CN114876630A - 一种高效中冷增压的涡轮增压器 - Google Patents

一种高效中冷增压的涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涡轮增压器领域，公开了一种高效中冷增压的涡轮增压器，通过设置流量控制阀，实现旁通驱动组件与发动机转速及涡轮介入程度之间匹配智能化，充分利用发动机的废气，既能降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷，提高进气量，增加发动机的功率，也能省去电机或其他驱动结构的设置来实现水冷和风冷，从而降低了投入和生产成本，通过温度传感器，将废气注入管吸入的废气温度传入控制器内，与控制器内设定好的上限值比对，超过数值时，警报器发出警报，提示驾驶人员停止驾驶，避免废气流速高温度高导致涡轮转速高，影响发动机的进气温度，对发动机造成爆震影响，从而提高了对整个涡轮增压机构及汽车发动机的保护。

Description

一种高效中冷增压的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压器领域，具体为一种高效中冷增压的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。
现有技术中，大多家用轿车配备有涡轮增压器，常规的涡轮增压器均配备有中段冷却器，且中段冷却器大多采用单独的风冷方式降低涡轮输出的气体温度，从而提高进入发动机缸体内的气体密度，进而提高发动机的进气效率，体现涡轮在瞬时提速方面的优越性，然而这一方式需要设置单独的风冷驱动机构，且冷却效果没有高档轿车中的水冷效果优越，因此，我们提出了一种较为实用的高效中冷增压的涡轮增压器来满足日常家用轿车的涡轮使用需求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效中冷增压的涡轮增压器，具备冷却效果好等优点，解决了传统冷却效果差等系列问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效中冷增压的涡轮增压器，包括废气输入管，所述废气输入管内设有涡轮介入阀门，所述废气输入管的一端连通有涡轮组件，所述涡轮组件用以对发动机实现涡轮增压效应，所述废气输入管上还连通有旁通驱动组件，所述旁通驱动组件上设置有与发动机转速相关联的流量控制阀，所述流量控制阀用以调整所述旁通驱动组件内的气体流速，所述涡轮组件的一侧设有中段冷却器与风冷组件及水冷组件，所述中段冷却器用以降低所述涡轮组件的输出气体温度，所述风冷组件与水冷组件均用以提高所述中段冷却器的冷却效果，且所述旁通驱动组件用以驱动所述风冷组件与水冷组件。
优选地，所述涡轮组件包含涡轮壳体与涡扇，所述废气输入管的一端连通有所述涡轮壳体，所述涡轮壳体内转动套接有连轴转子，所述连轴转子的两端均固定套接有两个涡扇，所述涡扇的一端均固定连接有同一个传动轴；
所述旁通驱动组件包含主动皮带轮与废气旁通管，所述废气输入管上连通有所述废气旁通管，所述流量控制阀安装在所述废气旁通管上，所述废气旁通管的另一端连通有旁通动力壳体，所述旁通动力壳体内转筒套接有旁通涡轮，所述旁通涡轮上连接有旁通转轴，所述旁通转轴的另一端延伸至所述旁通动力壳体的一侧外并固定套接有所述主动皮带轮；
所述水冷组件包含水冷注射器与循环冷凝管，所述废气输入管的一侧设有水冷注射器，所述中段冷却器的一侧开设有安装孔，所述水冷注射器的一端连通有所述循环冷凝管，所述循环冷凝管的一端贯穿所述安装孔与所述水冷注射器相连通，所述涡轮壳体上开设有废气注入管与废气排放端，所述废气排放端上安装有温度传感器。
