WO2014136535A1 - 空冷式単気筒内燃機関、鞍乗型車両および空冷式単気筒内燃機関の製造方法 - Google Patents

空冷式単気筒内燃機関、鞍乗型車両および空冷式単気筒内燃機関の製造方法 Download PDF

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WO2014136535A1
WO2014136535A1 PCT/JP2014/053073 JP2014053073W WO2014136535A1 WO 2014136535 A1 WO2014136535 A1 WO 2014136535A1 JP 2014053073 W JP2014053073 W JP 2014053073W WO 2014136535 A1 WO2014136535 A1 WO 2014136535A1
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less
cylinder head
cooling
head body
exhaust passage
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PCT/JP2014/053073
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貴晴 鈴木
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ヤマハ発動機株式会社
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/28—Cylinder heads having cooling means for air cooling
    • F02F1/30—Finned cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/048—Heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/10—Hardness

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an air-cooled single cylinder internal combustion engine.
  • the present invention also relates to a straddle-type vehicle equipped with an air-cooled single cylinder internal combustion engine and a method for manufacturing an air-cooled single cylinder internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses an aluminum alloy for a cylinder head excellent in high cycle fatigue strength and thermal fatigue strength. In Patent Document 1, mechanical properties are improved by increasing the Cu content of the aluminum alloy. In addition, Al—Si—Cu alloys such as AC4B are generally known as aluminum alloys having excellent high temperature strength.
  • air cooling type and water cooling type are known as cooling methods for internal combustion engines, and cylinder heads for air cooling type internal combustion engines are provided with cooling fins and cooling air passages (air holes) to ensure cooling performance. It is done.
  • a cylinder head having a cooling air passage or the like is generally formed by low pressure casting or gravity casting using a core.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an air-cooled single-cylinder internal combustion engine that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency.
  • An air-cooled single cylinder internal combustion engine includes a plurality of cooling fins, a cam chamber wall that defines a cam chamber, a combustion chamber wall that defines a combustion chamber, and an intake passage for performing intake to the combustion chamber.
  • a cylinder head body having an exhaust passage for exhausting air from the combustion chamber, and a cooling air passage for passing cooling air between the cam chamber wall and the combustion chamber wall, Is integrally formed from an aluminum alloy by die casting, and the aluminum alloy is 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si, 0.5 wt% or less of Cu, 0.002 wt% or more and 0.02 wt%.
  • % Sr 0.2 wt% or more and 0.5 wt% or less Mg, 0.5 wt% or more and 1.0 wt% or less Fe and 0.3 wt% or more and 0.6 wt% or less Mn.
  • Thermal conductivity at 100 ° C. for Daheddo body is a 145W / (m ⁇ K) or more, Rockwell hardness at room temperature of the cylinder head body is more 70HRF 90HRF less.
  • the tip portions of the plurality of cooling fins have a thickness of 1.0 mm to 2.5 mm, and the plurality of cooling fins are arranged at a pitch of 7.5 mm or less. .
  • each of the plurality of cooling fins has a draft angle of 1.0 ° to 2.0 °.
  • the surface roughness Rz of the inner peripheral surface of the exhaust passage is 30 ⁇ m or less.
  • the plurality of cooling fins include cooling fins extending from an exhaust passage wall that defines the exhaust passage.
  • the cylinder head body further includes a cam chain chamber that houses a cam chain, and when viewed from the cylinder axial direction, the exhaust passage extends from the cam chain chamber toward the outlet side from the inlet side.
  • the exhaust passage extends so that the axis of the exhaust passage is linear.
  • the cylinder head body further includes a plurality of bolt holes into which head bolts are inserted, and one bolt hole of the plurality of bolt holes is formed between the exhaust passage and the cam chain chamber. A part of the cooling air passage is located between the one bolt hole and the exhaust passage.
  • the plurality of cooling fins has a total area of cooling fins located on the combustion chamber side with respect to the top of the combustion chamber wall, and It is provided to be larger than the total area of the cooling fins located on the opposite side.
  • the plurality of cooling fins are cylinders of cooling fins located on the combustion chamber side with respect to the top of the combustion chamber wall when viewed from a side opposite to the cam chain chamber with respect to a cylinder axis.
  • the end on the axial line side is provided so as to be located closer to the cylinder axis than the end on the cylinder axial side of the cooling fin located on the opposite side of the combustion chamber wall with respect to the top of the combustion chamber wall.
  • a part of the cooling air passage is an exhaust passage wall that defines the exhaust passage, and is defined by an exhaust passage wall that intersects the cam chamber wall at an acute angle.
  • the cam chamber wall has a thickness of 1.5 mm or more and 2.5 mm or less.
  • the cylinder head main body further includes a rib provided in the cooling air passage and connecting the combustion chamber wall and the cam chamber wall.
  • the rib is formed along a cooling air passage wall that defines the cooling air passage.
  • the roundness of the cross-sectional shape of the exhaust passage along a plane orthogonal to the axis of the exhaust passage is lower than the roundness of the shape of the outlet of the exhaust passage.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage along a plane perpendicular to the axis of the exhaust passage is substantially elliptical, and the shape of the outlet of the exhaust passage is substantially perfect circle.
  • a straddle-type vehicle according to the present invention includes an air-cooled single cylinder internal combustion engine having the above-described configuration.
  • the manufacturing method of the air-cooled single cylinder internal combustion engine according to the present invention includes 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si, 0.5 wt% or less of Cu, 0.002 wt% or more and 0.02 wt% or less of Sr, 0.002 wt% or less.
  • the cylinder head body is integrally formed from an aluminum alloy by die casting, and the aluminum alloy contains 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si, 0.02 wt% or less. 5 wt% or less Cu, 0.002 wt% or more and 0.02 wt% or less Sr, 0.2 wt% or more and 0.5 wt% or less Mg, 0.5 wt% or more and 1.0 wt% or less Fe and 0.3 wt% or more It contains 0.6 wt% or less of Mn.
  • the cylinder head body By forming the cylinder head body from such an aluminum alloy, as described in (1) to (7) below, castability, cooling performance, room temperature strength, high temperature strength, room temperature fatigue strength, thermal cycle fatigue A cylinder head body excellent in all of strength, machinability and dimensional stability can be obtained.
  • Castability Ensuring sufficient castability by setting the Si content to 8.0 wt% or more, the Mg content to 0.5 wt% or less, and the Fe content to 0.5 wt% or more. Can do. Therefore, a cylinder head body having a relatively complicated shape having cooling fins and cooling air passages (that is, a cylinder head body for an air-cooled single cylinder internal combustion engine) can be suitably formed by die casting.
