DE19717922A1 - Two-stage control valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die als Schmierpumpen in Verbrennungsmotoren eingesetzten Pumpen verschiedener Bauarten befinden sich stets, um ein Stillstehen der Pumpe und damit ein Trockenlaufen des Motors auszuschließen, in direkter Verbindung mit der Antriebswelle des Motors. Sie werden beim Anspringen des Motors in Bewegung gesetzt und sind in ihrer Drehzahl direkt von diesem abhängig. Dies bringt, neben dem Vorteil der Zwangsschmierung des Motors, auch Nachteile mit sich. So steht dem Motor beim Anlaufen und in Leerlaufdrehzahlen relativ wenig Öl zur Verfügung, in hohen Drehzahlen ergibt sich ein Überschuß an Schmieröl, der zu einem Druckaufbau im gesamten Ölversorgungsbereich des Motors führt und, bei unakzeptabel hohem Druck, Schäden im Motor hervorrufen könnte. Um vor allem die Versorgung des Motors mit Schmieröl in allen Betriebszuständen sicherzustellen, muß man die Pumpe so auslegen, daß sie im Anlauf und Leerlauf ausreichende Mengen fördert. Damit wird das Überschußproblem in hohen Drehzahlen noch verschärft. Der Ölüberschuß, der mit steigenden Drehzahlen zunimmt, muß deshalb aus dem Förderstrom herausgenommen werden, um den schädlichen Überdruck abzubauen. Dies geschieht über ein Überdruckventil, welches bei Erreichen eines bestimmten Drucks geöffnet wird und das überschüssige Öl direkt wieder zurückführt, vorzugsweise über einen Bypass in den Saugbereich der Pumpe, in anderen Ausführungen in die Ölwanne. Alternativlösungen in Form von regelbaren Pumpen, bei denen mit zunehmender Drehzahl des Motors eine Verminderung der Ölförderung eintritt, sind zwar angedacht, befinden sich aber noch nicht in der Anwendung. Es ist auch zweifelhaft, ob sie so zur sicheren Serienreife geführt werden können, daß damit das Problem des Überschußöls zu lösen ist.The various pumps used as lubrication pumps in internal combustion engines Types are always to a standstill of the pump and thus one Exclude dry running of the engine, in direct connection with the Motor drive shaft. They start moving when the engine starts are set and their speed is directly dependent on this. This brings, besides that Advantage of the forced lubrication of the engine, also disadvantages. So it says Engine at start up and at idle speeds relatively little oil available, in high speeds, there is an excess of lubricating oil, which leads to pressure build-up leads in the entire oil supply area of the engine and, at unacceptably high Pressure that could damage the engine. To above all the supply of the To ensure engines with lubricating oil in all operating conditions, you need the pump Design so that it promotes sufficient quantities during start-up and idling. So that will the problem of excess at high speeds exacerbated. The excess of oil increasing with increasing speeds, must therefore out of the flow be removed to relieve the harmful excess pressure. this happens via a pressure relief valve, which opens when a certain pressure is reached and the excess oil is returned directly, preferably via a Bypass in the suction area of the pump, in other versions in the oil pan. Alternative solutions in the form of controllable pumps, in which with increasing Engine speed a reduction in oil production occurs, are contemplated are not yet in use. It is also doubtful whether they are ready for series production, so that the problem of Excess oil is to be solved.
