007
【０１１３】
【表６】
2014136535.tif 000008
【０１１４】
表１〜表６からわかるように、実施例１および２では、すべての評価項目について「○」が示されており、「×」が示されている評価項目が１つもない。これに対し、比較例１〜３３では、少なくとも１つの評価項目について「×」が示されている。以下、各評価項目について、比較例で良好な結果が得られなかった理由（つまり実施例で良好な結果が得られた理由）を説明する。
【０１１５】
鋳造性については、比較例１、４、６、８、９、１１〜１３、１５、１７、２０、２７および２９で良好な評価結果が得られなかった。これは、Ｓｉ含有量が８．０ｗｔ％未満であること（比較例１、６、８、１２、１３、１７および２９）、Ｆｅ含有量が０．５ｗｔ％未満であること（比較例１、４、９、１１、１５、１７および２７）、または、Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％を超えていること（比較例８、９、１７および２０）が原因であると考えられる。Ｓｉ含有量が８．０ｗｔ％未満であると、湯回り不良が発生し、鋳造欠陥の原因となることがある。また、Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％を超えていると、溶湯の粘度が上がって湯回り不良が発生し、鋳造欠陥の原因となることがある。また、Ｆｅ含有量が０．５ｗｔ％未満であると、金型への焼付きが発生することがある。
【０１１６】
これに対し、Ｓｉ含有量が８．０ｗｔ％以上、Ｍｇ含有量が０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｆｅ含有量が０．５ｗｔ％以上である実施例１および２では、湯回り不良が発生せず、また、金型への焼付きも発生しなかった。このように、アルミニウム合金のＳｉ含有量を８．０ｗｔ％以上、Ｍｇ含有量を０．５ｗｔ％以下、且つ、Ｆｅ含有量を０．５ｗｔ％以上とすることにより、十分な鋳造性を確保し得ることが確認された。
【０１１７】
熱伝導率については、比較例１〜１１、１５、１６、１８、１９、２１、２４、３２および３３で良好な結果が得られなかった。これは、主には、Ｃｕ含有量が０．５ｗｔ％を超えていること（比較例１〜９および１９）が原因であると考えられる。アルミニウム合金へのＣｕの添加は、常温、高温強度を向上させるものの、熱伝導率を低下させてしまうからである。
【０１１８】
ただし、比較例１０、１１、１５、１６、１８、２１および２４では、Ｃｕ含有量が０．５ｗｔ％以下であるにもかかわらず、良好な結果が得られなかった。これは、Ｓｉ含有量が１２．０ｗｔ％を超えていること（比較例１１、１５、１６および２４）、または、Ｓｒ含有量が０．０２ｗｔ％を超えていること（比較例２１）が原因であると考えられる。Ｓｉ含有量が１２．０ｗｔ％を超えていると十分な熱伝導率が得られないのは、Ｓｉがα相中に析出してα相を分断することによって熱の伝導が妨げられるからである。Ｓｒ含有量が０．０２ｗｔ％を超えていると十分な熱伝導率が得られないのは、Ｓｉが結晶粒界に微細分散して熱の伝導が妨げられるからである。あるいは、熱処理温度が２４０℃未満であることや熱処理時間が１時間未満であること（比較例１０、１８、３２および３３）も原因であると考えられる。
【０１１９】
これに対し、Ｓｉ含有量が１２．０ｗｔ％以下、Ｃｕ含有量が０．５ｗｔ％以下、Ｓｒ含有量が０．０２ｗｔ％以下で、且つ、熱処理温度が２４０℃以上、熱処理時間が１時間以上である実施例１および２では、１００℃における熱伝導率が１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であった。このように、Ｓｉ含有量を１２．０ｗｔ％以下、Ｃｕ含有量を０．５ｗｔ％以下、Ｓｒ含有量を０．０２ｗｔ％以下、且つ、熱処理温度を２４０℃以上、熱処理時間を１時間以上とすることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させ得ることが確認された。
【０１２０】