  • Coolability Sufficient thermal conductivity is ensured by setting the Si content to 12.0 wt% or less, the Cu content to 0.5 wt% or less, and the Sr content to 0.02 wt% or less. Cooling performance can be improved. From the viewpoint of improving the cooling performance, it is preferable to cool the cylinder head body with water after casting, and then heat-treat the cylinder head body at a temperature of 240 ° C. or higher for 1 hour or longer.
  • Normal temperature strength By setting the Mg content to 0.2 wt% or more, sufficient normal temperature strength can be secured and deformation of the seating surface of the bolt boss and the cam chain chamber can be prevented.
  • the temperature and time of the heat treatment (heat treatment after casting and water cooling) to the cylinder head body are preferably 260 ° C. or less and 3 hours or less.
  • Normal temperature fatigue strength By setting the Mg content to 0.2 wt% or more and the Mn content to 1/2 or more of the Fe content, the normal temperature fatigue strength required for the cylinder head can be secured.
  • Thermal cycle fatigue strength Si content is 12.0 wt% or less, Sr content is 0.002 wt% or more, Fe content is 1.0 wt% or less, and Mn content is 0.3 wt% or more.
  • Machinability and dimensional stability By setting the Si content to 12.0 wt% or less and the Mn content to 0.6 wt% or less, it is sufficient for a thick portion such as a combustion chamber wall. Machinability and dimensional stability can be ensured, and port processing after casting can be performed to improve the performance of the internal combustion engine. From the viewpoint of ensuring dimensional stability, the temperature and time of the heat treatment (heat treatment after casting and water cooling) to the cylinder head body are preferably 240 ° C. or more and 1 hour or more.
  • the thermal conductivity of the cylinder head body at 100 ° C. is 145 W / (m ⁇ K) or more.
  • the thermal conductivity of the cylinder head body at 100 ° C. is 145 W / (m ⁇ K) or more, the cooling performance of the cylinder head body can be sufficiently improved.
  • the Rockwell hardness of the cylinder head body at room temperature is 70 HRF or more and 90 HRF or less.
  • the Rockwell hardness of the cylinder head body at normal temperature is less than 70 HRF, the strength required for the cylinder head body may not be ensured.
  • the Rockwell hardness of the cylinder head body at room temperature exceeds 90 HRF, the intermetallic compound is finely precipitated at a high density, and a desired thermal conductivity cannot be obtained.
  • a cylinder head body excellent in all of castability, cooling performance, normal temperature strength, high temperature strength, normal temperature fatigue strength, thermal cycle fatigue strength, machinability and dimensional workability can be obtained. Therefore, an air-cooled single cylinder internal combustion engine that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency can be realized.
  • the cylinder head body is formed by die casting, so that the thickness and pitch of the cooling fins can be reduced, and the cooling performance can be improved.
  • the thickness of the tip of each cooling fin is 1.0 mm to 2.5 mm, and a plurality of cooling fins can be arranged at a pitch of 7.5 mm or less, which improves the cooling performance. Can be made.
  • Each of the plurality of cooling fins preferably has a draft angle of 2.0 ° or less. By reducing the draft angle to 2.0 ° or less, the interval at the root portion of the cooling fin can be increased, and thus the cooling performance can be further improved. However, from the viewpoint of facilitating mold release, the draft of each of the plurality of cooling fins is preferably 1.0 ° or more.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the exhaust passage can be made smaller than that when the core is used. More specifically, the surface roughness Rz (maximum height) of the inner peripheral surface of the exhaust passage can be made 30 ⁇ m or less, and the exhaust resistance can be reduced to improve the output of the internal combustion engine.
  • the plurality of cooling fins include cooling fins extending from an exhaust passage wall that defines the exhaust passage. Since the exhaust passage is a portion that is likely to be hot in the cylinder head body, the cooling efficiency can be improved by extending the cooling fin from the exhaust passage wall.
  • the exhaust passage of the cylinder head body When the exhaust passage of the cylinder head body extends away from the cam chain chamber as it goes from the inlet side to the outlet side, the space between the outlet of the exhaust passage and the cam chain chamber can be expanded. Therefore, it is easy to ensure a sufficiently large cross-sectional area of the cooling air passage. Therefore, higher cooling performance can be realized. Further, if the exhaust passage of the cylinder head body is formed so that the axis thereof is linear, the exhaust resistance is reduced and more efficient combustion is possible. Furthermore, when the cylinder head body is formed by die casting, the final exhaust passage can be formed by a mold, so that it is not necessary to finish or change the shape of the exhaust passage by post-processing.
  • the space is narrower than that between the exhaust passage and the cam chain chamber (that is, between the bolt hole and the exhaust passage). It is necessary to position (arrange) a part of the cooling air passage in the space.
  • the exhaust passage extends away from the cam chain chamber from the inlet side toward the outlet side, so that the cross-sectional area of the cooling air passage is sufficient between the bolt hole and the exhaust passage. It can be secured greatly.
  • the total area of the cooling fins located on the combustion chamber side with respect to the top of the combustion chamber wall is equal to the area of the cooling fins located on the opposite side of the combustion chamber with respect to the top of the combustion chamber wall. It is preferable to be provided so as to be larger than the total.
  • the region on the combustion chamber side with respect to the top of the combustion chamber wall has a higher temperature than the region on the side opposite to the combustion chamber with respect to the top of the combustion chamber wall. Become. Therefore, since the total area of the cooling fins located in the former area is larger than the total area of the cooling fins located in the latter area, the cooling performance can be improved efficiently.
  • the plurality of cooling fins when viewed from the side opposite to the cam chain chamber with respect to the cylinder axis, the plurality of cooling fins have ends on the cylinder axis side of the cooling fins positioned on the combustion chamber side with respect to the top of the combustion chamber wall. It is preferable that the cooling fin located on the opposite side of the combustion chamber wall with respect to the top of the combustion chamber wall is located closer to the cylinder axis than the end on the cylinder axis side.
  • the end of the cooling fin located on the combustion chamber side relative to the top of the combustion chamber wall is on the cylinder axis side of the cooling fin located on the opposite side of the combustion chamber from the top of the combustion chamber wall
  • a part of the cooling air passage is an exhaust passage wall that defines an exhaust passage and is defined by an exhaust passage wall that intersects the cam chamber wall at an acute angle.
  • the portion of the die corresponding to the cooling air passage has a shape protruding from the other portion.
  • the tip of the portion having such a protruding shape is likely to become high temperature due to the heat of the molten metal. In particular, if there is a corner at the tip, the part of the mold may be melted.
  • the tip is designed to have a circular cross section, but by defining a part of the cooling air passage with an exhaust passage wall that intersects with the cam chamber wall at an acute angle, The cross-sectional area of the cooling air passage can be increased.
  • both the cam chamber wall and the exhaust passage wall may be small in thickness, the problem of melting damage can be avoided.
