CN108350890B - 用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于可机械调控的冷却剂泵的调控设备，带有：可调节的调控滑块(56)，通过所述调控滑块可调控冷却剂泵叶轮(20)的出口(62)和周围的输送通道(12)之间的环形间隙(60)的流通横截面；调控泵(36)，通过所述调控泵可在流动通道(42)内产生液压压力；调控滑块(56)的第一压力室(72)，所述压力室形成在所述调控滑块(56)的第一轴向侧上；电磁阀(78)，所述电磁阀带有两个阀座(110、112)和三个流动连接部(118、120、122)以及关闭构件(76)，所述关闭构件(76)与所述电磁阀(78)的衔铁(96)连接且可轴向运动，其中第一流动连接部(118)与调控泵(36)的出口(46)流体连通，且所述第二流动连接部(120)与调控滑块(56)的所述第一压力室(72)流体连通。为可将此调控设备构造为尽可能快速地调节，建议所述第三流动连接部(122)与冷却剂泵(11)的入口(14)流体连通，其中第一阀座(110)形成在所述第一流动连接部(118)和所述第二流动连接部(120)之间，且第二阀座(112)形成在第二流动连接部(120)和第三流动连接部(122)之间。

Description

用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备
技术领域
本发明涉及用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，所述调控设备带有：可调节的调控滑块，通过所述调控滑块可调节冷却剂泵叶轮的出口和围绕的输送通道之间的环形间隙的流通横截面；调控泵，通过所述调控泵可产生液压压力；形成在调控滑块的第一轴向侧上的调控滑块的第一压力室；和电磁阀，所述电磁阀带有两个阀座和三个流动连接部以及关闭构件，所述关闭构件与电磁阀的衔铁连接且可轴向运动，其中第一流动连接部与调控泵的第一出口流体连通且第二流动连接部与调控滑块的第一压力室流体连通。
背景技术
用于冷却剂泵的此类调控设备使用在内燃机内以调控所输送的冷却剂的量，从而防止内燃机的过热。此泵的驱动通常通过带传动或链条传动进行，使得冷却剂泵轮以曲轴转速被驱动或与曲轴转速成固定比例地被驱动。
在现代内燃机中，被输送的冷却剂量应与内燃机或汽车的冷却需求匹配。为避免升高的有害物排放以及降低燃料消耗，应特别地缩短发动机的冷运行阶段。这通过在此阶段期间节流或完全切断冷却剂流动等来实现。
为调控冷却剂量已知不同的设计。除电驱动的冷却剂泵外，已知如下泵，所述泵可通过联接器特别是液压联接器连接到泵的驱动器上或从所述驱动器分离。用于调控被输送的冷却剂流动的特别成本有利且构造简单的可能性是使用可轴向移动的调控滑块，所述调控滑块被推动经过冷却剂泵叶轮，使得为降低冷却剂流动泵不输送到周围的输送通道内而是向着关闭的滑块输送。
此调控滑块的操纵也以不同的方式进行。除纯粹的电调节外，特别地被证明合适的是滑块的液压调节。所述液压调节主要通过环形的活塞室或其他构造的压力室进行，所述活塞室或压力室以液压流体填充，以在其填充时将滑块移动经过冷却剂泵叶轮。调控滑块的复位通过将压力室向出口打开实现，这主要通过2/2路电磁阀以及弹簧的作用进行，所述弹簧提供了用于滑块复位的力。
为了不必通过如附加的活塞/缸单元的附加的输送单元来提供移动调控滑块所需的冷却剂量或不必为运行而压缩另外的液压流体，已知如下调控设备，其中产生所需压力的调控泵布置在冷却剂泵的驱动轴上，所述调控泵相应地用于调节滑块。此调控泵例如构造为侧通道泵或伺服泵。
