JP2016169638A - マフラ装置 - Google Patents

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仲矢 高垣
秀之 幸光
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秀之 幸光
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Abstract

【課題】外層シェル及び内層シェルの層間の隙間に排気ガスが流れることによる中間シートの劣化を抑制する。
【解決手段】本発明のマフラ装置は、セパレータで区画されるスペース間に生じる圧力差を低減するために、中間シートの厚みによって形成される外層シェルと内層シェルとの間の層間スペースを利用し、スペース間を連通させる圧抜き孔が形成されている。圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートに、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部を形成し、切り欠き部において第1領域の一部が凸状に延設されるように構成する。層間スペース内を流通する排気ガスの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる。中間シートの端部が露出する層間スペースに排気ガスが流れ難くなり、中間シートの劣化を抑制することができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、二層構造のシェルの間に、制振材又は吸音材としての中間シートを配置したマフラ装置に関する。
特許文献1では、2枚の金属板を重ねることにより、マフラ装置のシェルを構成している。また、特許文献2では、2枚の金属板の間に吸音材料を充填している。
特開2010−190205号公報(段落[0016]等) 特開2004−150310号公報(段落「0036」等)
特許文献1に記載のように、筒状のシェル内部は、セパレータによって複数のスペースに区画することができる。このとき、区画されたスペース間での圧力調整のために、例えば、2枚の金属板のうち、内側の金属板にスペース毎に開口する圧抜き孔を設け、金属板間の隙間を通じ、圧抜き孔を介してスペース間の圧力を調節することができる。
一方、特許文献2に記載のように、2枚の金属板の間に吸音材料を充填することができる。この場合、2枚の金属板間に形成される隙間及び圧抜き孔を通じてスペース間の内圧を調整することができるが、排気ガスが吸音材料に接触し、吸音材料が劣化するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、外層シェル及び内層シェルの層間の隙間に排気ガスが流れることによる制振材又は吸音材としての中間シートの劣化を抑制することができるマフラ装置を提供する。
本発明は、車両の内燃機関から排出された排気ガスが導かれるマフラ装置である。マフら装置は、マフラ装置の外面に配置され、所定方向に延びる筒状の外層シェルと、外層シェルよりもマフラ装置の内側に配置され、所定方向に延びる筒状の内層シェルと、外層シェルおよび内層シェルの間に配置された、制振材又は吸音材としての中間シートと、内層シェルの内側に形成されたスペースを、所定方向に並ぶ複数のスペースに区画するセパレータと、外層シェル及び内層シェルが中間シートを介さずに密接する第1領域と、外層シェル及び内層シェルの間に中間シートが配置される第2領域との境界であって、中間シートの端部と第1領域との間に形成される層間スペースと、区画された各スペースの内層シェルに形成され、層間スペースと連通する圧抜き孔と、を有する。
そして、中間シートは、圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部が形成されており、切り欠き部において第1領域の一部が凸状に延設されている。
セパレータで区画されるスペース間に生じる圧力差を低減するために、中間シートの厚みによって形成される外層シェルと内層シェルとの間の層間スペースを利用し、スペース間を連通させる圧抜き孔を設けることができる。このとき、層間スペース内に排気ガスが流通するため、中間シートの端部が排気ガスに直接触れてしまい、中間シートを劣化させてしまうおそれがある。
本発明によれば、圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートに、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部を形成し、切り欠き部において第1領域の一部が凸状に延設されるように構成している。このため、層間スペース内を流通する排気ガスの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる。したがって、中間シートの端部が露出する層間スペースに、排気ガスが流れ難くなり、中間シートの劣化を抑制することができる。