  • the cam chamber wall preferably has a thickness of 2.5 mm or less.
  • the thickness of the cam chamber wall is 2.5 mm or less, the mold corner can be more reliably prevented from being melted.
  • the cam chamber wall thickness is less than 1.5 mm, the sufficient pressure resistance required for the cam chamber cannot be obtained, and the resistance to deformation stress caused by strain may be insufficient.
  • the wall thickness is preferably 1.5 mm or more.
  • the cylinder head body preferably further includes a rib provided in the cooling air passage and connecting the combustion chamber wall and the cam chamber wall. Since the rib connects the combustion chamber wall and the cam chamber wall, the rib transmits heat from the combustion chamber wall to the cam chamber wall, and cooling using the lubricating oil in the cam chamber is possible, improving cooling performance. Can be made. Moreover, the cooling effect by a cooling wind is also acquired by arrange
  • the rib is formed along the die cutting direction when the cylinder head body is formed by die casting. Therefore, it is preferable that the rib is formed along a wall portion (cooling air passage wall) that defines the cooling air passage.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage along a plane orthogonal to the axis of the exhaust passage is substantially elliptical, and the shape of the outlet of the exhaust passage is substantially perfect circle. Since the cross-sectional shape of the exhaust pipe is generally a perfect circle, the shape of the exit of the exhaust passage is a substantially perfect circle, thereby preventing a rapid change in the passage area and preventing a decrease in the performance of the internal combustion engine. it can. When the exhaust passage extends away from the cam chain chamber as it goes from the inlet side to the outlet side, the shape of the outlet of the exhaust passage is such that the cross-sectional shape of the exhaust passage along the plane orthogonal to the axis is substantially a circle.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage along the plane orthogonal to the axis is substantially oval, that is, the roundness of the cross-sectional shape of the exhaust passage along the plane orthogonal to the axis is determined by the outlet of the exhaust passage. By making it lower than the roundness of the shape, the shape of the outlet of the exhaust passage can be made substantially circular.
  • the first step In the method for manufacturing an air-cooled single cylinder internal combustion engine according to the present invention, in the first step, 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si, 0.5 wt% or less of Cu, 0.002 wt% or more and 0.02 wt% or less.
  • An aluminum alloy containing the following Sr, 0.2 wt% to 0.5 wt% Mg, 0.5 wt% to 1.0 wt% Fe and 0.3 wt% to 0.6 wt% Mn is prepared,
  • the cylinder head body is integrally formed from this aluminum alloy by die casting.
  • a cylinder head body excellent in performance can be obtained.
  • the cylinder head body is water-cooled after the second step, and then the cylinder head body is heated at a temperature of 240 ° C. to 260 ° C. for 1 hour to 3 hours.
  • a third step of performing the following heat treatment is performed. When the heat treatment temperature is 240 ° C. or higher and the heat treatment time is 1 hour or longer, the effect of ensuring sufficient thermal conductivity and improving the cooling property can be obtained more reliably.
  • the heat treatment temperature is 260 ° C. or less and the heat treatment time is 3 hours or less, the dimensional stability required for the cylinder head body can be ensured.
  • an air-cooled single-cylinder internal combustion engine that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency can be preferably manufactured.
  • an air-cooled single-cylinder internal combustion engine that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency is provided.
  • FIG. 1 is a right side view schematically showing a motorcycle (saddle-type vehicle) 1 in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2A-2A ′ in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the vicinity of an engine (internal combustion engine) 101 shown in FIG. 2.
  • 2 is a right side view of a part of the engine 101.
  • FIG. 2 is a left side sectional view of the engine 101.
  • FIG. It is a top view which shows typically the cylinder head main body 100 with which the engine 101 in embodiment of this invention is provided. It is a bottom view showing typically cylinder head body 100 with which engine 101 in an embodiment of the present invention is provided.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a cylinder head body 100 included in the engine 101 according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line 12A-12A ′ in FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a cylinder head body 100 included in the engine 101 according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line 12A-12A ′ in FIG. 11.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a cylinder head main body 100 included in an engine 101 according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line 13A-13A ′ in FIG. 7. It is a figure which shows typically the several cooling fin 10 which the cylinder head main body 100 has.
  • FIG. 1 shows a straddle-type vehicle 1 according to this embodiment.
  • a straddle-type vehicle 1 shown in FIG. 1 is a scooter type motorcycle.
  • the straddle type vehicle according to the present invention is not limited to the scooter type motorcycle 1.
  • the saddle riding type vehicle according to the present invention may be a so-called moped type, off-road type, on-road type or other type of motorcycle. Further, the saddle riding type vehicle according to the present invention means an arbitrary vehicle on which an occupant rides and is not limited to a two-wheeled vehicle.
  • the straddle-type vehicle according to the present invention may be a tricycle or the like that changes the direction of travel by tilting the vehicle body, or may be another straddle-type vehicle such as an ATV (All Terrain Vehicle).
  • ATV All Terrain Vehicle
  • front, rear, left, and right mean front, rear, left, and right, respectively, as viewed from the occupant of the motorcycle 1.
  • Reference numerals F, Re, L, and R in the figure represent front, rear, left, and right, respectively.
  • the motorcycle 1 includes a vehicle main body 2, a front wheel 3, a rear wheel 4, and an engine unit 5 that drives the rear wheel 4.
  • vehicle body 2 includes a handle 6 operated by an occupant and a seat 7 on which the occupant is seated.
  • the engine unit 5 is a so-called unit swing type engine unit, and is supported by a vehicle body frame (not shown in FIG. 1) so as to be able to swing about the pivot shaft 8. That is, the engine unit 5 is slidably supported by the body frame.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2A-2A ′ in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the vicinity of the engine 101 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a right side view of a part of the engine 101.
  • FIG. 5 is a left side sectional view of the engine 101.
  • the engine unit 5 includes an engine (internal combustion engine) 101 and a V-belt continuously variable transmission (hereinafter referred to as “CVT”) 150, as shown in FIG.
  • the engine 101 and the CVT 150 are integrated to form the engine unit 5, but it is needless to say that the engine 101 and the transmission may be separate.
  • the engine 101 is a single cylinder engine having a single cylinder.
  • the engine 101 is a four-stroke engine that sequentially repeats an intake process, a compression process, a combustion process, and an exhaust process.
  • the engine 101 has a crankcase 102 and a front side from the crankcase 102 (note that “front” here is not limited to the front in a strict sense, that is, a direction parallel to the horizontal line, and includes a direction inclined from the horizontal line.
  • a cylinder block 103 coupled to the crankcase 102, a cylinder head 104 connected to the front portion of the cylinder block 103, and a cylinder head cover 105 connected to the front portion of the cylinder head 104.
  • a cylinder 106 is formed inside the cylinder block 103.