优选地，所述涡轮壳体的一侧侧壁上固定连接有废气旁通阀，所述涡轮壳体的一端连通有进气连接管，所述涡轮壳体的另一端开设有进气端，所述废气输入管的一侧设有连接板，所述连接板的顶部固定连接有两个垂直柱，两个所述垂直柱上转动套接有同一个风冷轴。
优选地，所述风冷组件包含风扇，所述风冷轴靠近所述中段冷却器的一端固定连接有风扇，所述风扇的位置与所述中段冷却器的位置相互对应，所述风冷轴的一侧固定套接有风冷皮带轮，所述中段冷却器的顶部开设有进气孔和出气孔，所述进气孔内固定连接有进气管，所述进气连接管的一端固定连接有收缩管，所述收缩管的一端贯穿所述进气管与所述中段冷却器相连接。
优选地，所述出气孔内固定连接有排放管，所述排放管与所述进气管均与所述中段冷却器相互连通，所述废气输入管的一侧设有第一固定座，所述第一固定座的一侧与所述水冷注射器的一侧相互连接，所述水冷注射器远离所述循环冷凝管的一端固定连接有密封板。
优选地，所述水冷注射器的一侧内壁固定连接有交换板，所述交换板的一端开设有多个分布均匀的交换孔，所述交换板与所述密封板的一端均开设有通孔，两个所述通孔内转动套接有同一个水冷轴，所述水冷轴的两端分别贯穿两个所述通孔，且分别延伸至其中一个所述通孔和所述密封板的一侧外。
优选地，所述水冷轴的一侧固定套接有螺旋叶轮，所述水冷轴延伸至所述密封板的一端固定连接有水冷皮带轮，所述水冷皮带轮与所述主动皮带轮和所述风冷皮带轮的位置相互对应，所述水冷皮带轮与所述主动皮带轮和所述风冷皮带轮的一侧上共同张紧有同一个传动皮带。
优选地，所述水冷注射器远离所述密封板的一端固定连接有交换斗，所述交换斗的位置与所述循环冷凝管的位置相互对应，所述交换斗的一端与所述循环冷凝管的一端相互连接，所述循环冷凝管与所述水冷注射器相互连通，所述第一固定座的顶部固定连接有控制器和警报器，所述控制器与所述警报器以及所述温度传感器均为电性连接。
优选地，所述废气输入管的顶部固定连接有第二固定座,所述第二固定座的位置与所述第一固定座的位置相互对应，所述第一固定座与所述第二固定座相互靠近的一侧均固定连接有两个弧形限位块，所述第一固定座与所述第二固定座的位置均与所述涡轮壳体的位置相互对应，所述涡轮壳体的一侧均与四个所述弧形限位块的一侧相接触。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种高效中冷增压的涡轮增压器，具备以下有益效果：
1、该高效中冷增压的涡轮增压器，涡轮介入时，发动机转速较高，若转速持续升高，达到流量控制阀所设定的最高转速限定时，此时流量控制阀能够通过发动机转速实时控制其自身的阀门开合程度，继而控制废气旁通管内的气体流速，实现将一部分发动机废气输入旁通动力壳体内并驱动壳体内部的旁通涡轮，从而使得旁通转轴转动，继而使得主动皮带轮转动，以间接驱动风冷组件与水冷组件，实现对中段冷却器内的气体充分降温冷却，以压缩气体密度，提高涡轮介入后的发动机进气效率。
2、该高效中冷增压的涡轮增压器，通过传动皮带使得水冷皮带轮和风冷皮带轮进行转动，风冷皮带轮转动使得风冷轴转动，通过风冷轴从而使得风扇转动，风扇高速转动提高中段冷却器附近的空气流通速度，从而间接对中段冷却器内的空气进行持续降温。
3、该高效中冷增压的涡轮增压器，通过水冷皮带轮转动带动水冷轴，水冷轴转动使得螺旋叶轮转动，通过螺旋叶轮的不断转动进而推动循环冷凝管内的冷却水进行快速循环流动，从而能够对中段冷却器内的气体进行间接水冷降温，配合风扇的风冷效果能够有效提高气体的冷却效果。