実施例1であるマフラ装置の外観図である。 実施例1であるマフラ装置の断面図である。 実施例1であるマフラ装置の断面図である。 実施例1において、外層シェルを省略したマフラ装置の外観図である。 実施例1において、マフラ装置の一部の構造を示す断面図である。 実施例1において、圧抜き孔が設けられるマフラ装置の一部の構造を示す図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本実施例のマフラ装置について説明する。図1は、マフラ装置1の外観図である。図2は、図1のA1−A1断面図であり、図3は、図1のA2−A2断面図である。図1は、図2に示す矢印B1の方向や、図3に示す矢印B2の方向からマフラ装置1を見たときの外観図である。
一対のエンドカバー11,12およびシェル20は、マフラ装置1の外面を構成する。シェル20は、筒状に形成されており、マフラ装置1の長手方向(図1の左右方向、本発明の所定方向に相当する)に延びている。マフラ装置1の長手方向におけるシェル20の両端には開口部が形成されており、これらの開口部は、金属製のエンドカバー11,12によってそれぞれ塞がれている。ここで、各エンドカバー11,12は、溶接によってシェル20に固定される。
図2および図3に示すように、シェル20は、二層構造となっており、外層シェル21および内層シェル22を有する。外層シェル21および内層シェル22はともに筒状に形成されており、マフラ装置1の長手方向に延びている。外層シェル21は、マフラ装置1の外面に配置され、内層シェル22は、外層シェル21よりもマフラ装置1の内側に配置されている。
内層シェル22の内部には、4つの金属製のセパレータ31〜34が配置されている。内層シェル22は、各セパレータ31〜34の外縁に沿って配置されており、各セパレータ31〜34の外縁には、内層シェル22の内周面と接触するフランジが設けられている。各セパレータ31〜34は、内層シェル22の内部に形成されたスペースを、5つのスペースS1〜S5に区画する。各スペースS1〜S5は、後述する排気ガスの膨張室として用いられる。
スペースS1は、エンドカバー11、セパレータ31および内層シェル22の一部によって囲まれたスペースであり、スペースS2は、セパレータ31,32および内層シェル22の一部によって囲まれたスペースである。スペースS3は、セパレータ32,33および内層シェル22の一部によって囲まれたスペースであり、スペースS4は、セパレータ33,34および内層シェル22の一部によって囲まれたスペースである。スペースS5は、セパレータ34、エンドカバー12および内層シェル22の一部によって囲まれたスペースである。なお、本実施例では、4つのセパレータ31〜34を設けているが、セパレータの数は適宜設定することができる。
金属製の第1排気管41は、エンドカバー11および各セパレータ31〜34を貫通している。第1排気管41の一端部41aは、マフラ装置1の外部に位置しており、導入管(図示せず)の一端部と接続される。導入管の他端部は、車両の内燃機関の排気ポートに接続されている。これにより、排気ポートから排出されたガス(排気ガス)がマフラ装置1に導かれる。
第1排気管41の他端部41bは、スペースS5内に位置しているため、排気ポートからの排気ガスは、第1排気管41の内部を移動して、他端部41bからスペースS5に排出される。スペースS5に排出された排気ガスは、スペースS4、スペースS3、スペースS2およびスペースS1の順に移動する。ここで、各セパレータ31〜34には、排気ガスを通過させるための開口部が形成されている。例えば、図2および図3に示すように、セパレータ32は、排気ガスを通過させるための開口部32aを有する。
金属製の第2排気管42は、エンドカバー12および各セパレータ31〜34を貫通している。第2排気管42の一端部42aは、マフラ装置1の外部に位置しており、第2排気管42の他端部42bは、スペースS1内に位置している。上述したようにスペースS1に移動した排気ガスは、他端部42bから第2排気管42の内部に導かれ、一端部42aから排出される。
図1および図3に示すように、外層シェル21には複数の曲げ部(加工部)21aが設けられており、曲げ部21aは、シェル20の内側に向かって凸となるように、外層シェル21の一部を曲げ加工することによって形成される。ここで、曲げ部21aの厚さは、曲げ部21aを除く外層シェル21の厚さと等しい。図1に示すように、複数の曲げ部21aは、各セパレータ31〜34の外縁に沿って配置されており、曲げ部21aと、内層シェル22と、各セパレータ31〜34とが互いに重なる部分が溶接されている。
図2に示すように、外層シェル21および内層シェル22の間には、2つの中間シート50が配置されている。すなわち、中間シート50は、外層シェル21および内層シェル22によって挟まれている。マフラ装置1は、排気ガスからの熱を受けて高温状態となるため、中間シート50は、耐熱性を有する材料で形成されている。