用于机械驱动的可调控的冷却剂泵的调控设备从DE 10 2012 207 387A1中已知，所述调控设备带有产生用于移动调控滑块的压力的调控泵。在此泵的情况中，通过3/2路阀在第一位置关闭调控泵的压力侧且将泵的抽吸侧与冷却循环和滑块连接，且在第二位置将压力侧与滑块连接且将抽吸侧与冷却循环连接。使用弹簧将调控滑块复位，通过由出现在抽吸连接部上的负压实现泵的复位也可实际上省去所述弹簧。相应地，阀的第一流动连接部与压力室连接，第二流动连接部与调控泵的出口连接，且第三流动连接部与调控泵的入口连接。未公开调控设备的详细的通道和流动引导。示意性地阐述的流动引导在现代内燃机中技术上必须以提高的成本和结构空间需求方可实现。此外，不可能快速排空活塞室，因为排空向调控泵的入口进行，由此要在整个通道内建立压力，所述压力在活塞室内起到背压作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题因此是提供一种用于内燃机的冷却剂泵的调控设备，所述调控设备具有尽可能短的切换时间，使得所输送的冷却剂能够尽可能直接地供使用。同时最小化所需的结构空间。滑块到其保证最大输送量的位置的复位应可尽可能在没有使用作用到调控滑块上的压力弹簧的情况下实现。此外，应尽可能地可执行对冷却剂流动的可变的控制。
此技术问题通过带有主权利要求1的特征的用于内燃机的冷却剂泵的调控设备解决。
通过使得第三流动连接部与冷却剂泵的入口流体连通，其中，第一阀座形成在第一流动连接部和第二流动连接部之间且第二阀座形成在第二流动连接部和第三流动连接部之间，可产生压力室和冷却剂泵的入口之间的连接，以此可快速抽吸存在于此处的冷却剂且因此可迅速降低压力室内的压力，或可产生从调控泵的出口到压力室的连接，以此实现对于压力室且因此对于调控滑块的压力加载。因此，通过电磁阀的切换实现了调控滑块的迅速调节。
优选地，电磁阀具有流动壳体，在所述流动壳体内关闭构件能够在两个阀座之间沿轴向运动，且具有电磁促动器，所述电磁促动器带有芯体、磁通引导元件、布置在线圈载体上的绕组和能够轴向运动的衔铁。因此，关闭构件仅需经过较短距离，由此降低了切换时间。
在优选的实施形式中，至少电磁阀的流动壳体布置在冷却剂泵的壳体部分的接收开口内。相应地，电磁阀布置得紧邻调控泵，以此降低了流道的长度，这也导致调控设备的切换时间的缩短。此外，所需的结构空间小且安装被简化，因为整个调控设备与冷却剂泵可被预安装，且可插入到外壳体内。
有利地，在壳体部分内形成第一通道，通过所述第一通道将第一压力室与第二流动连接部连接。取消了附加的流道。作为替代，实现了用于更快的切换时间的极短的连接。
此外有利的是在壳体部分内形成第二通道，所述第二通道一方面与电磁阀的第一流动连接部连接，且另一方面在调控泵壳体内延续直至调控泵的出口。因此，为在压力连接部和压力室之间的连接不必安装附加的流道，因为此流道完全整合在壳体内。相应地，此连接具有短的运行长度。
此外，优选地在壳体部分内形成第三通道，所述第三通道一方面与电磁阀的第三流动连接部连接，且另一方面在壳体部分的径向内部通口内延伸，所述通口在调控泵壳体内部内延续，且冷却剂泵的驱动轴穿过所述通口伸出，其中，在冷却剂泵叶轮内形成轴向孔，所述轴向孔通向冷却剂泵的入口。因此，以简单的方式也产生了通向冷却剂泵的入口的连接，这仅以壳体部分内的附加的、特别地形成为孔的通道和冷却剂泵叶轮内的至少一个孔实现。此连接也在无附加安装的流道的情况下以很短的距离实现。
优选地，在调控泵壳体内在调控泵的入口的区域内形成通道，通过所述通道将第二压力室与调控泵的流动通道流体连通，使得冷却剂泵构造为无附加的、施加持续的力的装置，例如压力弹簧等。这降低了要求的调节力，从而又使调控设备能够以很短的反应时间进行切换。
在本发明的另外的优选的实施中，电磁阀的关闭构件布置在阀杆上，其中，为第一阀座对应配设在关闭构件的第一轴向端部上的关闭面，且为第二阀座对应配设在关闭构件的对置的轴向端部上的关闭面。关闭构件在各阀座上的轴向靠放导致各流通横截面的密封的、几乎无泄漏的关闭。为此要求双侧加载的关闭构件，以此又简化了电磁阀的结构。