常温強度については、比較例３、４、７、１０〜１３、１７、２５、３０および３１で良好な結果が得られなかった。これは、Ｍｇ含有量が０．２ｗｔ％未満であること（比較例１０〜１２および２５）が主な原因である。Ｍｇ含有量が０．２ｗｔ％未満であると、Ｍｇ2Ｓｉの析出による強度向上の効果が十分に得られないことがある。また、熱処理温度が２６０℃よりも高いこと（比較例３、４、１３および３０）や熱処理時間が３時間よりも長いこと（比較例３、４、７、１７および３１）も原因である。
【０１２１】
これに対し、Ｍｇ含有量が０．２ｗｔ％以上で、且つ、熱処理温度が２６０℃以下、熱処理時間が３時間以下である実施例１および２では、常温強度が１８０ＭＰａ以上であった。このように、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上、且つ、熱処理温度を２６０℃以下、熱処理時間を３時間以下とすることにより、十分な常温強度を確保し得ることが確認された。
【０１２２】
高温強度については、比較例３、４および１３で良好な結果が得られなかった。これは、主に、熱処理温度が２６０℃以上で過時効状態となっていることが原因であると考えられる。
【０１２３】
これに対し、熱処理温度が２４０℃以上２６０℃以下で、且つ、熱処理時間が１時間以上３時間以下である実施例１および２では、高温強度が０．２％耐力で１２０Ｍｐａ以上であった。
【０１２４】
常温疲労強度については、比較例３〜７、１０〜１７、２５、２８、３０および３１で良好な結果が得られなかった。これは、Ｓｉ含有量が１５．０ｗｔ％を超えていること（比較例３、５、７、１１、１５および１６）が主な原因であると考えられる。Ｓｉ含有量が１５．０ｗｔ％を超えていると、板状の共晶Ｓｉや粗大な初晶Ｓｉによって靭性が低下し、そのことによって常温疲労強度が低下してしまう。
【０１２５】
なお、常温疲労強度について比較例１０、１２および２５で良好な結果が得られなかったのは、Ｍｇが不足していたためであると考えられる。また、熱処理温度が２６０℃よりも高いことや熱処理時間が３時間よりも長いこと（比較例４、１３および１７）も原因であると考えられる。
【０１２６】
また、Ｍｎ含有量がＦｅ含有量の１／２未満であること（比較例６および１４）も原因であると考えられる。Ｍｎ含有量がＦｅ含有量の１／２未満であると、肉厚の大きい部分に針状のＦｅ系の金属間化合物が析出する。なお、比較例１８では、Ｍｎ含有量がＦｅ含有量の１／２未満である（Ｆｅ含有量が０．６ｗｔ％であるのに対し、Ｍｎ含有量は０．２ｗｔ%である）にも関わらず、十分な常温疲労強度が得られているが、これは、Ｆｅ含有量が少ないために針状の金属間化合物の量が少なかったためと考えられる。
【０１２７】
一方、Ｓｉ含有量が１５．０ｗｔ％以下、Ｍｇ含有量が０．２ｗｔ％以上、Ｍｎ含有量がＦｅ含有量の１／２以上で、且つ、熱処理温度が２６０℃以下、熱処理時間が３時間以下である実施例１および２では、１０7回疲労強度が１００ＭＰａ以上であった。このように、Ｓｉ含有量を１５．０ｗｔ％以下、Ｍｇ含有量を０．２ｗｔ％以上、Ｍｎ含有量をＦｅ含有量の１／２以上、且つ、熱処理温度を２６０℃以下、熱処理時間を３時間以下とすることによって、疲労強度を確保し得ることが確認された。
【０１２８】
熱サイクル疲労強度については、比較例１〜１０、１４、１６、２２および２６で良好な結果が得られなかった。これは、Ｃｕ含有量が２．０ｗｔ％以上であること（比較例１〜９）、Ｓｒ含有量が０．００２ｗｔ％未満であること（比較例２６）、Ｆｅ含有量が１．０ｗｔ％を超えていること（比較例３、６、８、１０、１４、１６および２２）が主な原因である。既に説明したように、Ｃｕ含有量が０．５ｗｔ％を超えると熱伝導率が低くなり、また、それとともに熱サイクル疲労強度が低下する。Ｓｒをアルミニウム合金に添加することにより、金属組織を微細化して熱サイクル疲労強度の低下を補うことができるが、Ｓｒ含有量が０．００２ｗｔ％未満であると、その効果が十分に得られない。また、Ｆｅ含有量が１．０ｗｔ％を超えていると、Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉなどの金属間化合物が生成して靭性が低下し、そのことによって熱サイクル疲労強度が低下する。
【０１２９】