4、该高效中冷增压的涡轮增压器，通过设置流量控制阀，实现旁通驱动组件与发动机转速及涡轮介入程度之间匹配智能化，充分利用发动机的废气，既能降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷，提高进气量，增加发动机的功率，也能省去电机或其他驱动结构的设置来实现水冷和风冷，从而降低了投入和生产成本。
5、该高效中冷增压的涡轮增压器，通过温度传感器的设置，能够将废气注入管吸入的废气温度传入控制器内，与控制器内设定好的温度值进行比对，超过数值时，控制器使得警报器发出警报，使得驾驶人员停止驾驶，避免废气温度过高涡轮转速高，影响发动机的进气温度，对发动机造成爆震影响，从而提高了对整个涡轮增压机构及汽车发动机的保护。
附图说明
图1为本发明第一视角立体结构示意图；
图2为本发明第二视角立体结构示意图；
图3为本发明图2中部分立体结构示意图；
图4为本发明涡轮拆分立体结构示意图；
图5为本发明涡轮拆分立体结构示意图；
图6为本发明旁通驱动组件立体结构示意图；
图7为本发明中段冷却器立体结构示意图；
图8为本发明水冷注射器立体结构示意图；
图9为本发明水冷注射器另一视角立体结构示意图；
图10为本发明图8中部分放大立体结构示意图。
图中：1、废气输入管；2、涡轮壳体；3、连轴转子；4、涡扇；5、传动轴；6、主动皮带轮；7、中段冷却器；8、风扇；9、水冷注射器；10、循环冷凝管；11、废气注入管；12、废气排放端；13、温度传感器；14、废气旁通阀；15、进气连接管；16、进气端；17、连接板；18、垂直柱；19、风冷轴；20、安装孔；21、风冷皮带轮；22、收缩管；23、进气管；24、排放管；25、第一固定座；26、密封板；27、交换板；28、交换孔；29、水冷轴；30、螺旋叶轮；31、水冷皮带轮；32、传动皮带；33、交换斗；34、控制器；35、警报器；36、第二固定座；37、弧形限位块；38、废气旁通管；39、旁通动力壳体；40、流量控制阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种高效中冷增压的涡轮增压器
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-10所示，一种高效中冷增压的涡轮增压器，包括废气输入管1，废气输入管1内设有涡轮介入阀门，废气输入管1的一端连通有涡轮组件，涡轮组件用以对发动机实现涡轮增压效应，废气输入管1上还连通有旁通驱动组件，旁通驱动组件上设置有与发动机转速相关联的流量控制阀40，流量控制阀40用以调整旁通驱动组件内的气体流速，涡轮组件的一侧设有中段冷却器7与风冷组件及水冷组件，中段冷却器7用以降低涡轮组件的输出气体温度，风冷组件与水冷组件均用以提高中段冷却器7的冷却效果，且旁通驱动组件用以驱动风冷组件与水冷组件。
进一步的，在上述方案中，涡轮组件包含涡轮壳体2与涡扇4，废气输入管1的一端连通有涡轮壳体2，涡轮壳体2内转动套接有连轴转子3，连轴转子3的两端均固定套接有两个涡扇4，涡扇4的一端均固定连接有同一个传动轴5，通过废气注入管11，将发动机废气排放至涡轮壳体2内驱动多个涡扇4，带动传动轴5转动；
旁通驱动组件包含主动皮带轮6与废气旁通管38，废气输入管1上连通有废气旁通管38，流量控制阀40安装在废气旁通管38上，废气旁通管38的另一端连通有旁通动力壳体39，旁通动力壳体39内转筒套接有旁通涡轮，旁通涡轮上连接有旁通转轴，旁通转轴的另一端延伸至旁通动力壳体39的一侧外并固定套接有主动皮带轮6，通过设置旁通驱动组件，使得发动机废气部分进入旁通动力壳体39内驱动旁通涡轮转动，继而使得旁通转轴带动主动皮带轮6转动，用于驱动水冷组件与风冷组件；