电磁阀在此优选地形成为比例阀。这实现了阀开口的持续的调控，使得调控滑块也可移动到中间位置，且因此可完全地调节冷却剂流动。此阀具有高的寿命，因为消除了阀体在阀座上的很频繁的落座。
在作为其替代的实施形式中，电磁阀时钟能够可变地控制。此类被控制的伺服阀虽然制造昂贵，但其实现了对于希望的打开横截面的高精度的调控，使得也实现了对调控滑块的更精确的调控。
因此，提供了一种用于内燃机的冷却剂泵的调控设备，所述调控设备实现了对于冷却剂流动的高精度的且很快速的调控。在此，仅需较小的结构空间且明显降低了安装时间。特别地，提供了以极短的反应时间对于调控滑块位置的纯液压调控。
附图说明
根据本发明的用于内燃机的冷却剂泵的实施例在附图中示出且在下文中描述。
图1在剖面图中示出了带有根据本发明的调控设备的冷却剂泵的侧视图。
图2在相对于图1旋转的剖面图中示出了图1中的冷却剂泵的侧视图。
图3在剖面图中示出了根据本发明的调控设备的3/2路电磁阀的相对于图1的放大图。
具体实施方式
图示的冷却剂泵11包括外壳体10，在所述外壳体10内形成螺旋形输送通道12，通过也形成在外壳体10内的轴向入口14向所述输送通道12内吸入冷却剂，所述冷却剂通过输送通道12被输送到形成在外壳体10内的切向的泵出口16内且被输送到内燃机的冷却循环内。
为此，在输送通道12径向内部在驱动轴18上固定了冷却剂泵叶轮20，所述冷却剂泵叶轮20形成为径向泵轮，通过所述径向泵轮的旋转实现冷却剂在输送通道12内的输送。冷却剂泵叶轮20的驱动通过传动带22进行，所述传动带22接合在带轮24内，所述带轮24固定在驱动轴18的与冷却剂泵叶轮20相对置的轴向端部上。带轮24通过双排球轴承26支承，所述球轴承26压在固定的壳体部分28上，所述壳体部分28固定在外壳体10上，所述壳体部分和外壳体中间放置密封部30。为预固定，壳体部分28具有环形突出部32，所述突出部32装配到外壳体10的相应的接收部内。
为现在可调控冷却剂泵11，在冷却剂泵叶轮20的与入口14相对置的轴向侧上形成冷却剂泵11的调控设备34。此调控设备34包括带有调控泵叶轮38的调控泵36，所述调控泵叶轮与冷却剂泵叶轮20形成一体件，且相应地随冷却剂泵叶轮20旋转。此调控泵叶轮38具有叶片40，所述叶片40与形成为侧通道的流动通道42在轴向上对置地布置，所述流动通道形成在调控泵壳体44内。在此调控泵壳体44内形成在此图中不可见的入口和出口46，通过所述入口和出口冷却剂可流入或以升高的压力流出。
调控泵壳体44也如同壳体部分28具有内部轴向通口48，驱动轴18以中间放置密封部50的方式穿过所述通口48在壳体部分28的区域内延伸，且固定在壳体部分28上。为此，在调控泵壳体44上形成指向壳体部分28的环形突出部52，所述环形突出部52突伸到壳体部分28的相应的接收开口49内，以此实现预安装。然后，通过螺栓54固定调控泵壳体44，所述螺栓穿过调控泵壳体44延伸到壳体部分28的相应的螺纹孔内。
对于冷却剂泵11所输送的冷却剂量的调控通过调控滑块56进行，所述调控滑块56的圆柱形周壁58可被推动经过冷却剂泵叶轮20，使得冷却剂泵叶轮20的出口62和输送通道12之间的环形间隙的自由横截面被调控。调控滑块56的运动一方面通过环形间隙60的端部另一方面通过突出部32限定边界，周壁58的凸台64在调控滑块56的完全打开环形间隙60的位置中抵靠在所述突出部的轴向端部。
调控滑块56除周壁58外具有底部66，所述周壁58从所述底部66的外周沿轴向在调控泵壳体44和外壳10之间朝轴向上相邻的环形间隙60的方向延伸。在径向内部区域内，底部66具有开口68，所述开口68通过中空圆柱形部分70限定边界，调控滑块56通过所述中空圆柱形部分70支承在调控泵壳体44上。在底部66的外周和内周上分别形成径向槽，在所述径向槽内分别布置了活塞环71，通过所述活塞环71将调控滑块56的在轴向上对置的两侧相互密封。