これに対し、Ｃｕ含有量が２．０ｗｔ％未満、Ｓｒ含有量が０．００２ｗｔ％以上、且つ、Ｆｅ含有量が１．０ｗｔ％以下である実施例１および２では、常温と２５０℃とのサイクルにおける許容歪量が０．４％以上であり、熱サイクル疲労強度について良好な評価結果が得られた。このように、Ｃｕ含有量を２．０ｗｔ％未満、Ｓｒ含有量を０．００２ｗｔ％以上、且つ、Ｆｅ含有量を１．０ｗｔ％以下とすることにより、十分な熱サイクル疲労強度を確保し得ることが確認された。
【０１３０】
機械加工性については、比較例３、５、７、１１、１５、１６および２３で良好な評価結果が得られなかった。これは、Ｓｉ含有量が１４．０ｗｔ％を超えていること（比較例３、５、７、１１、１５および１６）、または、Ｍｎ含有量が０．６ｗｔ％を超えていること（比較例２３）が原因であると考えられる。Ｓｉ含有量が１４．０ｗｔ％を超えていると、板状の共晶Ｓｉや粗大な初晶Ｓｉによって機械加工性が低下してしまう。また、Ｍｎ含有量が０．６ｗｔ％を超えていると、凝固の遅い場所（燃焼室壁３０のような厚肉部）に粗大な金属間化合物（Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ）が析出するようになり、機械加工性が低下してしまう。
【０１３１】
これに対し、Ｓｉ含有量が１４．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量が０．６ｗｔ％以下である実施例１および２では、機械加工性について良好な評価結果が得られた。このように、Ｓｉ含有量を１４．０ｗｔ％以下、且つ、Ｍｎ含有量を０．６ｗｔ％以下とすることによって、燃焼室壁３０のような厚肉部についても十分な機械加工性を確保し得ることが確認された。
【０１３２】
寸法安定性については、比較例１、５、８〜１０、１２、１４〜１６、１８および３２で良好な評価結果が得られなかった。これは、熱処理温度が２４０℃未満であることや熱処理時間が１時間未満であることが原因である。熱処理温度が２４０℃未満であったり、熱処理時間が１時間未満であったりすると、エンジン運転中の熱によって熱処理温度以上の熱負荷がかかったときに、材料が永久生長してしまう。
【０１３３】
上述したように、シリンダヘッド本体１００の材料であるアルミニウム合金が、８．０ｗｔ％以上１２．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．５ｗｔ％以下のＣｕ、０．００２ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下のＳｒ、０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、０．５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下のＦｅおよび０．３ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下のＭｎを含むことにより、鋳造性、冷却性、常温強度、高温強度、常温疲労強度、熱サイクル疲労強度、機械加工性および寸法安定性のすべてに優れたシリンダヘッド本体１００が得られる。
【０１３４】
また、表１、表３、表４および表６に示しているように、熱処理温度が２４０℃以上であり、且つ、熱処理時間が１時間以上である実施例１および２では、熱処理温度が２４０℃未満である比較例３２や熱処理時間が１時間未満である比較例３３よりも高い熱伝導率が得られた。このことから、熱処理温度が２４０℃以上であり、且つ、熱処理時間が１時間以上であることにより、十分な熱伝導率を確保して冷却性を向上させる効果をより確実に得られることがわかる。
【０１３５】
さらに、熱処理温度が２６０℃以下であり、且つ、熱処理時間が３時間以下である実施例１および２では、熱処理温度が２６０℃を超える比較例３０や、熱処理時間が３時間を超える比較例３１よりも優れた常温強度が得られた。このことから、熱処理温度が２６０℃以下であり、且つ、熱処理時間が３時間以下であることにより、シリンダヘッド本体１００に要求される寸法安定性を確保できることがわかる。
【０１３６】
また、本実施形態のように、排気通路５０が、入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室７０から遠ざかるように延びているので、排気通路５０の出口とカムチェーン室７０との間の空間を広げることができる。従って、冷却風通路６０の断面積を十分に大きく確保しやすい。そのため、十分に高い冷却性能を実現することができる。