Die kritische Regelgröße bei der Auslegung von Pumpe und Überdruckventil ist der Öldruck, der zum Öffnen des Ventils führt. Da die Ventilöffnung so groß sein muß, daß auch die höchsten auftretenden Ölfördermengen zuverlässig bis auf eine Mindestmenge abgeführt werden, darf der Grenzdruckwert nicht zu niedrig angesetzt werden. Üblicherweise liegt er in einer Größenordnung von zwischen 5 und 7 bar, je nach Konstruktion des mit Öl zu versorgenden Motors. Diese Festlegung muß aber zwangsläufig dazu führen, daß in Betriebszuständen, in denen der Öldruck unterhalb des Grenzwerts, aber oberhalb der für die Mindestversorgung des Motors notwendigen Höhe liegt, die hydraulische Leistung der Pumpe bereits über dem optimalen Wert liegt. Dies führt dann zu einem erhöhten Bedarf an Antriebsleistung und damit zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch im Motor. Es hat sich deshalb als wünschenswert erwiesen, die Abregelung des Überdrucks in Stufen erfolgen zu lassen, so daß zunächst nur Teilmengen und sodann in weiteren Schritten schließlich die gesamte abzuführende Menge aus dem Pumpkreislauf abgeleitet wird.The critical control variable when designing the pump and pressure relief valve is the Oil pressure that causes the valve to open. Since the valve opening must be so large that even the highest occurring oil production quantities reliably except for one The minimum pressure must not be set too low will. It is usually in the order of magnitude of between 5 and 7 bar, each according to the design of the engine to be supplied with oil. This definition must inevitably lead to operating conditions where the oil pressure is below of the limit value, but above that required for the minimum supply to the motor Height, the hydraulic output of the pump is already above the optimal value lies. This then leads to an increased need for drive power and thus increased fuel consumption in the engine. It has therefore proven desirable proven to allow the overpressure to be regulated in stages so that initially only subsets and then in further steps finally the whole amount to be discharged is derived from the pump circuit.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abregelung in 2 Stufen erfolgt, wobei das Druckniveau des 1. Regeldrucks sich deutlich von dem Druckniveau des 2. Regeldrucks unterscheiden muß. Als besonders günstig hat sich eine Teilung in der Weise erwiesen, daß der 1. Regeldruck etwa 30% des 2. Regeldrucks ausmacht.According to the invention this object is achieved in that the curtailment in two stages takes place, the pressure level of the 1st control pressure being significantly different from the pressure level of the 2nd control pressure must differentiate. A division into has proved particularly favorable proven that the first control pressure makes up about 30% of the second control pressure.
Die Ergebnisse dieser erfindungsgemäßen Verbesserung der Pumpenausführung sind außerordentlich. Bei betriebsrelevanten Motorendrehzahlen zwischen 1.500 und 4.000 1/min lassen sich je nach Öltemperatur bei mittleren Pumpengrößen Leistungseinsparungen von bis zu 200 Watt erzielen. Dies entspricht etwa 1/3 der Gesamtleistungsaufnahme der Pumpe. Die Ergebnisse von erfindungsgemäßen Pumpenausführungen bezüglich Reduzierung der Fördermengen und der Leistungsaufnahme sind in den Diagrammen in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt. Die Abregelpunkte der 1. und der 2. Druckstufe sind darin jeweils mit A (1. Druckstufe) und B (2. Druckstufe) gekennzeichnet. Die deutlichen Verbesserungen der Betriebscharakteristik der Pumpe sind erkennbar.The results of this improvement in pump design according to the invention are extraordinary. With engine speeds between 1,500 and 4,000 rpm relevant to operation, power savings of up to 200 watts can be achieved with medium pump sizes, depending on the oil temperature. This corresponds to approximately 1/3 of the total power consumption of the pump. The results of the inventive pump designs reduce flow rates and power consumption are shown in the diagrams with respect to in FIG. 1 and FIG. 2. The control points of the 1st and 2nd pressure levels are marked with A (1st pressure level) and B (2nd pressure level). The significant improvements in the operating characteristics of the pump can be seen.