水冷组件包含水冷注射器9与循环冷凝管10，废气输入管1的一侧设有水冷注射器9，中段冷却器7的一侧开设有安装孔20，水冷注射器9的一端连通有循环冷凝管10，循环冷凝管10的一端贯穿安装孔20与水冷注射器9相连通，涡轮壳体2上开设有废气注入管11与废气排放端12，废气排放端12上安装有温度传感器13，通过温度传感器13，实时检测排放废气的温度。
进一步的，在上述方案中，涡轮壳体2的一侧侧壁上固定连接有废气旁通阀14，涡轮壳体2的一端连通有进气连接管15，涡轮壳体2的另一端开设有进气端16，废气输入管1的一侧设有连接板17，连接板17的顶部固定连接有两个垂直柱18，两个垂直柱18上转动套接有同一个风冷轴19，通过风冷轴19的设置，便于驱动风扇8进行转动。
进一步的，在上述方案中，风冷组件包含风扇8，风冷轴19靠近中段冷却器7的一端固定连接有风扇8，风扇8的位置与中段冷却器7的位置相互对应，风冷轴19的一侧固定套接有风冷皮带轮21，中段冷却器7的顶部开设有进气孔和出气孔，进气孔内固定连接有进气管23，进气连接管15的一端固定连接有收缩管22，收缩管22的一端贯穿进气管23与中段冷却器7相连接，通过收缩管22和进气管23的设置，便于空气进入中段冷却器7内。
进一步的，在上述方案中，出气孔内固定连接有排放管24，排放管24与进气管23均与中段冷却器7相互连通，废气输入管1的一侧设有第一固定座25，第一固定座25的一侧与水冷注射器9的一侧相互连接，水冷注射器9远离循环冷凝管10的一端固定连接有密封板26，通过密封板26的设置，防止水冷注射器9内的水流出。
进一步的，在上述方案中，水冷注射器9的一侧内壁固定连接有交换板27，交换板27的一端开设有多个分布均匀的交换孔28，交换板27与密封板26的一端均开设有通孔，两个通孔内转动套接有同一个水冷轴29，水冷轴29的两端分别贯穿两个通孔，且分别延伸至其中一个通孔和密封板26的一侧外，通过水冷轴29的设置，使得螺旋叶轮30能够转动。
进一步的，在上述方案中，水冷轴29的一侧固定套接有螺旋叶轮30，水冷轴29延伸至密封板26的一端固定连接有水冷皮带轮31，水冷皮带轮31与主动皮带轮6和风冷皮带轮21的位置相互对应，水冷皮带轮31与主动皮带轮6和风冷皮带轮21的一侧上共同张紧有同一个传动皮带32，通过传动皮带32的设置，使得水冷皮带轮31与风冷皮带轮21能够转动。
进一步的，在上述方案中，水冷注射器9远离密封板26的一端固定连接有交换斗33，交换斗33的位置与循环冷凝管10的位置相互对应，交换斗33的一端与循环冷凝管10的一端相互连接，循环冷凝管10与水冷注射器9相互连通，第一固定座25的顶部固定连接有控制器34和警报器35，控制器34与警报器35以及温度传感器13均为电性连接，通过控制器34的设置，便于警报器35和温度传感器13发出信号。
进一步的，在上述方案中，废气输入管1的顶部固定连接有第二固定座36,第二固定座36的位置与第一固定座25的位置相互对应，第一固定座25与第二固定座36相互靠近的一侧均固定连接有两个弧形限位块37，第一固定座25与第二固定座36的位置均与涡轮壳体2的位置相互对应，涡轮壳体2的一侧均与四个弧形限位块37的一侧相连接，通过四个弧形限位块37的设置，能够对涡轮壳体2进行固定，保证运行的稳定性。
工作原理：汽车行驶过程中，需要涡轮介入时，涡轮介入阀门打开，此时发动机排出的废气通过废气输入管1与废气注入管11进入涡轮壳体2内，进而推动涡轮废气排放端12一侧的涡扇4，并使之旋转，由此便能带动与之间接相连的另一个涡扇4转动，进而使得空气通过进气端16与进气连接管15进入中段冷却器7内，并最终由中段冷却器7充分冷却后间接增压进入发动机内部配合燃烧做功，实现涡轮增压效果。