【０１３７】
さらに、本実施形態では、排気通路５０は、その軸線５０ｘが直線状となるように形成されている。従って、排気抵抗を低減し、いっそう効率の良い燃焼が可能となる。また、ダイカスト鋳造によってシリンダヘッド本体１００を成形する際に、最終形状の排気通路５０を金型により形成することができるので、排気通路５０の形状を後加工により変更する必要がない。
【０１３８】
なお、冷却風通路６０の断面積を十分に大きく確保する観点からは、排気通路５０の軸線５０ｘは、前後方向に対してある程度以上大きな角度で傾斜していることが好ましい。具体的には、排気通路５０の軸線５０ｘは、４つのボルト孔８０ａ〜８０ｄのうちのカムチェーン室７０側に位置する２つのボルト孔８０ａおよび８０ｂの中心を結ぶ直線Ｌ３に対し、２０°以上の角度をなすように傾斜していることが好ましい。ただし、傾斜角度が大きすぎると、排気抵抗が大きくなりすぎることがあるので、傾斜角度は３０°以下であることが好ましい。
【０１３９】
本実施形態のように、複数のボルト孔８０ａ〜８０ｄのうちのあるボルト孔８０ａが、排気通路５０とカムチェーン室７０との間に設けられていると、排気通路５０とカムチェーン室７０との間よりも狭い空間（つまりボルト孔８０ａと排気通路５０との間の空間）内に、冷却風通路６０の一部を位置させる（配置する）必要がある。しかしながら、上述したように、排気通路５０が、入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室７０から遠ざかるように延びていることにより、ボルト孔８０ａと排気通路５０との間においても冷却風通路６０の断面積を十分に大きく確保することができる。
【０１４０】
また、排気通路５０の形状を、その軸線５０ｘが直線状となるように設計すると、中子を用いることなく金型により排気通路５０を形成することが容易である。金型によって排気通路５０を形成すると、排気通路５０の内周面の表面粗さを、中子を使う場合に比べて小さくすることができる。より具体的には、排気通路５０の内周面の表面粗さＲｚ（最大高さ）を、３０μｍ以下にすることができ、排気抵抗を低減してエンジン１０１の出力を向上させることができる。なお、吸気通路４０の内周面の表面粗さＲｚも３０μｍ以下にすることにより、吸気抵抗を低減してエンジン１０１の出力をいっそう向上させることができる。
【０１４１】
複数の冷却フィン１０は、排気通路５０を規定する排気通路壁から延びる冷却フィン１０を含んでいることが好ましい。排気通路５０は、シリンダヘッド本体１００の中でも高温となり易い箇所であるので、冷却フィン１０が排気通路壁から延びていることにより、冷却効率を向上させることができる。排気通路壁から延びる冷却フィン１０は、十分に高い冷却効率を確保する観点から、より具体的には、排気通路壁のうちの、少なくとも、ボルト孔（排気通路壁から延びる冷却フィン１０にもっとも近いボルト孔）８０ｃに対応したボス（スタッドボルト用ボス）８０よりもシリンダ軸線Ｌ１側に位置する部分から延びている（図１０参照）。
【０１４２】
ここで、複数の冷却フィン１０のうち、燃焼室壁３０の頂部に対して燃焼室１１０側に位置する冷却フィン１０ａを「第１冷却フィン」と呼び、燃焼室壁３０の頂部に対して燃焼室１１０とは反対側（つまりカム室側）に位置する冷却フィン１０ｂを「第２冷却フィン」と呼ぶとする。本実施形態では、複数の冷却フィン１０は、図８、図９および図１０からわかるように、第１冷却フィン１０ａの面積の合計が、第２冷却フィン１０ｂの面積の合計よりも大きくなるように設けられている。
【０１４３】
エンジン１０１の運転中、シリンダヘッド本体１００のうち、燃焼室壁３０の頂上部に対して燃焼室１１０側の領域は、燃焼室壁３０の頂上部に対して燃焼室１１０とは反対側の領域よりも温度が高くなる。そのため、前者の領域に位置する第１冷却フィン１０ａの面積の合計が、後者の領域に位置する第２冷却フィン１０ｂの面積の合計よりも大きいことにより、効率的に冷却性を向上させることができる。
【０１４４】