Für die zweistufige Abregelung werden erfindungsgemäß zwei alternative technische Gestaltungen vorgesehen. Die erste Variante weist einen relativ langen Öffnungshub des Ventilkolbens auf, bei dem der Kolben nacheinander 2 Öffnungen im Ventilzylinder frei gibt. Die 1. Öffnung gestattet in diesem Fall den Abfluß einer Teilmenge des abzuführenden Öls. Die größte zulässige Abflußmenge wird erst erreicht, wenn beide Öffnungen völlig freigegeben sind. In der zweiten Variante weist der Ventilzylinder nur eine Abflußöffnung auf, während der Ventilkolben zweiteilig ausgeführt ist. Diese Ausführung wird vorzugsweise dann angewandt, wenn die Baulänge des Ventils ein Grenzkriterium ist. Ein 1. Kolbenteil, der sich im 2. Kolbenteil befindet, gibt bei Druckerhöhung so weit nach, daß bei Erreichen des 1. Abregelpunktes ein Teil der Abflußöffnung geöffnet wird. Bei weiterem Druckanstieg wird auch der 2. Teil des Kolbens mitgenommen und damit dann die gesamte Abflußöffnung freigegeben. Es wäre denkbar, beide Ausführungen zu kombinieren, womit eine noch feinere Stufung der Abflußregelung geschaffen werden könnte. Dies hat sich jedoch bisher im praktischen Betrieb nicht als notwendig erwiesen.According to the invention, two alternative technical limitations are used for the two-stage curtailment Designs provided. The first variant has a relatively long opening stroke of the valve piston, in which the piston has 2 openings in succession in the valve cylinder releases. In this case, the first opening allows a part of the oil to be discharged. The largest permissible discharge quantity is only reached when both Openings are fully cleared. In the second variant, the valve cylinder only has a drain opening while the valve piston is made in two parts. This Execution is preferably used when the overall length of the valve Limit criterion is. A 1st piston part, which is located in the 2nd piston part, gives Pressure increase so far that part of the Drain opening is opened. If the pressure continues to rise, the second part of the Piston taken and then released the entire drain opening. It it would be conceivable to combine both versions, with an even finer gradation the runoff regulation could be created. However, this has so far practical operation has not been shown to be necessary.
Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ausführung sind in den Abbildungen gemäß Fig. 3 bis Fig. 8 dargestellt. Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Ausführung mit einteiligem Kolben und 2 Abströmöffnungen, die Fig. 6 bis 8 die Ausführung mit zweiteiligem Kolben und einer Abströmöffnung. Es sind jeweils die Grundstellung und der 1. und 2. Abregelpunkt dargestellt.The details of the embodiments of the invention are shown in Figures shown in FIG. 3 to FIG. 8. FIGS. 3 to 5 show the embodiment with one-piece piston and discharge openings 2, FIGS. 6 to 8, the embodiment with two-piece piston and a discharge opening. The basic position and the 1st and 2nd reduction points are shown.
In den Fig. 3 bis 5 befindet sich innerhalb des Ventilkörpers (1) die Ventilbohrung (2), in der der innen hohle Kolben mittels der Feder (4) gegen den Sitz (5) gedrückt wird. Die Abströmöffnungen (6) und (7) sind in der in Fig. 3 dargestellten Grundstellung gegenüber der Zuflußöffnung (8), die mit dem Pumpen-Innenraum in Verbindung steht, abgedichtet. Die unterschiedlichen Querschnitte der Abströmöffnungen (6) und (7) sind in Abhängigkeit vom jeweiligen Öl bedarf des Motors zu wählen. Ihre Lage in Bezug auf den Sitz (5) und untereinander bestimmt - im Zusammenwirken mit der wirkenden Kraft der Feder (4) - den Druck, bei dem der 1. bzw. 2. Regelpunkt erreicht wird. Diese Maße sind sämtlich nach der Charakteristik des zu versorgenden Motors und der eingesetzten Pumpe mit den dem Fachmann bekannten Methoden zu ermitteln.In FIGS. 3 to 5 is located within the valve body (1), the valve bore (2) in which the hollow piston is pressed inwardly by the spring (4) against the seat (5). The outflow openings ( 6 ) and ( 7 ) are sealed in the basic position shown in FIG. 3 with respect to the inflow opening ( 8 ), which is connected to the pump interior. The different cross sections of the outflow openings ( 6 ) and ( 7 ) are to be selected depending on the respective oil requirement of the engine. Their position in relation to the seat ( 5 ) and with each other determines - in cooperation with the acting force of the spring ( 4 ) - the pressure at which the 1st or 2nd control point is reached. These dimensions are all to be determined according to the characteristics of the motor to be supplied and the pump used, using the methods known to the person skilled in the art.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Ventilausführung mit einteiligem Kolben im Zeitpunkt des Erreichens des 1. Abregelpunktes (Fig. 4) bzw. des Erreichens des 2. Abregelpunktes (Fig. 5). Zwischenstellungen sind nicht dargestellt. Der Kolben (3) wird bei steigendem Druck in der Zuflußöffnung (8) zunächst vom Sitz (5) abgehoben und sodann über die Abströmöffnung (6) und schließlich auch die Abströmöffnung (7) hinausgedrückt. FIGS. 4 and 5 show the valve design with one-piece piston at the time of reaching the limiting point 1 (Fig. 4) or of reaching the limiting point 2 (Fig. 5). Intermediate positions are not shown. When the pressure in the inflow opening ( 8 ) increases, the piston ( 3 ) is first lifted off the seat ( 5 ) and then pushed out through the outflow opening ( 6 ) and finally also the outflow opening ( 7 ).