在调控滑块56的背对冷却剂泵叶轮20的那侧具有第一压力室72，所述第一压力室72在轴向上由壳体部分28和调控滑块56的底部66、径向向外由外壳体10或壳体部分28的环形突出部32且径向向内由调控泵壳体44限定边界。在底部66的朝向冷却剂泵叶轮20的那侧形成第二压力室74，所述第二压力室74在轴向上由底部66和冷却剂泵壳体44、径向向外由调控滑块56的周壁58且径向向内由调控泵壳体44限定边界。根据在两个压力室72、74内加载在调控滑块56的底部66上的压力差，调控滑块56的周壁58相应地被推入到环形间隙60内或被从环形间隙60推出。
为此所需的压力差通过调控泵36产生，其中相应的压力取决于3/2路电磁阀78的关闭构件76的位置被供给到各压力室72、74。为此，在壳体部分28内形成用于电磁阀78的接收开口80，在所述接收开口80内接收电磁阀78的流动壳体82。
电磁阀78在图3中示出。它包括电磁促动器84以及阀单元86。促动器84具有布置在线圈载体88上的绕组90，在所述绕组90的内部内具有芯体92，且所述绕组在轴向上和径向上被电磁回路的磁通引导元件94包围。在绕组90通电时，可轴向运动的衔铁96被拉向芯体92的方向。此运动克服弹簧98的力进行，所述弹簧98在芯体92和衔铁96之间布置在芯体92上的空隙100内且包围了固定在芯体92内的不可磁化的销102，所述销102用作衔铁96的止动部，使得所述衔铁96在其被推向芯体92的位置中不抵靠在芯体92上，因为这可能导致不希望的粘结力。支承在固定在流动壳体82内的滑套104内的衔铁96具有孔106，通过所述孔将处于衔铁96和芯体92之间的空间和与滑套104相对置的那侧的空间相连接，以此防止在电磁阀78内部内在衔铁96和芯体92之间存在的流体在衔铁96运动时被朝芯体92的方向压缩，且因此产生抵抗运动的力。替代地，流体可通过孔106流出。
阀单元86包括流动壳体82以及固定在衔铁96的端部上的阀杆108，关闭构件76固定在阀杆的端部上，所述关闭构件76与两个布置在流动壳体82内的阀座110、112协作，其中阀座110也可直接在接收开口80的端部上形成在壳体部分28内。为此，关闭构件76具有两个形成在对置的轴向端部上的关闭面114、116，其中第一关闭面114在促动器84不通电时抵靠在第一阀座110上且另一个关闭面116在促动器84通电时在轴向上抵靠在第二阀座112上。
第一阀座110布置在处于壳体部分28内的流动壳体82的第一流动连接部118和第二流动连接部120之间，第二阀座112布置在第二流动连接部120和第三流动连接部122之间，使得存在两个第一流动连接部118之间的连接或存在第二流动连接部120和第三流动连接部122之间的连接。为可向第一压力室72供给处于压力下的流体，在壳体部分28内形成具有简单的孔的形式的第一通道124，所述第一通道124从第二流动连接部120通到第一压力室72内。第一流动连接部118开口到形成在壳体部分28内的第二通道126内，所述第二通道126在调控泵壳体44内延续直至调控泵36的出口46。在第一流动连接部118与第二流动连接部120流体连通时，相应地第一压力室72通过通道124、126被供给以来自调控泵36的流动通道42的处于压力下的流体，以此将调控滑块推到其关闭环形间隙60的位置中。这在关闭构件76以其第二关闭面116抵靠在第二阀座112时实现，这在促动器84通电且衔铁相应地处于其收回的位置时实现。调控滑块56相应地完全地被推入到环形间隙60内，使得冷却剂泵11的冷却剂输送被中断。