中間シート50には、振動を減衰させる機能(制振機能)を持たせることができる。制振機能を有する中間シート50としては、例えば、炭素(膨張黒鉛等)で形成されたシートを用いることができる。排気ガスがマフラ装置1に導かれたとき、外層シェル21および内層シェル22が振動する。ここで、制振機能を有する中間シート50を、外層シェル21および内層シェル22の間に配置することにより、中間シート50は、外層シェル21および内層シェル22の振動を減衰することができる。外層シェル21および内層シェル22の振動を減衰すれば、この振動に伴って発生する音を低減することができる。
一方、中間シート50には、音を吸収する機能(吸音機能)を持たせることができる。吸音機能を有する中間シート50としては、例えば、グラスウールで形成されたシートを用いることができる。外層シェル21および内層シェル22の振動によって発生する音を中間シート50によって吸収することにより、マフラ装置1の外部に伝達される音を低減することができる。
中間シート50は、マフラ装置1において、振動や音が発生しやすい位置に配置されている。図2に示すマフラ装置1の断面において、図2の左右方向におけるマフラ装置1の長さは、図2の上下方向におけるマフラ装置1の長さよりも短い。このため、マフラ装置1では、図2の左右方向におけるシェル20の両側面において、振動や音が発生しやすくなる。そこで、本実施例では、図2に示すように、図2の左右方向におけるシェル20の両側面において、外層シェル21および内層シェル22の間に中間シート50を配置している。
図4は、図1に示すマフラ装置1において、外層シェル21を省略した図である。図4では、2つの中間シート50のうち、一方の中間シート50の外観を示している。ここで、2つの中間シート50の構造は同じである。
図4に示すように、中間シート50は複数の孔(受け部)51を有し、各孔51は、中間シート50を貫通している。各孔51の内側には、外層シェル21に形成された各曲げ部21aが進入している。具体的には、図5に示すように、外層シェル21の曲げ部21aは、内層シェル22に向かって突出しており、孔51の内側に進入している。図5は、マフラ装置1の長手方向においてマフラ装置1を切断したときにおいて、マフラ装置1の一部の構造を示す。
ここで、孔51は、中間シート50のうち、曲げ部21aと対向する領域に形成されており、曲げ部21aの外形に沿って形成されている。孔51の内側に進入した曲げ部21aは、内層シェル22の外周面に接触している。ここで、曲げ部21aは、中間シート50の厚さの分だけ、内層シェル22に向かって突出している。
図5に示すように、セパレータ32の外縁にはフランジ32bが設けられている。フランジ32bは、内層シェル22の内周面に沿って形成されているとともに、内層シェル22の内周面に接触している。各セパレータ31,33,34にも、フランジ32bと同様のフランジが設けられている。
図5において、曲げ部21a、内層シェル22およびフランジ32bが互いに重なっている部分は、溶接される。これにより、外層シェル21および内層シェル22がセパレータ32に固定される。同様に、各セパレータ31,33,34のフランジは、内層シェル22および曲げ部21aと重なっており、この重なった部分が溶接されている。これにより、外層シェル21および内層シェル22がセパレータ31,33,34に固定される。
本実施例のマフラ装置1は、外層シェル21の曲げ部21aが、中間シート50の孔51の内側に進入して、内層シェル22および各セパレータ31〜34に溶接されている。孔51は、中間シート50のうち、曲げ部21aと対向する領域に形成されており、曲げ部21aが孔51の内側に進入したとき、曲げ部21aの周囲に孔51が位置する。
このため、溶接された曲げ部21aに対して、孔51がずれにくく、外層シェル21および内層シェル22の間において、中間シート50がずれることを抑制することができる。中間シート50のずれを抑制することで、中間シート50を所定位置に配置したままとすることができ、中間シート50を用いた所定機能(上述した制振機能や吸音機能)を発揮させやすくなる。
また、本実施例では、外層シェル21に曲げ部21aを予め設けているため、曲げ部21a、内層シェル22および各セパレータ31〜34のフランジを容易に溶接でき、この溶接部分の強度を確保しやすくなる。また、外層シェル21および内層シェル22を溶接するときに、外層シェル21が変形することを抑制できる。
孔51を少なくとも2つ設ければ、中間シート50が、マフラ装置1の長手方向(図4の左右方向)およびシェル20の周方向にずれることを抑制できる。ここで、2つの孔51は、マフラ装置1の長手方向およびシェル20の周方向において、互いにずれた位置に形成すればよい。
なお、シェル20を構成する外層シェル21及び内層シェル22は、1枚のシェルシートで構成することができる。例えば、一枚のシェルシートを、第1排気管41および第2排気管42が接続されたセパレータ31〜34に巻きつけて、シェル20を構成することができる。このとき、シェルシートに中間シート50を重ねて巻きつけることで、図2に示すような捲回されたシェル20を形成することができる。
