JP6326706B2

JP6326706B2 - 可撓性導管要素

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Publication number: JP6326706B2
Application number: JP2016513232A
Authority: JP
Inventors: ウーヴェヴェベル
Original assignee: エスジェーエムコーポレイションリミテッド
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2018-05-23
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Description

本発明は、内燃機関車両の排気システム（排気システム）の可撓性導管手段に関する。可撓性導管手段は、中空円筒形状のベローズ部材と、少なくとも部分的にベローズ部材を囲む外側可撓性部材と、弾性変形可能であるとともに、少なくとも部分的に可撓性部材を囲み、該可撓性部材に当接する少なくとも弾性部材とを備える。ベローズ部材は、該ベローズ部材の軸方向に環状にしわを寄せられた少なくとも２つの波形部と、ベローズ部材の波形部間に軸方向に形成される少なくとも接続部とを含み、弾性部材は、少なくとも部分的に接続部を囲む。

そのような可撓性導管手段は、欧州特許第２４４１９９６号により公知である。可撓性導管手段は、機械加工産業において一般的に用いられる。可撓性導管手段は、内燃機関の存在下で、排気システム内において、エンジンから至る排気管とマフラーとの間に配置される。可撓性導管手段は、排気システムと機械類との間のデカプラとして機能する。可撓性導管手段は、エンジンの始動時や加速、制動又は変速中における、エンジンの動作、機械類、及びエンジン自体の動きによって生じる衝撃荷重と同様に、熱、振動及び湿気に晒される。車両における利用の場合には、可撓性導管手段は、振動及び環境条件にも晒される。

公知の可撓性導管手段は、環状波形形状を有する金属ベローズを示す。金属ベローズ部材の途中には、円形形状の円筒面が設けられる。金属ベローズ部材は、全長にわたって可撓性の外側メッシュによって覆われ、ばねクランプによって中央の円筒部に固定される。また、可撓性メッシュも、金属ベローズ部材の外側端部において金属ベローズ部材に固定される。内蔵排気ガスシステムの振動のために、金属ベローズ部材は、振動に晒され、したがって、移動して騒音を生じ始める。したがって、外側可撓性メッシュは金属ベローズ部材を覆い、該メッシュと金属ベローズ部材との間に摩擦を生じる。

本発明の目的は、公知の可撓性導管手段及びその振動挙動の抑制を更に改善するとともに、広範な用途や内蔵状況に合わせて可撓性導管手段を提供することを可能にし、それによって、製造コストを低減することである。

本発明は、上述した種類の内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段によってこの目的を達成する。この可撓性導管手段は、軸方向に延びるベローズ部材（蛇腹部材）と、少なくとも部分的にベローズ部材を囲む外側可撓性編組又は編込部材と、弾性変形可能であるとともに、少なくとも部分的に外側可撓性編組又は編込部材を囲み、外側可撓性編組又は編込部材に対して当接する少なくとも弾性部材とを備え、ベローズ部材は、実質的に規則的な間隔で波形部の外周に沿って隆起及び溝を互い違いにすることにより、ベローズ部材の軸方向に環状にしわを寄せられた少なくとも２つの波形部と、ベローズ部材の波形部間に軸方向に形成される少なくとも接続部とを含み、弾性部材は接続部を少なくとも部分的に囲み、接続部は、その軸方向端部に形成され、少なくとも径方向に延びる側面を含み、接続部は、その間に、側面を互いに接続するとともに少なくとも部分的に弾性部材により囲まれる湾曲又はアーチ部を含み、接続部の軸方向長さは、波形部の規則的な間隔とは異なる。

湾曲した形状を有するそのような接続部は、接続部の湾曲した外面に至り、それによって、製造が容易であり、良好な振動吸収特性を有し、円筒形形状の接続部と比較して自由度の高い調整を可能にする。接続部に隣接する波形部に対する接続部の形状及び長さのために、ベローズ部材の振動挙動を改善することができる。