In Fig. 6 bis 8 befindet sich innerhalb des Ventilkörpers (1) die Ventilbohrung (2) mit dem 2. Regelkolben (9), der durch die Feder (10) gegen den Sitz (5) gepreßt wird. Die Feder (10) reicht dabei in die obere Kammer (11) des 2. Regelkolbens (9) und stützt sich gegen dessen Querwand (12) ab. In der unteren Kammer (13) des 2. Regelkolbens ist der 1. Regelkolben (14) angeordnet, der von der Feder (15) in Richtung des Sitzes (5) gedrückt wird, die ihrerseits sich an ihrem oberen Ende gegen die Querwand (12) abstützt. Das Ventilgehäuse (1) weist nur eine Abströmöffnung (16) auf. Der 2. Regelkolben (9) ist im Bereich der unteren Kammer (13) achsparallel zu der Abströmöffnung (16) mit den Bohrungen (17) versehen. Der Querschnitt der Bohrungen (17) ist geringer als der der Abströmöffnung (16). In der Grundstellung wird der 1. Regelkolben (14) von der Feder (15) gegen den Sicherungsring (18) gedrückt, der sich unterhalb der Bohrungen (17) befindet, so daß diese durch den 1. Regelkolben (14) verschlossen werden. Die Abströmöffnung (16) ist damit gegen die Zuströmöffnung (8) abgedichtet.In FIG. 6 to 8 is located within the valve body (1), the valve bore (2) with the second control piston (9) which is pressed by the spring (10) against the seat (5). The spring ( 10 ) extends into the upper chamber ( 11 ) of the second control piston ( 9 ) and is supported against its transverse wall ( 12 ). In the lower chamber ( 13 ) of the second control piston, the first control piston ( 14 ) is arranged, which is pressed by the spring ( 15 ) in the direction of the seat ( 5 ), which in turn bears against the transverse wall ( 12 ) supports. The valve housing ( 1 ) has only one outflow opening ( 16 ). The second control piston ( 9 ) is provided in the area of the lower chamber ( 13 ) with the bores ( 17 ) parallel to the outflow opening ( 16 ). The cross section of the bores ( 17 ) is smaller than that of the outflow opening ( 16 ). In the basic position, the first control piston ( 14 ) is pressed by the spring ( 15 ) against the locking ring ( 18 ), which is located below the bores ( 17 ), so that these are closed by the 1st control piston ( 14 ). The outflow opening ( 16 ) is thus sealed against the inflow opening ( 8 ).
Das Verhältnis der Querschnitte der Bohrungen (17) und der Abströmöffnung (16) bestimmt die in der 1. und der 2. Regelstufe erfolgende Versorgung des Motors mit Öl und ist nach dessen Charakteristik auszulegen, in gleicher Weise wie die Lage der Bohrungen (17) im 2. Regelkolben (9) in Beziehung auf die Abströmöffnung 16. Wie in der in Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführung sind diese Maße nach dem Fachmann bekannten Verfahren aus den Motoren- und Pumpencharakteristiken zu ermitteln.The ratio of the cross sections of the bores ( 17 ) and the outflow opening ( 16 ) determines the supply of oil to the engine in the 1st and 2nd control stages and is to be designed according to its characteristics, in the same way as the position of the bores ( 17 ) in the second control piston ( 9 ) in relation to the outflow opening 16 . As in the embodiment shown in FIGS. 3 to 5, these dimensions can be determined from the motor and pump characteristics using methods known to those skilled in the art.