  • the cylinder 106 may be formed by a cylinder liner or the like inserted into the main body of the cylinder block 103 (that is, a portion of the cylinder block 103 other than the cylinder 106), and is integrated with the main body of the cylinder block 103. May be.
  • the cylinder 106 may be formed so as to be separable from the main body of the cylinder block 103, or may be formed so as not to be separable from the main body of the cylinder block 103.
  • a piston 107 is slidably accommodated in the cylinder 106.
  • the piston 107 is disposed so as to freely reciprocate between the top dead center TDC and the bottom dead center BDC.
  • the cylinder head 104 is overlaid on the cylinder block 103 so as to cover the cylinder 106.
  • the cylinder head 104 includes an aluminum alloy cylinder head body 100, a valve mechanism including a camshaft 108, an intake valve 151, an exhaust valve 152, and the like.
  • the valve mechanism is accommodated in the cam chamber 109.
  • a portion 20 of the cylinder head body 100 that defines the cam chamber 109 is referred to as a cam chamber wall as will be described later.
  • the combustion chamber 110 is defined by the cylinder head main body 100, the top surface of the piston 107, and the inner peripheral surface of the cylinder 106.
  • a portion 30 defining the combustion chamber 110 of the main body of the cylinder head 100 is referred to as a combustion chamber wall as will be described later.
  • the piston 107 is connected to the crankshaft 112 via a connecting rod 111.
  • the crankshaft 112 extends to the left and right and is supported by the crankcase 102.
  • the camshaft 108 is driven by the cam chain 113 connected to the crankshaft 112.
  • the cam chain 113 is accommodated in the cam chain chamber 70.
  • crankcase 102, the cylinder block 103, the cylinder head 104, and the cylinder head cover 105 are separate bodies, but they are not necessarily separate bodies and may be integrated as appropriate.
  • the crankcase 102 and the cylinder block 103 may be formed integrally, or the cylinder block 103 and the cylinder head 104 may be formed integrally.
  • the cylinder head 104 and the cylinder head cover 105 may be integrally formed.
  • the CVT 150 includes a first pulley 161 that is a driving pulley, a second pulley 162 that is a driven pulley, and a V belt wound around the first pulley 161 and the second pulley 162. 153.
  • the left end portion of the crankshaft 112 protrudes leftward from the crankcase 102.
  • the first pulley 161 is attached to the left end portion of the crankshaft 112.
  • the second pulley 162 is attached to the main shaft 154.
  • the main shaft 154 is connected to the rear wheel shaft 155 via a gear mechanism (not shown).
  • a transmission case 156 is provided on the left side of the crankcase 102. CVT 150 is accommodated in transmission case 156.
  • a generator 120 is provided on the right side of the crankshaft 112.
  • a cooling fan 121 is fixed to the right end portion of the crankshaft 112.
  • the cooling fan 121 rotates together with the crankshaft 112.
  • the cooling fan 121 is formed to suck air to the left by rotating.
  • a shroud 130 is provided in the crankcase 102, the cylinder block 103, and the cylinder head 104. The generator 120 and the cooling fan 121 are accommodated in the shroud 130.
  • the engine 101 is a type of engine in which the cylinder block 103 and the cylinder head 104 extend in a horizontal direction or a direction inclined slightly upward from the horizontal direction, that is, a so-called horizontal engine.
  • Reference symbol L1 in the figure represents a line (cylinder axis) passing through the center of the cylinder 106.
  • the cylinder axis L1 extends in the horizontal direction or in a direction slightly inclined from the horizontal direction.
  • the direction of the cylinder axis L1 is not particularly limited.
  • the inclination angle of the cylinder axis L1 with respect to the horizontal plane may be 0 ° to 15 °, or may be more than that.
  • the reference symbol L2 in the figure represents the center line of the crankshaft 112.
  • the intake pipe 141 is connected to the upper part of the cylinder head 104.
  • An exhaust pipe 142 is connected to the lower part of the cylinder head 104.
  • An intake passage 40 and an exhaust passage 50 are formed inside the cylinder head 104.
  • the intake pipe 141 is connected to the intake passage 40, and the exhaust pipe 142 is connected to the exhaust passage 50.
  • An intake valve 151 and an exhaust valve 152 are provided in the intake passage 40 and the exhaust passage 50, respectively.
  • the engine 101 of the present embodiment is an air-cooled single cylinder internal combustion engine that is cooled by air.
  • the cylinder block 103 is formed with a plurality of cooling fins 114.
  • the cooling fin 114 extends in a direction substantially orthogonal to the cylinder axis L1.
  • the cylinder head body 100 is also formed with a plurality of cooling fins 10 (see FIGS. 8 to 10).
  • the shroud 130 includes an inner member 131 and an outer member 132, and is formed by assembling the inner member 131 and the outer member 132. As shown in FIG. 4, the inner member 131 and the outer member 132 are fixed by bolts 133.
  • the inner member 131 and the outer member 132 are made of, for example, synthetic resin.
  • the inner member 131 has a hole 131a into which an ignition device 115 such as a spark plug is inserted.
  • a suction port 132 a is formed in the outer member 132.
  • the suction port 132a is disposed at a position facing the cooling fan 121 (see FIG. 3).
  • 4 represents the outer periphery of the cooling fan 121
  • reference numeral B represents the rotation direction of the cooling fan 121.
  • the shroud 130 is attached to the crankcase 102, the cylinder block 103, and the cylinder head 104, and extends forward along the cylinder block 103 and the cylinder head 104.
  • the shroud 130 covers the right side portions of the crankcase 102, the cylinder block 103, and the cylinder head 104. Further, part of the shroud 130 also covers part of the upper and lower parts of the cylinder block 103 and the cylinder head 104.
  • the cooling fan 121 rotates with the rotation of the crankshaft 112
  • the air outside the shroud 130 is introduced into the shroud 130 through the suction port 132a.
  • the air introduced into the shroud 130 is blown to the cylinder block 103 and the cylinder head 104.
  • the cylinder block 103 and the cylinder head 104 are cooled by this air.
  • FIGS. 6 and 7 are a top view and a bottom view schematically showing the cylinder head body 100.
  • FIG. 8 and 9 are a front view and a rear view schematically showing the cylinder head body 100.
  • FIG. 10 and 11 are a left side view and a right side view schematically showing the cylinder head main body 100.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line 12A-12A 'in FIG. 11, and
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line 13A-13A' in FIG.
  • the cylinder axis direction is indicated by an arrow D1. Needless to say, the cylinder axis direction is a direction parallel to the cylinder axis L1.
  • the side where the connection to the intake pipe 141 is performed is described as the front side of the cylinder head body 100.
  • the cylinder head main body 100 includes a plurality of cooling fins 10, a cam chamber wall 20, and a combustion chamber wall 30 as shown in FIGS.