好適実施形態では、接続部の最大外径は、隣接する波形部の外径よりも小さい。それにより、金属ベローズ部材の軸に向かって、可撓性導管手段の外形の内方に弾性部材を配置することができ、したがって、可撓性導管手段に必要な内蔵スペースを低減することができる。外側可撓性部材は、金属ベローズ部材と弾性部材との間にクランプされず、弾性部材にのみ接触しているので、振動又は荷重条件により金属ベローズ部材の両端間を一様にすることができ、弾性部材から掛かる張力によって適所に保持される。これにより、張力が外側可撓性部材に完全に掛かるので、外側可撓性部材の表面全体により高い張力をもたらす。

更なる実施形態では、湾曲又はアーチ部は、凹状又は凸状に形成される。これらの異なる種類の形状によって、振動挙動を更に改善することができる。その形状により、荷重条件に応じて積極的に反りモーメントを調整することができる。接続部の動きや過振が更に増大されるので、湾曲面及び湾曲中空体は、可撓性導管手段の振動応答が積極的に影響するように、円筒形形状よりも高い反りモーメントを有する。

別の好適実施形態では、湾曲又はアーチ部は、好ましくは異なる半径からなる複数の湾曲部又は屈曲部を含む。本実施形態によって、金属ベローズ部材において、異なる形状やアーチ部を実現することができる。異なる半径により、異なる用途に合わせて有利に可撓性導管手段を調整することができ、利用可能な設計スペースを最適に使用することができる。複数の湾曲部に異なる半径を用いることにより、湾曲面が一般的により高い反りモーメント、したがって、振動挙動に影響を与えるより高い曲げ剛性を提供するので、意図した振動挙動及び加重下の応答に対して正確に可撓性導管手段を調整することができる。

好適実施形態では、接続部は、金属ベローズ部材の外側及び内側に向かって少なくとも部分的に湾曲し、あるいは、アーチ形である。この設計により、金属ベローズ部材は、凹形状や凸形状を必ずしも有する必要がないが、不規則的又は対称的な形状を有することができる。その形状のために、調整可能なように、ベローズ部材の周りに外側可撓性部材を締め付けることができる。また、例えば、意図したよりも小さい内蔵スペースのために、可撓性導管手段が軸方向に圧縮される場合には、外側可撓性部材は、接続部の幾何学的形状のために線接触のみを有することができ、これは振動挙動に実用的である。

別の実施形態では、弾性部材の外形（プロファイル）は、ベローズ部材の軸方向に沿って少なくとも部分的に延びる。この設計により、打抜き加工又は絞り加工によって低コストで弾性部材を製造することができる。また、可撓性導管手段の組み立てが簡略化される。この設計では、弾性部材は、組み付けは位置決めのみが観点となり得るように、ある軸方向位置で外側可撓性部材に接触する。

別の好適実施形態では、弾性部材は、接続部の軸方向形状に実質的に少なくとも似た湾曲した外形を有する。この設計により、弾性部材は、ベローズ部材の外形に追従することが可能となり、それによって、弾性部材は、振動にする動きを低減するように、接続部の形状に非常に密接して追従可能である。弾性部材は、外側可撓性部材を締め付けるように、実質的にその表面に沿ってベローズ部材の表面まで同じ距離を有する。弾性部材は、振動の場合にも接触を防止するように、ベローズ部材には接触しない。また、これにより、弾性部材が接続部のより近くに移動し、したがって必要な直径及び外周が低減されるので、提供される設計スペースの利用を改善することもできる。

別の実施形態では、弾性部材は、外側可撓性編組又は編込部材を接続部に対して押し当てる。このように、外側可撓性部材は、弾性部材からの張力だけではなく、弾性部材と接続部との間の摩擦によっても付加的に適所に保持される。これにより、高い摩擦力を有し、外側可撓性部材を適所に保持するが、同時に、外側可撓性部材の残りの部分における張力を低減するのに用いることができる。これにより、接続部以外の可撓性導管手段の他の部分における外側可撓性部材とベローズ部材との間の摩擦を低減するであろう。この特徴により、外側可撓性部材における張力を具体的かつ局所的に調整することができ、依然として、軸方向移動を回避することができる。