Die weiteren Figuren zeigen das Erreichen des 1. Abregelpunktes (Fig. 7) und des 2. Abregelpunktes (Fig. 8). Zwischenzustände sind nicht dargestellt. Mit zunehmendem Druck in der Zuflußöffnung (8) wird zunächst der 1. Regelkolben (14) gegen die - schwächer als die Feder (10) ausgelegte - Feder (15) gedrückt und von dem Sicherungsring (18) abgehoben. Er gibt sodann die Bohrungen (17) frei, die ihrerseits in Verbindung mit der Abströmöffnung (16) stehen. Nach Erreichen der Endstellung des 1. Regelkolbens (14) wird der 2. Regelkolben (9) vom Sitz (5) abgehoben, so daß er schließlich die Abflußöffnung (16) freigibt. Unmittelbar nach Erreichen dieses Punktes wirken der volle Querschnitt der Bohrungen (17) und die zusätzliche Öffnung der Abströmöffnung (16) am unteren Ende des Regelkolbens (9) zusammen, bis schließlich der gesamte Querschnitt der Abflußöffnung (16) freigegeben ist.The other figures show the reaching of the 1st cut-off point ( Fig. 7) and the 2nd cut-off point ( Fig. 8). Intermediate states are not shown. With increasing pressure in the inflow opening ( 8 ), the first control piston ( 14 ) is first pressed against the spring ( 15 ), which is designed to be weaker than the spring ( 10 ), and is lifted off the locking ring ( 18 ). He then releases the bores ( 17 ), which in turn are connected to the outflow opening ( 16 ). After reaching the end position of the 1st control piston ( 14 ), the 2nd control piston ( 9 ) is lifted off the seat ( 5 ) so that it finally clears the drain opening ( 16 ). Immediately after this point has been reached, the full cross section of the bores ( 17 ) and the additional opening of the outflow opening ( 16 ) at the lower end of the control piston ( 9 ) interact until finally the entire cross section of the outflow opening ( 16 ) is released.
Zeichnerisch nicht dargestellt, technisch jedoch durchführbar ist eine Kombination der Ventilausführung nach Fig. 3 bis 5 und nach Fig. 6 bis 8. Sie kann dann gewählt werden, wenn eine mehrstufige, feinere Regelung des Pumpendrucks gewünscht wird, was insbesondere dann angebracht sein kann, wenn der mit Öl zu versorgende Motor über einen sehr großen Drehzahlbereich unter Last betrieben werden soll. Bei der Kombination der beiden Varianten sind die 2 Abströmöffnungen im Ventilkörper, die Bohrungen im Regelkolben und die Dicke des 1. Regelkolbens so aufeinander abzustimmen, daß sich nacheinander die teilweise Freigabe der 1. Abströmöffnung, deren vollständige Freigabe, die zusätzliche teilweise Freigabe der 2. Abströmöffnung und sodann auch deren vollständige Freigabe ergeben. Es lassen sich damit 4 statt 2 Regelpunkten erreichen. Not shown in the drawing, but technically feasible is a combination of the valve design according to FIGS. 3 to 5 and according to FIGS. 6 to 8. It can be selected if a multi-stage, finer control of the pump pressure is desired, which can be particularly appropriate, if the engine to be supplied with oil is to be operated under load over a very large speed range. When combining the two variants, the 2 outflow openings in the valve body, the bores in the control piston and the thickness of the 1st control piston must be coordinated so that the partial release of the 1st discharge opening, its complete release, the additional partial release of the 2nd Outflow opening and then their complete release. This allows 4 instead of 2 control points to be achieved.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 4. Die Unteransprüche 5 und 6 umfassen die bevorzugten Formen der Abströmöffnungen und Bohrungen. Diese werden in erster Linie, auch aus Herstellgründen, kreisförmigen Querschnitt haben. Durch eine tropfen- oder keilförmige Gestaltung, wobei das schmalere Ende der Öffnung oder Bohrung in Richtung der Zuflußöffnung 8 liegt, kann jedoch das abzuführende Volumen nochmals feinreguliert werden. Der bei Beginn der Öffnung zunächst nur minimale Abfluß steigt bei diesen Ausführungen mit fortschreitender Öffnung zusätzlich dadurch an, daß sich der freie Querschnitt nicht nur öffnungs-, sondern auch gestaltabhängig vergrößert. Die Herstellung entsprechender Öffnungsformen ist bei Erzeugung durch Gießen oder Pulverpressen ohne wesentlichen Zusatzaufwand möglich.The above-described embodiments according to the invention are the subject of claims 1 to 4. The dependent claims 5 and 6 include the preferred shapes of the outflow openings and bores. These will primarily have a circular cross-section, also for manufacturing reasons. By means of a drop or wedge-shaped design, the narrower end of the opening or bore being in the direction of the inflow opening 8 , the volume to be discharged can be finely regulated again. The outflow, which is initially only minimal at the beginning of the opening, increases in these designs as the opening progresses in that the free cross section increases not only depending on the opening but also on the shape. The production of corresponding opening shapes is possible without significant additional effort when produced by casting or powder pressing.