  • the cylinder head body 100 further includes an intake passage 40, an exhaust passage 50, and a cooling air passage 60.
  • the plurality of cooling fins 10 are provided on the outer side surface (more specifically, the left side surface) of the cylinder head body 100, and face the outside of the cylinder head body 100. (Ie, extending in a direction substantially perpendicular to the cylinder axis direction D1).
  • the plurality of cooling fins 10 are arranged at a predetermined pitch along the cylinder axial direction D1.
  • the number of cooling fins 10 is not limited to that exemplified here.
  • the cam chamber wall 20 (shown in FIGS. 6, 10 and 13) defines the cam chamber 109.
  • the cam chamber 109 accommodates a valve mechanism including the cam shaft 108.
  • a space between the cylinder head cover 105 attached to the upper part of the cylinder head body 100 and the cam chamber wall 20 is a cam chamber 109.
  • the combustion chamber wall 30 (shown in FIGS. 7 and 13) defines the combustion chamber 110.
  • the combustion chamber 110 is a space formed by the combustion chamber wall 30 of the cylinder head body 100, the top surface of the piston 107, and the inner peripheral surface of the cylinder 106.
  • a plug hole 32 is formed in the combustion chamber wall 30 in addition to an intake port 40a and an exhaust port 50a described later.
  • a spark plug of the ignition device 115 is attached to the plug hole 32.
  • the intake passage 40 is a passage for performing intake to the combustion chamber 110.
  • An opening 40a on the combustion chamber wall 30 side of the intake passage 40 is an intake port.
  • An intake pipe 141 is connected to an opening 40 b (located in front of the cylinder head main body 100) on the opposite side of the intake passage 40 from the combustion chamber wall 30.
  • the exhaust passage 50 is a passage for exhausting from the combustion chamber 110.
  • An opening 50a on the combustion chamber wall 30 side of the exhaust passage 50 is an exhaust port.
  • An exhaust pipe 142 is connected to the opening 50 b on the opposite side of the exhaust passage 50 from the combustion chamber wall 30.
  • the plurality of cooling fins 10 include cooling fins 10 (relatively located on the right side in FIG. 10) extending from the exhaust passage wall that defines the exhaust passage 50.
  • the plurality of cooling fins 10 further includes a cooling fin 10 (located relatively on the left side in FIG. 10) extending from the intake passage wall that defines the intake passage 40.
  • the cooling air passage 60 (shown in FIGS. 10 and 13) is a passage for passing cooling air between the cam chamber wall 20 and the combustion chamber wall 30. As shown in FIG. 7, the inlet 60 a of the cooling air passage 60 is located on the left side surface of the cylinder head body 100, and the outlet 60 b of the cooling air passage 60 is located on the right side surface of the cylinder head body 100.
  • the cooling air CA introduced into the shroud 130 by the cooling fan 121 is introduced into the cooling air passage 60 from the inlet 60a, and after cooling the cylinder head body 100 in the process of passing through the cooling air passage 60, the cooling air CA is introduced into the cylinder from the outlet 60b. It is discharged outside the head main body 100.
  • the cylinder head body 100 is integrally formed from an aluminum alloy by die casting.
  • the aluminum alloy that is the material of the cylinder head body 100 is 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si (silicon), 0.5 wt% or less of Cu (copper), 0.002 wt% or more and 0.02 wt% or less.
  • Sr (strontium), 0.2 wt% to 0.5 wt% Mg (magnesium), 0.5 wt% to 1.0 wt% Fe (iron), and 0.3 wt% to 0.6 wt% Mn ( Manganese).
  • the cylinder head main body 100 further has a cam chain chamber 70 for accommodating the cam chain 113, as shown in FIGS.
  • the cam chain 113 is a member for driving the camshaft 108 of the valve mechanism.
  • the exhaust passage 50 is a cam chain as viewed from the cylinder axial direction D1 (direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 6, 7 and 12) from the inlet (exhaust port 50a) side to the outlet (opening 50b) side. It extends away from the chamber 70. That is, the axis 50x of the exhaust passage 50 is inclined with respect to the front-rear direction of the cylinder head body 100. Further, the exhaust passage 50 is formed such that its axis 50x is linear when viewed from the cylinder axis direction D1.
  • the cylinder head body 100 has a plurality of bolt holes 80a to 80d through which head bolts are inserted.
  • the cylinder head body 100 is coupled to the cylinder block 103 by a head bolt (typically a stud bolt) inserted through these bolt holes 80a to 80d.
  • a head bolt typically a stud bolt
  • One bolt hole (a bolt hole located in the upper right in FIGS. 6 and 12 and located in the lower right in FIG. 7) 80a among the plurality (four in this case) of bolt holes 80a to 80d is connected to the exhaust passage 50. It is provided between the cam chain chamber 70.
  • a part of the cooling air passage 60 is located between the bolt hole 80 a and the exhaust passage 50.
  • the boss 80 having the bolt holes 80a to 80d may be called a head bolt boss or a stud bolt boss.
  • the cylinder head body 100 is integrally formed from an aluminum alloy by die casting, and the aluminum alloy is 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less.
  • Si 0% to 0.5wt% Cu, 0.002wt% to 0.02wt% Sr, 0.2wt% to 0.5wt% Mg, 0.5wt% to 1.0wt% Fe and Mn of 0.3 wt% or more and 0.6 wt% or less are included.
  • the cylinder head body 100 By forming the cylinder head body 100 from such an aluminum alloy, as described in (1) to (7) below, castability, cooling performance, normal temperature strength, high temperature strength, normal temperature fatigue strength, thermal cycle The cylinder head body 100 excellent in all of fatigue strength, machinability and dimensional stability can be obtained.
  • Castability The fluidity of the molten metal can be ensured by setting the Si content to 8.0 wt% or more and the Mg content to 0.5 wt% or less. Moreover, the seizing to a metal mold
  • Coolability Sufficient thermal conductivity is ensured by setting the Si content to 12.0 wt% or less, the Cu content to 0.5 wt% or less, and the Sr content to 0.02 wt% or less. Cooling performance can be improved. From the viewpoint of improving the cooling performance, it is preferable to cool the cylinder head body with water after casting, and then heat-treat the cylinder head body at a temperature of 240 ° C. or higher for 1 hour or longer.
  • the alloy can be precipitation strengthened by setting the Mg content to 0.2 wt% or more. Therefore, sufficient room temperature strength can be secured and deformation of the bearing surface of the bolt boss and the cam chain chamber can be prevented.
  • the temperature and time of the heat treatment (heat treatment after casting and water cooling) to the cylinder head body are preferably 260 ° C. or less and 3 hours or less.
  • the alloy can be dispersion strengthened by setting the Si content to 8.0 wt% or more.