如果冷却剂泵11要在运行中向泵出口16输送最大的冷却剂量，则完全打开冷却剂泵叶轮20的出口62上的环形间隙60，这通过不将促动器84通电而实现，因此关闭构件76由于弹簧98的力而以其第一关闭面114压靠第一阀座110，从而中断调控泵36的出口46通向第一压力室72的连接，且替代地打开第二流动连接部120的连接且因此打开第一压力室72通向第三流动连接部122的连接，所述第三流动连接部开口到第三通道128内，所述第三通道通过壳体部分28径向向内延伸直至通口48。此通口48在调控泵壳体44内径向延伸通过整个调控泵壳体44直至直接处于冷却剂泵叶轮20后方。冷却剂泵叶轮具有一个或多个轴向孔130，冷却剂可通过所述轴向孔130流向冷却剂泵11的入口14，使得冷却剂被冷却剂泵11从第一压力室抽吸出。第一阀座110的关闭导致调控泵36向着被关闭的第一流动连接部118输送。以此在整个流动通道42内建立了升高的压力，所述压力也作用在调控泵36的入口的区域内。但在此入口的区域内在调控泵壳体44内形成了具有从流动通道42通向第二压力室74的孔的形式的流动通道132，使得在第二压力室74内也建立此升高的压力。第二压力室74内的此升高的压力导致在调控滑块56的底部66上出现压力差，所述压力差导致调控滑块56被推到其打开环形间隙60的位置中，且因此保证了冷却剂泵11的最大输送。
在电磁阀78的供电故障的情况中，调控滑块56相应地处于相同的位置，使得即使在此紧急运行状态中也保证冷却剂泵11的最大输送，而不必为此需要复位弹簧或另外的非液压的力。
通过调控泵壳体44和周壁58之间的泄漏等避免了第二压力室74内的过强的压力升高，使得此外通过调控泵36输送的冷却剂也用于输送到冷却循环内。
如果又从发动机的控制出发要求降低的冷却剂流动，例如在内燃机冷启动之后的暖机运行期间的情况，则又将电磁阀78通电，使得再次将出现在调控泵36的出口46上的压力传递到第一压力室72内，而同时第二压力室74内的压力降低，因为在入口区域内通过抽吸冷却剂出现了降低的压力。在此首先也抽吸存在于第二压力室74内的冷却剂。在此状态中，相应地压力差又施加在调控滑块56的底部66上，这导致调控滑块56被移动到环形间隙60内且因此中断了冷却循环内的冷却剂流动。在第一压力室72内建立了升高的压力时，短时间后流动通道42和第二压力室74内的压力也升高，但这不导致复位，因为从第二压力室74的泄漏大于从第一压力室72的泄漏，且为进行调节可能要附加地克服摩擦力。相应地，调控滑块56保持在希望的位置中，而不出现过强的压力升高。
为此外获得所输送的冷却剂流动的完全的可调控性，使用比例工作的或可变时钟的电磁阀78，以此也可将阀78移动到中间位置，使得在使用比例阀时对于调控滑块56的每个位置可实现力平衡，且相应地实现对于环形间隙60的流通横截面的完全的调控。在时钟电磁阀的情况中，第一压力室72和第二压力室74内的压力通过打开和关闭的阀的时间比确定。相应地，通过保持得较低的频率振荡地控制阀，使得通过频率可改变和调控通过阀的瞬时流量。这实现了更精确的调控。
所述的调控设备特别地通过电磁阀的集成及其作为3/2路阀的构造而特别紧凑地构建，但所述调控设备可简单且成本有利地制造和安装。可省去用于调控泵与调控滑块的压力室的液压连接的附加的流道，因为所述连接在很短的距离上可形成为两个内部壳体部分内的简单的孔。调控滑块的纯机械的调节以短的反应时间很快地进行。此外，将调控滑块调节到关闭环形间隙的位置所需的力通过取消复位弹簧而降低，使得可以更小的横截面实现更快的调节。
应显见的是主权利要求的保护范围不限制于所述实施例。特别地，可构思另外地构造的调控泵的另外的壳体部分。通道引导或压力室的限定也可改变，而不偏离主权利要求的保护范围。此外，例如可构思两个泵叶轮的双件式设计方案。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，带有：
可调节的调控滑块(56)，通过所述调控滑块可调控冷却剂泵叶轮(20)的出口(62)和周围的输送通道(12)之间的环形间隙(60)的流通横截面，
调控泵(36)，通过所述调控泵可在流动通道(42)内产生液压压力，
所述调控滑块(56)的第一压力室(72)，所述压力室形成在所述调控滑块(56)的第一轴向侧上，