また、本実施形態では、複数の冷却フィン１０は、図１０に示すように、シリンダ軸線Ｌ１に対してカムチェーン室７０とは反対側から見たとき（図１０における紙面に垂直な方向から見たとき）、第１冷却フィン１０ａのシリンダ軸線Ｌ１側の端部１０ａ１が、第２冷却フィン１０ｂのシリンダ軸線Ｌ１側の端部１０ｂ１よりも、シリンダ軸線Ｌ１の近くに位置するように設けられている。つまり、第２冷却フィン１０ｂの端部１０ｂ１の方が、第１冷却フィン１０ａの端部１０ａ１よりもシリンダ軸線Ｌ１から離れている。このことにより、冷却風通路６０の断面積をより大きくすることができる。
【０１４５】
さらに、本実施形態では、冷却風通路６０の一部は、図１０に示すように、排気通路５０を規定する排気通路壁５１であって、カム室壁２０と鋭角をなすように交差する排気通路壁５１により規定されている。このことにより、以下のような利点が得られる。
【０１４６】
通常、冷却風通路の形状をダイカスト鋳造の際に金型で形成する場合、金型の、冷却風通路に対応する部分は、他の部分から突出した形状を有する。そのような突出した形状を有する部分の先端は、溶湯の熱によって高温になりやすい。特に、先端に角があると、それが溶損してしまうことがある。そのため、一般的には、先端をその断面が円状になるように設計する。しかしながら、本実施形態のように、冷却風通路６０の一部を、カム室壁２０と鋭角をなすように交差する排気通路壁５１で規定することにより、冷却風通路６０の断面積を大きくすることができる。この場合、カム室壁２０と排気通路壁５１とは、ともに肉厚が小さくてもよいので、溶損の問題を回避することができる。
【０１４７】
カム室壁２０は、２．５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。カム室壁２０の厚さが２．５ｍｍ以下であることにより、金型の角の溶損をいっそう確実に防止することができる。ただし、カム室壁２０の厚さが１．５ｍｍ未満であると、カム室１０９に要求される耐圧強度が十分に得られず、歪みにより発生する変形応力に対する耐性が不足することがあるので、カム室壁２０の厚さは１．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１４８】
また、本実施形態では、シリンダヘッド本体１００がダイカスト鋳造により成形されるので、冷却フィン１０の肉厚とピッチとを小さくすることができ、冷却性を向上させることができる。具体的には、図１４に示すように、複数の冷却フィン１０のそれぞれの先端部の厚さをｔとし、複数の冷却フィン１０のピッチをｐとしたとき、各冷却フィン１０の先端部の厚さｔを１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とし、複数の冷却フィン１０を７．５ｍｍ以下のピッチｐで配置することができる。
【０１４９】
複数の冷却フィン１０のそれぞれは、２．０°以下の抜き勾配を有することが好ましい。抜き勾配を２．０°以下と小さくすることにより、冷却フィン１０の根元部における間隔を大きくすることができるので、冷却性をさらに向上させることができる。ただし、離型を容易にする観点からは、複数の冷却フィン１０のそれぞれの抜き勾配は、１．０°以上であることが好ましい。
【０１５０】
また、本実施形態におけるシリンダヘッド本体１００は、図１０に示すように、冷却風通路６０内に設けられ、燃焼室壁３０とカム室壁２０とを連結するリブ９０をさらに有する。燃焼室壁３０とカム室壁２０とをリブ９０が連結することにより、リブ９０が燃焼室壁３０の熱をカム室壁２０に伝達し、カム室１０９の潤滑油を用いた冷却が可能になるので、冷却性を向上させることができる。また、リブ９０が冷却風通路６０内に配置されることにより、冷却風ＣＡによる冷却効果も得られる。
【０１５１】
なお、リブ９０は、ダイカスト鋳造によりシリンダヘッド本体１００が成形される場合の型抜き方向に沿って形成されていることが好ましい。そのため、リブ９０は、冷却風通路６０を規定する壁部分（冷却風通路壁）に沿って形成されていることが好ましい。
【０１５２】