  • the alloy can be precipitation strengthened by setting the Mg content to 0.2 wt% or more. Therefore, by setting the Si content to 8.0 wt% or more and the Mg content to 0.2 wt% or more, the high temperature strength required for the cylinder head can be ensured.
  • Normal temperature fatigue strength Precipitation strengthening of the alloy can be achieved by setting the Mg content to 0.2 wt% or more. Further, when the Mn content is at least 1/2 of the Fe content, generation of coarse Fe needle-like precipitates can be suppressed. Therefore, normal temperature fatigue strength required for the cylinder head can be secured by setting the Mg content to 0.2 wt% or more and the Mn content to 1/2 or more of the Fe content.
  • Thermal cycle fatigue strength Toughness can be increased by setting the Si content to 12.0 wt% or less. Moreover, Si can be finely dispersed by making Sr content 0.002 wt% or more. Furthermore, the amount of intermetallic compounds can be regulated by setting the Fe content to 1.0 wt% or less. Moreover, generation
  • the Si content to 12.0 wt% or less, the Sr content to 0.002 wt% or more, the Fe content to 1.0 wt% or less, and the Mn content to 0.3 wt% or more, sufficient It becomes possible to ensure the thermal fatigue strength and to operate at a high compression ratio.
  • Machinability and dimensional stability Combustion by regulating the amount and size of precipitates by setting the Si content to 12.0 wt% or less and the Mn content to 0.6 wt% or less
  • Sufficient machinability and dimensional stability can be secured even for a thick portion such as a chamber wall, and port processing after casting can be performed to improve the performance of the internal combustion engine.
  • the temperature and time of the heat treatment (heat treatment after casting and water cooling) to the cylinder head body are preferably 240 ° C. or more and 1 hour or more.
  • the thermal conductivity of the cylinder head body 100 at 100 ° C. is 145 W / (m ⁇ K) or more.
  • the thermal conductivity at 100 ° C. of the cylinder head body 100 is 145 W / (m ⁇ K) or more, the cooling performance of the cylinder head body 100 can be sufficiently improved.
  • the Rockwell hardness of the cylinder head body 100 at normal temperature is preferably 70 HRF or more and 90 HRF or less.
  • the Rockwell hardness at normal temperature of the cylinder head main body 100 is less than 70 HRF, the cylinder head main body 100 may not have a required strength.
  • the Rockwell hardness at normal temperature of the cylinder head body 100 exceeds 90 HRF, the intermetallic compound is finely precipitated at a high density, and a desired thermal conductivity cannot be obtained.
  • the cylinder head body 100 excellent in all of castability, cooling performance, normal temperature strength, high temperature strength, normal temperature fatigue strength, thermal cycle fatigue strength, machinability and dimensional stability can be obtained. Therefore, an engine (air-cooled single-cylinder internal combustion engine) 101 that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency can be realized.
  • the engine 101 in the present embodiment can be manufactured as follows, for example.
  • the cylinder head body 100 having the plurality of cooling fins 10, the cam chamber wall 20, the combustion chamber wall 30, the intake passage 40, the exhaust passage 50, and the cooling air passage 60 is integrally formed by die casting from the above aluminum alloy. Mold. After molding, the cylinder head body 100 is water-cooled, and then the cylinder head body 100 is subjected to heat treatment (T5 overaging treatment) at a temperature of 240 ° C. or higher and 260 ° C. or lower for 1 hour or longer and 3 hours or shorter.
  • T5 overaging treatment heat treatment
  • a crankcase 102, a cylinder block 103, and the like are prepared. Then, the engine 101 is assembled using the cylinder head body 100, the crankcase 102, the cylinder block 103, and the like. In this way, the engine 101 is completed.
  • the cylinder head body 100 is water-cooled, and then the cylinder head body 100 is subjected to heat treatment at a temperature of 240 ° C. to 260 ° C. for 1 hour to 3 hours.
  • the process of performing is performed.
  • the heat treatment temperature is 240 ° C. or higher and the heat treatment time is 1 hour or longer, the effect of ensuring sufficient thermal conductivity and improving the cooling property can be obtained more reliably.
  • the heat treatment temperature is 260 ° C. or less and the heat treatment time is 3 hours or less, the dimensional stability required for the cylinder head body 100 can be ensured.
  • the cylinder head main body 100 (Examples 1 and 2) manufactured under the above-described heat treatment conditions using an aluminum alloy whose Si, Cu, Sr, Mg, Fe, and Mn contents are all in the above-described range, Made of aluminum alloy with at least one of Si, Cu, Sr, Mg, Fe and Mn content outside the above range, or heat treated outside the above time range and / or temperature range.
  • the results of evaluating the characteristics of the cylinder head body (Comparative Examples 1 to 33) will be described.
  • Tables 1, 2 and 3 below show the composition of the aluminum alloy, the heat treatment temperature (aging temperature) and the heat treatment time for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 33.
  • Tables 2 and 3 the numerical values of the components of the aluminum alloys of Comparative Examples 1 to 33 that are outside the above range are shown in italics.
  • values outside the above range are shown in italics.
  • Tables 4, 5 and 6 show castability, thermal conductivity, normal temperature strength, high temperature strength, normal temperature fatigue strength, thermal cycle fatigue strength, and machinability for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 33. And the result of having evaluated dimensional stability is shown.
  • the case where no hot water failure or seizure to the mold did not occur was indicated as “ ⁇ ”, and the case where it occurred was indicated as “X”.
  • the case where the thermal conductivity at 100 ° C. is 145 W / (m ⁇ K) or more is “ ⁇ ”, and the case where it is less than 145 W / (m ⁇ K) is “x”. .
  • the case where the tensile strength is 180 MPa or more is “ ⁇ ”, and the case where the tensile strength is less than 180 MPa is “ ⁇ ”.
  • the strength at 175 ° C. high temperature strength
  • the case where the 0.2% proof stress is 120 MPa or more is “ ⁇ ”
  • the case where it is less than 120 MPa is “X”.
  • the normal temperature fatigue strength the case where the 10 7 times fatigue strength is 100 MPa or more is “ ⁇ ”, and the case where the fatigue strength is less than 100 MPa is “ ⁇ ”.
  • the thermal cycle fatigue strength the case where the allowable strain amount that does not break at a normal temperature and 250 ° C.
  • the heat treatment temperature affects the thermal conductivity, normal temperature strength, and dimensional stability.
  • the heat treatment temperature is higher than 260 ° C.
  • aging progresses even in a short time and becomes over-aged, and the material is softened. Therefore, the thermal conductivity increases and the normal temperature strength decreases.
  • Normal temperature fatigue strength correlates with normal temperature strength, and those with low normal temperature strength also have low normal temperature fatigue strength.