电磁阀(78)，所述电磁阀带有两个阀座(110、112)和第一流动连接部(118)、第二流动连接部(120)、第三流动连接部(122)以及关闭构件(76)，所述关闭构件(76)与所述电磁阀(78)的衔铁(96)连接且能够轴向运动，
其中，所述第一流动连接部(118)与调控泵(36)的出口(46)流体连通，且所述第二流动连接部(120)与所述调控滑块(56)的所述第一压力室(72)流体连通，
其特征在于，
所述第三流动连接部(122)与冷却剂泵(11)的入口(14)流体连通，其中，所述第一阀座(110)形成在所述第一流动连接部(118)和所述第二流动连接部(120)之间，且所述第二阀座(112)形成在所述第二流动连接部(120)和所述第三流动连接部(122)之间。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，所述电磁阀(78)具有流动壳体(82)，在所述流动壳体内关闭构件(76)能够在所述两个阀座(110、112)之间沿轴向运动，且具有电磁促动器(84)，所述电磁促动器带有芯体(92)、磁通引导元件(94)、布置在线圈载体(88)上的绕组(90)和能够轴向运动的衔铁(96)。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，至少所述电磁阀(78)的流动壳体(82)布置在所述冷却剂泵(11)的壳体部分(28)的接收开口(80)内。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，在所述壳体部分(28)内形成第一通道(124)，通过所述第一通道将所述第一压力室(72)与所述第二流动连接部(120)连通。
5.根据权利要求4所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，在所述壳体部分(28)内形成第二通道(126)，所述第二通道(126)一方面与所述电磁阀(78)的第一流动连接部(118)连通，且另一方面在调控泵壳体(44)内延续直至调控泵(36)的出口(46)。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，在所述壳体部分(28)内形成第三通道(128)，所述第三通道一方面与所述电磁阀(78)的第三流动连接部(122)连通，且另一方面在所述壳体部分(28)的径向内部通口(48)内延伸，所述通口在所述调控泵壳体(44)的内部内延续，且所述冷却剂泵(11)的驱动轴(18)穿过所述通口伸出，其中，在所述冷却剂泵叶轮(20)内形成至少一个轴向孔(130)，所述轴向孔通向所述冷却剂泵(11)的入口(14)。
7.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，在所述调控泵壳体(44)内在所述调控泵(36)的入口的区域内形成通道(132)，通过所述通道将第二压力室(74)与所述调控泵(36)的流动通道(42)流体连通。
8.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，所述电磁阀(78)的关闭构件(76)固定在阀杆(108)上，其中，为所述第一阀座(110)对应配设在所述关闭构件(76)的第一轴向端部上的关闭面(114)，且为所述第二阀座(112)对应配设在对置的轴向端部上的关闭面(116)。
9.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，所述电磁阀(78)是比例阀。
10.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的可机械调控的冷却剂泵的调控设备，其特征在于，所述电磁阀(78)能够以可变时钟控制。
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