別の実施形態では、外側可撓性編組又は編込部材と接続部との間の接触は、実質的に、接続部の外面の外周に沿う線接触である。線接触のために、面接触に比べて接触面積が小さいので、外側可撓性部材と接続部との間の非常に高い表面圧力が実現される。したがって、外側可撓性部材の軸方向移動に対する高い抵抗が更に保証（確保）される。さらに、弾性部材の低下したばね力を可能にする高い圧力を線接触が提供するので、材料強度に関して、弾性部材の弾性力を低減することができる。

別の実施形態では、外側可撓性編組又は編込部材と接続部との間の接触は、ベローズ部材の軸方向と、接続部の外面の外周とに沿って実質的に延びる表面接触である。本実施形態によって、外側可撓性部材と接続部との間の表面積を増やし、したがって摩擦面積を増やすことにより、外側可撓性部材と接続部との接触を改善することができる。特に接触領域のアーチ形状又は湾曲形状のために、単純な円筒形状に比べて摩擦が増大する。湾曲した表面接触のために、弾性部材のばね力、したがってその張力が寿命期間にわたって、又は、材料の腐食若しくは一般的な経年劣化のために低減する場合であっても、外側可撓性部材の軸方向移動が防止される。

好適実施形態では、各側面は、少なくとも部分的に円筒部によって、軸方向の次の部分に接続される。本実施形態によって、ベローズ部材に沿って加工のための特別な領域を提供することができ、低いコストで側面を製造することができる。また、円筒部が波形部よりも高い反りモーメントを有し、これが剛性を高めるので、波形部の周期的な繰り返しが中断され、したがって、振動挙動が改善される。

別の実施形態では、接続部を囲む波形部間の軸方向長さは、波形部の規則的な間隔よりも少なくとも２倍〜７倍長く、好ましくは、３倍〜６倍長い。接続部の長さのために、反りモーメント及び剛性が調整される。波形部の規則的な間隔の長さと接続部の長さとの関係が、可撓性導管手段の共振挙動を防止するのに用いることができることが分かった。接続部が規則的な間隔の長さの２倍〜７倍の範囲にあることによって、反りモーメント及び剛性の増大が、騒音、振動、とげとげしさ（ＮＶＨ）を積極的に減衰させる。

好適実施形態では、接続部の側面間の軸方向長さは、円筒部に接続される隣接する波形部間の軸方向長さの少なくとも３０〜８０％、好ましくは、４０〜７０％である。本実施形態によって、接続部の振動挙動が可撓性導管手段の共振を防止するように、波形部と接続部との軸方向距離の関係を更に積極的に調整することができる。このように、円筒部は、接続部の湾曲又はアーチ部よりも軸方向に短く、接続部の有効径が増大され、これによって反りモーメントも増大する。

別の実施形態では、接続部の最大外径は、隣接する波形部のうち少なくとも１つの平均径よりも大きい。平均径は、波形部の最大径と最小径との関係に似る。接続部の過振が更に増大され、接続部の剛性が更に高められるように、屈曲点が更に外方に移動されるので、接続部の大きい直径は、振動挙動を改善するのに更に役立つ。

別の好適実施形態では、接続部の最小径は、隣接する波形部のうち少なくとも１つの最小内径よりも大きい。最小径が接続部の更に外方の領域にあることで、接続部の有効径が拡張され、したがって反りモーメントが更に増大されるので、接続部の剛性が更に高められ、接続部の屈曲及び振動抵抗が増大される。