  • the heat treatment temperature is lower than 240 ° C., a dimensional change occurs when heat that is higher than the heat treatment temperature is applied by engine operation. Further, even if the heat treatment temperature is 260 ° C. or lower and 240 ° C.
  • Comparative Examples 1, 4, 6, 8, 9, 11 to 13, 15, 17, 20, 27 and 29 good evaluation results were not obtained in Comparative Examples 1, 4, 6, 8, 9, 11 to 13, 15, 17, 20, 27 and 29. This is because the Si content is less than 8.0 wt% (Comparative Examples 1, 6, 8, 12, 13, 17 and 29), and the Fe content is less than 0.5 wt% (Comparative Example 1, 4, 9, 11, 15, 17 and 27) or the Mg content exceeds 0.5 wt% (Comparative Examples 8, 9, 17 and 20). If the Si content is less than 8.0 wt%, poor hot water may occur, which may cause casting defects. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.5 wt%, the viscosity of the molten metal increases and a hot water defect may occur, which may cause casting defects. Further, if the Fe content is less than 0.5 wt%, seizure to the mold may occur.
  • the Si content is 12.0 wt% or less
  • the Cu content is 0.5 wt% or less
  • the Sr content is 0.02 wt% or less
  • the heat treatment temperature is 240 ° C. or more
  • the heat treatment time is 1 hour or more.
  • the thermal conductivity at 100 ° C. was 145 W / (m ⁇ K) or more.
  • the Si content is 12.0 wt% or less
  • the Cu content is 0.5 wt% or less
  • the Sr content is 0.02 wt% or less
  • the heat treatment temperature is 240 ° C. or more
  • the heat treatment time is 1 hour or more.
  • the Mn content is less than 1/2 of the Fe content (Comparative Examples 6 and 14). If the Mn content is less than 1 ⁇ 2 of the Fe content, needle-like Fe-based intermetallic compounds are deposited on the thick portion. In Comparative Example 18, the Mn content is less than 1 ⁇ 2 of the Fe content (the Fe content is 0.6 wt%, whereas the Mn content is 0.2 wt%). Sufficient room temperature fatigue strength was obtained, but this is thought to be because the amount of needle-like intermetallic compound was small because the Fe content was small.
  • the Si content is 15.0 wt% or less, the Mg content is 0.2 wt% or more, the Mn content is 1/2 or more of the Fe content, the heat treatment temperature is 260 ° C. or less, and the heat treatment time is 3 hours.
  • the 10 7 times fatigue strength was 100 MPa or more.
  • the Si content is 15.0 wt% or less, the Mg content is 0.2 wt% or more, the Mn content is 1/2 or more of the Fe content, the heat treatment temperature is 260 ° C. or less, and the heat treatment time is 3 It was confirmed that the fatigue strength can be secured by setting the time to less than the time.
  • the Sr content is less than 0.002 wt%, the effect cannot be sufficiently obtained.
  • the Fe content exceeds 1.0 wt%, intermetallic compounds such as Al—Fe and Al—Fe—Si are generated and the toughness is lowered, thereby reducing the thermal cycle fatigue strength.
  • the allowable strain amount in the cycle was 0.4% or more, and good evaluation results were obtained for the thermal cycle fatigue strength.
  • sufficient thermal cycle fatigue strength can be ensured by setting the Cu content to less than 2.0 wt%, the Sr content to 0.002 wt% or more, and the Fe content to 1.0 wt% or less. It was confirmed.
  • the aluminum alloy which is the material of the cylinder head body 100 is 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less of Si, 0.5 wt% or less of Cu, 0.002 wt% or more and 0.02 wt% or less of Sr. , 0.2 wt% or more and 0.5 wt% or less of Mg, 0.5 wt% or more and 1.0 wt% or less of Fe and 0.3 wt% or more and 0.6 wt% or less of Mn,
  • the cylinder head main body 100 excellent in all of normal temperature strength, high temperature strength, normal temperature fatigue strength, thermal cycle fatigue strength, machinability and dimensional stability can be obtained.
  • the heat treatment temperature is 240 ° C.
  • Table 3 Table 4, and Table 6, in Examples 1 and 2 where the heat treatment temperature is 240 ° C. or higher and the heat treatment time is 1 hour or longer, the heat treatment temperature is 240 ° C.
  • Higher thermal conductivity was obtained than Comparative Example 32 having a temperature of less than ° C. and Comparative Example 33 having a heat treatment time of less than 1 hour. From this, it is understood that the heat treatment temperature is 240 ° C. or more and the heat treatment time is 1 hour or more, so that the effect of ensuring sufficient thermal conductivity and improving the cooling property can be obtained more reliably. .
  • the exhaust passage 50 extends away from the cam chain chamber 70 from the inlet side toward the outlet side, so that the space between the outlet of the exhaust passage 50 and the cam chain chamber 70 is increased. Can be spread. Therefore, it is easy to ensure a sufficiently large cross-sectional area of the cooling air passage 60. Therefore, sufficiently high cooling performance can be realized.
  • the exhaust passage 50 is formed so that its axis 50x is linear. Therefore, exhaust resistance is reduced, and more efficient combustion is possible. Further, when the cylinder head main body 100 is formed by die casting, the final-shaped exhaust passage 50 can be formed by a mold, so that it is not necessary to change the shape of the exhaust passage 50 by post-processing.
  • the axis 50x of the exhaust passage 50 is inclined at a certain angle with respect to the front-rear direction.
  • the axis 50x of the exhaust passage 50 is 20 ° or more with respect to a straight line L3 connecting the centers of two bolt holes 80a and 80b located on the cam chain chamber 70 side of the four bolt holes 80a to 80d. It is preferable to incline so that the angle may be made. However, if the inclination angle is too large, the exhaust resistance may become too large. Therefore, the inclination angle is preferably 30 ° or less.
  • the shape of the exhaust passage 50 is designed so that the axis 50x is a straight line, it is easy to form the exhaust passage 50 by a mold without using a core.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the exhaust passage 50 can be reduced as compared with the case where a core is used. More specifically, the surface roughness Rz (maximum height) of the inner peripheral surface of the exhaust passage 50 can be set to 30 ⁇ m or less, and the exhaust resistance can be reduced to improve the output of the engine 101. Note that, by setting the surface roughness Rz of the inner peripheral surface of the intake passage 40 to 30 ⁇ m or less, the intake resistance can be reduced and the output of the engine 101 can be further improved.
  • the plurality of cooling fins 10 include the cooling fins 10 extending from the exhaust passage wall that defines the exhaust passage 50. Since the exhaust passage 50 is a portion that is likely to become high temperature in the cylinder head body 100, the cooling fin 10 extends from the exhaust passage wall, so that the cooling efficiency can be improved. More specifically, the cooling fin 10 extending from the exhaust passage wall is at least a bolt hole (closest to the cooling fin 10 extending from the exhaust passage wall) in the exhaust passage wall from the viewpoint of ensuring sufficiently high cooling efficiency.