また、シェル20の構成の他の例としては、外層シェル21および内層シェル22を、別体のシェルシートによって構成することもできる。例えば、外層シェル21を構成するシェルシートと、内層シェル22を構成するシェルシートとの間に中間シート50を配置し、2つのシェルシートおよび中間シート50を重ねる。ここで、外層シェル21のシェルシートには、曲げ部21aを形成することができる。曲げ部21aを、中間シート50の孔51の内側に進入させることにより、外層シェル21のシェルシートに対して中間シート50を位置決めすることができる。
本実施例のマフラ装置1は、各セパレータ31〜34によって、内層シェル22の内部が5つのスペースS1〜S5に区画されている。このとき、区画された各スペースS1〜S5において、例えば、入り込んだ凝結水が、排気ガスの熱で気化して体積が膨張することがある。体積の膨張によってシェル20が変形するおそれがあるので、区画された各スペースS1〜S5間で内圧を調整するために、スペース毎の内層シェル22に圧抜き孔を設けることができる。圧抜き孔及び外層シェル21と内層シェル22との間の隙間を通じ、スペースS1〜S5間で圧力差を調節することができる。例えば、図1に示すように、各スペースS1〜S5毎に内層シェル22に、圧抜き孔60を設けることができる。
また、図2に示すように、本実施例の中間シート50は、外層シェル21及び内層シェル22の間の全周ではなく、図2の左右方向の両側面に個別に設けられている。このため、外層シェル21及び内層シェル22が中間シート50を介さずに密接する第1領域R1と、外層シェル21及び内層シェル22の間に中間シート50が配置される第2領域R2とが形成されている。
第1領域R1は、外層シェル21の内面と内側シェル22の外面とが接触して密接しており、外層シェル21と内層シェル22との間において、空間が形成されていない。一方、第2領域R2は、外層シェル21の曲げ部21aに対応する位置以外は、外層シェル21と中間シート50が接触し、かつ中間シート50と内層シェル22とが接触している。
このとき、第1領域R1と第2領域R2との境界には、中間シート50の厚みによって層間スペースDSが形成される。この層間スペースDSは、中間シート50の端部52と第1領域R1との間に形成されるスペースであり、中間シート50を介した外層シェル21と内層シェル22との間の段差によって形成される。
図4に示したように、中間シート50の端部52は、マフラ装置1の長手方向に延びているので、層間スペースDSは、各スペースS1〜S5が並ぶ方向に延びている。圧抜き孔60を利用した圧力差の調整は、層間スペースDSを利用して行うことができる。スペースS1〜S5毎に内層シェル22に、層間スペースDSに連通する圧抜き孔60を形成することで、スペースS1〜S5間の内圧調整を行うことができる。
しかしながら、圧抜き孔60を介して層間スペースDS内に排気ガスが流通してしまうため、中間シート50の端部52が排気ガスに直接触れてしまい、中間シート50を劣化させてしまうおそれがある。したがって、必要な内圧調整以外では、極力層間スペースDSに排気ガスを流通させないようにすることが好ましい。
そこで、本実施例では、圧抜き孔60及び層間スペースDSを介して区画された一方のスペース(例えば、S5)から他方のスペース(例えば、S4)に向かって中間シート50の端部52に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シート50の端部52から内側に凹んだ切り欠き部511を形成し、切り欠き部511において第1領域R1の一部が凸状に延設されるように構成する。
具体的には、図1に示すように、外層シェル21には曲げ部(加工部)211aが設けられており、曲げ部211aは、曲げ部21a同様、シェル20の内側に向かって凸となるように、外層シェル21の一部を曲げ加工することによって形成される。また、曲げ部211aは、曲げ部21aと共に各セパレータ31〜34の外縁に沿って配置されており、曲げ部211a、内層シェル22およびフランジ32bが互いに重なっている部分が溶接される。
中間シート50には、曲げ部211aの受け部として、切り欠き部511が形成されており、切り欠き部511は、内層シェル22の露出部である。図4に示すように、曲げ部211aは、少なくとも一部が、中間シート50の端部52よりも内側に位置している。このとき、切り欠き部511の領域に対して曲げ部211aは、小さく形成されており、曲げ部211aが内層シェル22と共にセパレータ31〜34のフランジ部と溶接された状態で、切り欠き部511と曲げ部211aとの間には、層間スペースDSの迂回路DSaが形成される。
図6は、圧抜き孔60が設けられるマフラ装置の一部の構造を示す図であり、外層シェル21を省略している。図6に示すように、第1領域R1と第2領域Rとの境界に、層間スペースDSが形成されている。ここで、一点鎖線は、第1領域R1と第2領域R2において、層間スペースDSが形成される境界線を示している。