以下、図１、図２及び図３を用いて、さらに本発明を説明する。

第１実施形態の部分的に切り取られた断面を示す。本発明の第２実施形態を示す。第３実施形態の可撓性導管金属手段の概要を示す。

図１は、可撓性導管手段１の一実施形態における軸方向の部分的切り取り図を示す。可撓性導管手段１は、中央に内側ベローズ部材２と、隣接する外側可撓性部材３と、外側に弾性部材４とを備える。図示のベローズ部材２は、その軸方向の左右の側に波形部２１と、それらの間に軸方向に接続部２４とを備える。ベローズ部材２は、図３に示すように、カラー部材１１によってその軸方向外側端部において外側可撓性部材に固定して接続される。

ベローズ部材２は、ベローズ部材２の軸方向長さに沿って軸方向外側及び内側に向かってベローズ部材２を屈曲させることにより作られる隆起及び溝２３を有する波形部２１を含む。それによって、波形部２１は、その軸方向面に沿って、内径及び外径を有し、規則的な間隔２８によって繰り返される環状リングを有する。

波形部２１間に軸方向に、接続部２４がある。図１では、接続部２４及び隣接する波形部２１はそれぞれ、それらの間に円筒部２７を囲む。円筒部２７は、各側に、波形部２１及び接続部２４に接続される半径を有する。２つの円筒部２７間には、径方向に向けられるとともに湾曲又はアーチ部２６によって接続される側面２５を含む接続部２４がある。また、側面は、部分的な径方向のみを有してもよい。側面２５によって、接続部２４の長さが画定される。また、接続部が半円形状又は楕円形状を単に示すならば、依然として、側面は、接続部２４をベローズ部材２に接続する必要がある。このように、接続部２４は、最初と最後の側面２５によって画定され、最後の側面２５は更に接続部２４になる。

接続部２４のアーチ形又は湾曲部は、半径又は連続的に湾曲した表面形状を有する任意の形状を有すればよい。丸みを帯びた湾曲部又は円弧形状によって、接続部の反りモーメントが増大されるという点で、振動挙動は積極的に影響を受ける。その増大とともに、揺動運動又は振動が低減され、したがって、隣接する部品への振動の伝達が少なくなる。また、可撓性導管手段自体からの騒音の発生が低減される。湾曲部又は円弧は、任意の形状を有することができ、鋭利な屈曲又は座屈がなくなるように、連続的な丸みを帯びた表面として設計すればよい。図１では、アーチ形又は湾曲部２６は、２つの側面２５間の軸方向距離全体に広がる。接続部２４の最大外径２９は、波形部２１の最大外径よりも小さい。金属ベローズ部材２の更に径方向外方には、両波形部２１、ベローズ部材２及び接続部２４にわたって広がる外側可撓性部材３がある。

外側可撓性部材３は、接続部２４の領域において外側可撓性部材３に接触する弾性部材４によって、動きに抗して適所に保持される。弾性部材４の外径は、可撓性導管手段１の外形が外側可撓性部材３の外径を越えて延びないように、外側可撓性部材３の外径と少なくとも同じ大きさである。弾性部材は、実質的に円筒形形状を有するように、可撓性導管手段１の軸方向に平行な形状の外側可撓性部材３に対して接触面を有する。外側可撓性部材３が波形部２１に対して移動可能な接点を有し、外側可撓性部材３と波形部２１との間の摩擦力が保証（確保）されるように、弾性部材４は、可撓性導管手段の軸に向かう径方向弾性力によって外側可撓性部材３を保持し、それによって、外側可撓性部材３に対して張力を与える。

接続部２４の軸方向領域では、弾性部材４が外側可撓性部材３に弾性力を与えるための自由な径方向の遊びを有し、接続部２４によって阻止されることなく弾性部材４が完全な力を与え得ることが保証（確保）することができるように、弾性部材４及び外側可撓性部材３は、接続部２４に接触しない。これにより、弾性部材４及び外側可撓性部材３を環境及び振動条件に対して正確に調整することが可能となる。また、これにより、軸方向長さ全体が弾性部材４によって引っ張られるので、外側可撓性部材３に与えられる張力は、外側可撓性部材３の長さ全体に作用することが保証（確保）される。外側可撓性部材は、外側可撓性部材に対する張力が表面にわたって均一に分布するように、カラー部材１１によってその両端で保持される。