Es leuchtet ein, daß die Anwendung eines erfindungsgemäßen Überdruckventils nicht auf die Ölversorgung von Verbrennungsmotoren beschränkt ist, sondern überall dort stattfinden kann, wo Verbraucher fortlaufend mit flüssigen Medien versorgt werden müssen und unerwünschte Schwankungen im Druckniveau des geförderten Mediums reguliert werden sollen. It is obvious that the use of a pressure relief valve according to the invention is not is limited to the oil supply of internal combustion engines, but everywhere there can take place where consumers are continuously supplied with liquid media must and undesirable fluctuations in the pressure level of the medium being pumped should be regulated.
11
Ventilkörper
Valve body
22nd
Ventilbohrung
Valve bore
33rd
Regelkolben
Control piston
44th
Feder
feather
55
Sitz
Seat
66
1. Abströmöffnung
1. Outflow opening
77
2. Abströmöffnung
2. Outflow opening
88th
Zuflußöffnung
Inflow opening
99
2. Regelkolben
2. Control piston
1010th
Feder
feather
1111
Obere Kammer des 2. Regelkolbens
Upper chamber of the 2nd control piston
1212th
Querwand des 2. Regelkolbens
Cross wall of the 2nd control piston
1313
Untere Kammer des 2. Regelkolbens
Lower chamber of the 2nd control piston
1414
1. Regelkolben
1. Control piston
1515
Feder
feather
1515
Abströmöffnung
Discharge opening
1717th
Bohrung des 2. Regelkolbens
Bore of the 2nd control piston
1818th
Sicherungsring
Circlip
Claims (6)
im Ventilkörper (1) wenigstens 2 hintereinander angeordnete Abströmöffnungen (6) und (7) geringeren Querschnitts vorhanden sind, die durch den Regelkolben bei fortlaufendem Druckanstieg nacheinander freigegeben werden, und
der Regelkolben aus 2 Teilen besteht, die bei steigendem Förderdruck nacheinander in der Weise bewegt werden, daß das 1. Teil des Regelkolbens nur einen Teil der Abströmöffnung (6) und anschließend (7) freigibt und deren jeweilige Vollöffnung erst bei Miteinbeziehung des 2. Teils des Regelkolbens erreicht wird.3. Pressure relief valve, preferably for a lubricating oil pump to an internal combustion engine, the speed of which is directly dependent on the speed of the motor to be supplied, consisting of a control valve contained in or connected to the pump housing and having a bore ( 2 ) in its valve body ( 1 ). has one open end that is connected to the pressure chamber of the pump and that has an outflow opening that leads back into the pump chamber or to the oil collection chamber of the engine to be supplied, and a piston ( 3 ) that is displaceably arranged in the valve bore ( 2 ), which, driven by mechanical or hydraulic means, closes the discharge opening of the cylinder at permissible operating pressures in the medium to be conveyed and releases it when the pressure rises above a permissible limit, characterized in that
in the valve body ( 1 ) there are at least two successively arranged outflow openings ( 6 ) and ( 7 ) of smaller cross-section, which are released one after the other by the control piston as the pressure continues to rise, and
the control piston consists of 2 parts, which are moved in succession with increasing delivery pressure in such a way that the 1st part of the control piston only releases part of the outflow opening ( 6 ) and then ( 7 ) and their respective full opening only when the 2nd part is included of the control piston is reached.
Priority Applications (2)
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