また、排気通路５０の軸線５０ｘに直交する面に沿った排気通路５０の断面形状が略楕円であり、且つ、排気通路５０の出口５０ｂの形状が図９に示されているように略真円であることが好ましい。排気管１４２の断面形状は一般に略真円であるので、排気通路５０の出口５０ｂの形状が略真円であることにより、通路面積の急激な変化を防止してエンジン１０１の性能の低下を防止することができる。既に説明したように、排気通路５０は、入口側から出口側に向かうにつれてカムチェーン室７０から遠ざかるように延びているので、軸線５０ｘに直交する面に沿った排気通路５０の断面形状が略真円であると、排気通路５０の出口５０ｂの形状を略真円にすることはできない。軸線５０ｘに直交する面に沿った排気通路５０の断面形状が略楕円であることによって、つまり、軸線５０ｘに直交する面に沿った排気通路５０の断面形状の真円度を、排気通路５０の出口５０ｂの形状の真円度よりも低くすることにより、排気通路５０の出口５０ｂの形状を略真円にすることができる。
【０１５３】
さらに、冷却風通路６０やカムチェーン室１０９を規定する壁部、複数の冷却フィン１０を含む外側面に、ショットブラスト処理を行うことも好ましい。ショットブラスト処理による粗面化により、冷却風ＣＡと接触する面積が増加するので、冷却性のいっそうの向上を図ることができる。また、ショットブラスト処理により、冷却風通路６０のバリ取りを行うこともできる。
【０１５４】
また、冷却性のさらなる向上のために、リブ９０から延びる冷却フィンを設けたり、リブ９０にショットブラスト処理を施したりすることも好ましい。
【０１５５】
本発明の実施形態における内燃機関１０１は、自動二輪車、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle）などの各種鞍乗型車両に好適に用いられる。また、発電機などにも好適に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明によると、高い圧縮比での運転が可能で燃費に優れた空冷式単気筒内燃機関が提供される。本発明による空冷式単気筒内燃機関は、自動二輪車をはじめとする各種の鞍乗型車両に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１５７】
１    自動二輪車（鞍乗型車両）
１０    冷却フィン
２０    カム室壁
３０    燃料室壁
３２    プラグ孔
４０    吸気通路
４０ａ    吸気ポート
４０ｂ    開口部
５０    排気通路
５０ａ    排気ポート（排気通路の入口）
５０ｂ    開口部（排気通路の出口）
５０ｘ    排気通路の軸線
５１    排気通路壁
６０    冷却風通路
６０ａ    冷却風通路の入口
６０ｂ    冷却風通路の出口
７０    カムチェーン室
８０    ヘッドボルトボス
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ    ボルト孔
９０    リブ
１００    シリンダヘッド本体
１０１    エンジン（内燃機関）
１０２    クランクケース
１０３    シリンダブロック
１０４    シリンダヘッド
１０５    シリンダヘッドカバー
１０６    シリンダ
１０８    カムシャフト
１０９    カム室
１１０    燃焼室
１１３    カムチェーン
１２１    冷却ファン
１３０    シュラウド
１４１    吸気管
１４２    排気管
１５１    吸気バルブ
１５２    排気バルブ
ＣＡ    冷却風
Ｄ１    シリンダ軸線方向
Ｌ１    シリンダ軸線
【図１】
2014136535.tif 000009
【図２】
2014136535.tif 000010
【図３】
2014136535.tif 000011
【図４】
2014136535.tif 000012
【図５】
2014136535.tif 000013
【図６】
2014136535.tif 000014
【図７】
2014136535.tif 000015
【図８】
2014136535.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014136535.tif 000019
【図１２】
2014136535.tif 000020
【図１３】
2014136535.tif 000021
【図１４】
2014136535.tif 000022
【国際調査報告】
2014136535.tif 000023
2014136535.tif 000024
2014136535.tif 000025
2014136535.tif 000026