図２は、本発明の別の実施形態を示す。その構成は、図１に示すものと基本的に同じである。なお、図２の実施形態は、接続部２４及び外側可撓性部材３の使用の異なる設定を示している。

接続部２４もまた、側面２５によって画定される。なお、側面２５の間には、ベローズ部材２の内部に向かって同様に湾曲する凹状の湾曲部２６がある。この配置によって、接続部２４もベローズ部材２の内部に向かって湾曲しており、したがって、接続部２４の表面と同様であるという点で、図２に係る実施形態は、図１の実施形態とは異なる。

接続部２４の領域において、弾性部材４は外側可撓性部材３に接触し、外側可撓性部材３を接続部２４及びその湾曲した内方部分２６に対して押し当て、これにより、表面接触を提供する。接続部２４の屈曲形状及び弾性部材４の同様の屈曲形状のために、外側可撓性部材３及び接続部２４の接触面の面積は、単純な円筒形状の面積に比べて更に増大され、撓性部材と接続部２４との間のより高い摩擦面積によって更に支持（サポート）されるように、外側可撓性部材３及び接続部２４の摩擦を増大させる。

図２における接続部２４の設計は、弾性部材４が接続部２４に接触することをもたらす。したがって、弾性部材４の接触が外側可撓性部材３に対して与えられる張力を制限するので、外側可撓性部材３に与えられる張力を正確に調整することができる。これにより、図１の実施形態に比べて、弾性部材４が外側可撓性部材３を表面接触によってしっかりと固定するので、波形部２１の領域において、外側可撓性部材３をベローズ部材２とより緩く摩擦接触させることができる。

図３は、別の実施形態における可撓性導管手段１を示す。図示の可撓性導管手段１は、その外側に外側可撓性部材３を有するベローズ部材２からなる。外側可撓性部材３は、クランプ又は溶接によって固定されるカラーリング１１により、その軸方向端部でベローズ部材２に固定される。ベローズ部材２は、その軸方向長さに沿って、環状の波形部２１を含む。環状の波形部２１は、振動又は動きに対するベローズ部材２の自由度を高める。ベローズ部材２は、外側可撓性部材３とベローズ部材２との間の摩擦を保証（確保）するように、外側可撓性部材３に接触する。この摩擦のために、可撓性導管手段１の騒音及び振動挙動が抑えられ、したがって、音又は振動の発生が低減される。

図３は、外側可撓性部材３が実際に編組又は編込構造、好ましくは編込構造を実際に有することを示す。外側可撓性部材３とベローズ部材２との間の良好な摩擦を保証（確保）するために、外側可撓性部材３は、ベローズ部材２の波形部２１の表面に対して外側可撓性部材３を引っ張る軸方向の張力が外側可撓性部材３に与えられるように、力によって可撓性導管手段１の両端部に固定される。ベローズ部材２に対する外側可撓性部材３の摩擦を高めるために、接続部２４の軸方向領域においてベローズ部材２を囲む弾性部材４が提供される。本実施形態では、弾性部材４は、軸方向に凹形状であるワイヤからなる。

弾性部材４は、弾性部材４と接続部２４との間に外側可撓性部材３がクランプされて保持されるように、外側可撓性部材３に対して径方向の力を提供する。外側可撓性部材３は、主に凹形状の湾曲部２６を有する接続部２４に接触している。接触領域の形状により、可撓性導管手段１の振動荷重下で、外側可撓性部材３が軸方向移動に抗して適所に保持されるように、湾曲形状による摩擦力が更に高められる。その形状のために、径方向への弾性部材４の力だけではなく、接触領域の曲率半径の抵抗によっても外側可撓性部材３を適所に保持し、これにより、軸方向に沿う動きの抵抗が増加する。また、複数の湾曲形状の接続部２４を有することもできる。