切り欠き部511が形成されていないと、スペースS5に形成された圧抜き孔60からスペースS4に形成された圧抜き孔60へ向かう層間スペースDS内の流通経路は、中間シート50の端部52に沿って平行の直線的な経路となり、経路長が短い(図6の太点線)。
一方、切り欠き部511が形成され、曲げ部211aの少なくとも一部が、切り欠き部511において中間シート50の端部52よりも内側に位置して溶接されているので、第1領域R1と第2領域R2において、層間スペースDSが形成される境界線が、切り欠き部511及び曲げ部211aによって端部52よりも内側に位置している。
つまり、切り欠き部511において外層シェル21及び内層シェル22が密接する第1領域R1の一部が凸状に延設され、層間スペースDSの途中で曲げ部211aを迂回する層間スペースDSaが形成される。このため、スペースS5に形成された圧抜き孔60からスペースS4に形成された圧抜き孔60へ向かう層間スペースDSの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる(図6の実線矢印で示す経路)。
このように本実施例のマフラ装置1は、圧抜き孔60及び層間スペースDSを介して、区画された一方のスペース(S5)から他方のスペース(S4)に向かって中間シート50の端部52に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シート50に、中間シート50の端部52から内側に凹んだ切り欠き部511を形成し、切り欠き部511において外層シェル21及び内層シェル22が密接する第1領域R1の一部が凸状に延設されている。このため、層間スペースDS内を流通する排気ガスの経路長が迂回路DSa分長くなり、流路抵抗を高くすることができる。したがって、中間シート50の端部52が露出する層間スペースDSに、排気ガスが流れ難くなり、中間シート50の劣化を抑制することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、上記説明において、図2に示すように、層間スペースDSは、中間シート50の端部52と第1領域R1との間に形成されるため、図2の上下方向に2つ、左右方向に2つの合計4つの層間スペースDSが形成され、これに対応して圧抜き孔60がそれぞれ設けられているが、いずれか1つ又は任意の組み合わせで、層間スペースDSを利用し、圧抜き孔60を介したスペースS1〜S5間の圧力調整を行うことができる。
また、曲げ部21a,211aは、例えば、内層シェル22に向かう凹部ではなく、内層シェルに向かって突出する突出部として構成してもよい。この場合、外層シェル21の外面は、図3に示すように凹んでいない。また、外層シェル21に曲げ部21a,211aを形成しているが、これに限らず、外層シェル21の曲げ部21a,211aを省略し、内層シェル22に、曲げ部21a,211aに相当する曲げ部を形成してもよい。
1:マフラ装置、20:シェル、21:外層シェル、21a,211a:曲げ部(加工部)、22:内層シェル、31〜34:セパレータ、41:第1排気管、42:第2排気管、50:中間シート、51:孔(受け部)、511:切り欠き部、52:端部、60:圧抜き孔、R1:第1領域、R2:第2領域、DS:層間スペース、DSa:迂回路

Claims (1)

  1. 車両の内燃機関から排出された排気ガスが導かれるマフラ装置であって、
    前記マフラ装置の外面に配置され、所定方向に延びる筒状の外層シェルと、
    前記外層シェルよりも前記マフラ装置の内側に配置され、前記所定方向に延びる筒状の内層シェルと、
    前記外層シェルおよび前記内層シェルの間に配置された、制振材又は吸音材としての中間シートと、
    前記内層シェルの内側に形成されたスペースを、前記所定方向に並ぶ複数のスペースに区画するセパレータと、
    前記外層シェル及び前記内層シェルが前記中間シートを介さずに密接する第1領域と、前記外層シェル及び前記内層シェルの間に前記中間シートが配置される第2領域との境界であって、前記中間シートの端部と前記第1領域との間に形成される層間スペースと、
    前記区画された各スペースの前記内層シェルに形成され、前記層間スペースと連通する圧抜き孔と、を有し、
    前記中間シートは、前記圧抜き孔及び前記層間スペースを介して前記区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって前記中間シートの端部に沿って流通する前記排気ガスの流通経路に対し、前記中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部が形成され、
    前記切り欠き部において前記第1領域の一部が凸状に延設されていることを特徴とするマフラ装置。
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