  • a boss (stud bolt boss) 80 corresponding to the bolt hole 80c extends from a portion located on the cylinder axis L1 side (see FIG. 10).
  • the cooling fin 10 a positioned on the combustion chamber 110 side with respect to the top of the combustion chamber wall 30 is referred to as “first cooling fin”, and combustion is performed on the top of the combustion chamber wall 30.
  • the cooling fins 10b located on the side opposite to the chamber 110 (that is, the cam chamber side) are referred to as “second cooling fins”.
  • the plurality of cooling fins 10 has a total area of the first cooling fins 10a larger than a total area of the second cooling fins 10b. Is provided.
  • the region on the combustion chamber 110 side with respect to the top of the combustion chamber wall 30 is the region opposite to the combustion chamber 110 with respect to the top of the combustion chamber wall 30.
  • the temperature becomes higher than.
  • the total area of the first cooling fins 10a located in the former region is larger than the total area of the second cooling fins 10b located in the latter region, thereby effectively improving the cooling performance. it can.
  • the plurality of cooling fins 10 are viewed from the side opposite to the cam chain chamber 70 with respect to the cylinder axis L1 (viewed from a direction perpendicular to the paper surface in FIG.
  • the end 10a1 of the first cooling fin 10a on the cylinder axis L1 side is provided closer to the cylinder axis L1 than the end 10b1 of the second cooling fin 10b on the cylinder axis L1 side.
  • the end portion 10b1 of the second cooling fin 10b is further away from the cylinder axis L1 than the end portion 10a1 of the first cooling fin 10a.
  • the cross-sectional area of the cooling air passage 60 can be increased.
  • a part of the cooling air passage 60 is an exhaust passage wall 51 that defines the exhaust passage 50, and an exhaust that intersects the cam chamber wall 20 so as to form an acute angle. It is defined by the passage wall 51.
  • the portion of the die corresponding to the cooling air passage has a shape protruding from the other portion.
  • the tip of the portion having such a protruding shape is likely to become high temperature due to the heat of the molten metal. In particular, if there is a corner at the tip, it may melt. Therefore, generally, the tip is designed so that its cross section is circular.
  • the cross-sectional area of the cooling air passage 60 is increased. be able to. In this case, since both the cam chamber wall 20 and the exhaust passage wall 51 may be small in thickness, the problem of melting damage can be avoided.
  • the cam chamber wall 20 preferably has a thickness of 2.5 mm or less. When the thickness of the cam chamber wall 20 is 2.5 mm or less, it is possible to more reliably prevent the mold corner from being melted. However, if the thickness of the cam chamber wall 20 is less than 1.5 mm, sufficient pressure resistance required for the cam chamber 109 cannot be obtained, and resistance to deformation stress generated by strain may be insufficient.
  • the thickness of the cam chamber wall 20 is preferably 1.5 mm or more.
  • the thickness and pitch of the cooling fins 10 can be reduced, and the cooling performance can be improved.
  • the tip of each cooling fin 10 is The thickness t is 1.0 mm or more and 2.5 mm or less, and the plurality of cooling fins 10 can be arranged at a pitch p of 7.5 mm or less.
  • Each of the plurality of cooling fins 10 preferably has a draft of 2.0 ° or less. By reducing the draft to 2.0 ° or less, the interval at the root portion of the cooling fin 10 can be increased, so that the cooling performance can be further improved.
  • the draft angle of each of the plurality of cooling fins 10 is preferably 1.0 ° or more.
  • the cylinder head body 100 in the present embodiment further includes a rib 90 provided in the cooling air passage 60 and connecting the combustion chamber wall 30 and the cam chamber wall 20.
  • the rib 90 connects the combustion chamber wall 30 and the cam chamber wall 20, so that the rib 90 transfers the heat of the combustion chamber wall 30 to the cam chamber wall 20, and the cam chamber 109 can be cooled using lubricating oil. Therefore, the cooling property can be improved.
  • the rib 90 is disposed in the cooling air passage 60, a cooling effect by the cooling air CA is also obtained.
  • the rib 90 is formed along the die cutting direction when the cylinder head main body 100 is formed by die casting. Therefore, the rib 90 is preferably formed along a wall portion (cooling air passage wall) that defines the cooling air passage 60.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage 50 along the plane orthogonal to the axis 50x of the exhaust passage 50 is substantially elliptical, and the shape of the outlet 50b of the exhaust passage 50 is substantially circular as shown in FIG. It is preferable that Since the cross-sectional shape of the exhaust pipe 142 is generally a perfect circle, the shape of the outlet 50b of the exhaust passage 50 is a substantially perfect circle, thereby preventing a rapid change in the passage area and preventing a decrease in the performance of the engine 101. can do. As already described, since the exhaust passage 50 extends away from the cam chain chamber 70 from the inlet side toward the outlet side, the cross-sectional shape of the exhaust passage 50 along the plane orthogonal to the axis 50x is substantially true.
  • the shape of the outlet 50b of the exhaust passage 50 cannot be a substantially perfect circle.
  • the cross-sectional shape of the exhaust passage 50 along the plane orthogonal to the axis 50x is substantially elliptical, that is, the roundness of the cross-sectional shape of the exhaust passage 50 along the plane orthogonal to the axis 50x is determined by the By making it lower than the roundness of the shape of the outlet 50b, the shape of the outlet 50b of the exhaust passage 50 can be made substantially circular.
  • the surface contact with the cooling air CA is increased by the roughening by the shot blasting process, so that the cooling performance can be further improved.
  • the deburring of the cooling air passage 60 can also be performed by shot blasting.
  • cooling fins extending from the ribs 90 It is also preferable to provide cooling fins extending from the ribs 90 or to perform shot blasting on the ribs 90 in order to further improve the cooling performance.
  • the internal combustion engine 101 according to the embodiment of the present invention is suitably used for various straddle-type vehicles such as a motorcycle and an ATV (All Terrain Vehicle). Moreover, it is used suitably also for a generator etc.
  • an air-cooled single-cylinder internal combustion engine that can be operated at a high compression ratio and has excellent fuel efficiency is provided.
  • the air-cooled single-cylinder internal combustion engine according to the present invention is suitably used for various straddle-type vehicles such as motorcycles.

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Abstract

　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。

Description

空冷式単気筒内燃機関、鞍乗型車両および空冷式単気筒内燃機関の製造方法
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２００９－１３４８０号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１中の２Ａ－２Ａ’線に沿った断面図である。 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。 エンジン１０１の一部分の右側面図である。 エンジン１０１の左側面断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (7)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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