１可撓性導管手段
１１カラーリング
２ベローズ部材
２１波形部
２３隆起／溝
２４接続部
２５側面
２６湾曲／アーチ部
２７円筒部
２８規則的な間隔
２９接続部の最大外径
３０波形部間の軸方向長さ
３１側面間の軸方向長さ
３外側可撓性部材
４弾性部材

Claims

内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段（１）であって、
軸方向に伸びるベローズ部材（２）と、
少なくとも部分的に前記ベローズ部材（２）を囲む外側可撓性編組又は編込部材（３）と、
弾性変形可能であるとともに、少なくとも部分的に前記外側可撓性編組又は編込部材（３）を囲み、該外側可撓性編組又は編込部材に対して当接する少なくとも弾性部材（４）と、
を備え、
前記ベローズ部材（２）は、
少なくとも２つの波形部（２１）であって、実質的に規則的な間隔（２８）で前記波形部（２１）の外周に沿って隆起及び溝（２３）を互い違いにすることにより、前記ベローズ部材（２）の軸方向に環状にしわを寄せられた少なくとも２つの波形部と、
前記ベローズ部材（２）の波形部（２１）間に軸方向に形成される少なくとも接続部（２４）と、
を含み、
前記弾性部材（４）は、少なくとも部分的に前記接続部（２４）を囲んでおり、
前記接続部（２４）は、その軸方向端部に形成され、少なくとも径方向に延びる側面（２５）を含み、
前記接続部（２４）は、前記側面（２５）の間に、前記側面（２５）を互いに接続するとともに少なくとも部分的に前記弾性部材（４）により囲まれるアーチ部（２６）を含むとともに、
前記接続部（２４）の軸方向長さは、前記波形部（２１）の規則的な間隔（２８）とは異なり、
前記アーチ部（２６）は、前記接続部（２４）の周方向に延在し、
前記アーチ部（２６）は、凹状又は凸状に形成され、
前記各側面（２５）は、少なくとも部分的に円筒部（２７）によって、軸方向の前記波形部（２１）に接続され、
前記接続部（２４）の前記側面（２５）間の軸方向長さ（３１）は、前記円筒部（２７）に接続される隣接する前記波形部（２１）間の軸方向長さの少なくとも３０〜８０％であり、
前記円筒部（２７）の軸方向の長さは、前記接続部（２４）における前記アーチ部（２６）の軸方向の長さよりも短い、
ことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記接続部（２４）の最大外径（２９）は、隣接する波形部（２１）の外形よりも小さいことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１又は請求項２に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記アーチ部（２６）は、異なる半径からなる複数の湾曲部又は屈曲部を含むことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記接続部（２４）は、径方向の外側及び内側に向かって少なくとも部分的に湾曲し、あるいは、アーチ形であることを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記弾性部材（４）の外形は、前記ベローズ部材（２）の軸方向に沿って少なくとも部分的に延びることを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記弾性部材（４）は、接続部（２４）の軸方向形状に実質的に少なくとも似た湾曲した外形を有することを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記弾性部材（４）は、前記外側可撓性編組又は編込部材（３）を前記接続部（２４）に対して押し当てることを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記外側可撓性編組又は編込部材（３）と前記接続部（２４）との間の接触は、実質的に、前記接続部（２４）の外面の外周に沿う線接触であることを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記外側可撓性編組又は編込部材（３）と前記接続部（２４）との接触は、前記ベローズ部材（２）の軸方向と、前記接続部（２４）の外面の外周とに沿って実質的に延びる表面接触であることを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
接続部（２４）を囲む前記波形部（２１）間の軸方向長さ（３０）は、前記波形部（２１）の規則的な間隔（２８）よりも少なくとも２倍〜７倍長いことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記接続部（２４）の最大外径（２９）は、隣接する前記波形部（２１）のうち少なくとも１つの平均径よりも大きいことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の可撓性導管手段（１）であって、
前記接続部（２４）の最小径は、隣接する前記波形部（２１）のうち少なくとも１つの最小内径よりも大きいことを特徴とする内燃機関車両の排気システムの可撓性導管手段。