同时，涡轮介入时，发动机转速较高，若转速持续升高，达到流量控制阀40所设定的最高转速限定时，此时流量控制阀40能够通过发动机转速实时控制其自身的阀门开合程度，继而控制废气旁通管38内的气体流速，实现将一部分发动机废气输入旁通动力壳体39内并驱动壳体内部的旁通涡轮，从而使得旁通转轴转动，继而使得主动皮带轮6转动，以间接驱动风冷组件与水冷组件，实现对中段冷却器7内的气体充分降温冷却，以压缩气体密度，提高涡轮介入后的发动机进气效率。
主动皮带轮6通过传动皮带32使得水冷皮带轮31和风冷皮带轮21进行转动，风冷皮带轮21转动使得风冷轴19转动，通过风冷轴19从而使得风扇8转动，风扇8高速转动提高中段冷却器7附近的空气流通速度，从而间接对中段冷却器7内的空气进行持续降温。
另一方面，主动皮带轮6转动后，通过水冷皮带轮31转动带动水冷轴29，水冷轴29转动使得螺旋叶轮30转动，通过螺旋叶轮30的不断转动进而推动循环冷凝管10内的冷却水进行快速循环流动，从而能够对中段冷却器7内的气体进行间接水冷降温，配合风扇8的风冷效果能够有效提高气体的冷却效果。
通过设置流量控制阀40，实现旁通驱动组件与发动机转速及涡轮介入程度之间匹配智能化，充分利用发动机的废气，既能降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷，提高进气量，增加发动机的功率，也能省去电机或其他驱动结构的设置来实现水冷和风冷，从而降低了投入和生产成本。
当驾驶时间过长时，使得废气注入管11吸入的废气温度不断升高，通过温度传感器13的设置，能够将废气注入管11吸入的废气温度传入控制器34内，与控制器34内设定好的温度值进行比对，超过数值时，控制器34使得警报器35发出警报，使得驾驶人员停止驾驶，避免废气温度过高涡轮转速高，影响发动机的进气温度，对发动机造成爆震影响，从而提高了对整个涡轮增压机构及汽车发动机的保护。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高效中冷增压的涡轮增压器，包括废气输入管(1)，其特征在于：所述废气输入管(1)的一端连通有涡轮组件，所述涡轮组件用以对发动机实现涡轮增压效应，所述废气输入管(1)上还连通有旁通驱动组件，所述旁通驱动组件上设置有与发动机转速相关联的流量控制阀(40)，所述流量控制阀(40)用以调整所述旁通驱动组件内的气体流速，所述涡轮组件的一侧设有中段冷却器(7)与风冷组件及水冷组件，所述中段冷却器(7)用以降低所述涡轮组件的输出气体温度，所述风冷组件与水冷组件均用以提高所述中段冷却器(7)的冷却效果，且所述旁通驱动组件用以驱动所述风冷组件与水冷组件。
2.根据权利要求1所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮组件包含涡轮壳体(2)与涡扇(4)，所述废气输入管(1)的一端连通有所述涡轮壳体(2)，所述涡轮壳体(2)内转动套接有连轴转子(3)，所述连轴转子(3)的两端均固定套接有两个涡扇(4)，所述涡扇(4)的一端均固定连接有同一个传动轴(5)；
所述旁通驱动组件包含主动皮带轮(6)与废气旁通管(38)，所述废气输入管(1)上连通有所述废气旁通管(38)，所述流量控制阀(40)安装在所述废气旁通管(38)上，所述废气旁通管(38)的另一端连通有旁通动力壳体(39)，所述旁通动力壳体(39)内转筒套接有旁通涡轮，所述旁通涡轮上连接有旁通转轴，所述旁通转轴的另一端延伸至所述旁通动力壳体(39)的一侧外并固定套接有所述主动皮带轮(6)；
所述水冷组件包含水冷注射器(9)与循环冷凝管(10)，所述废气输入管(1)的一侧设有水冷注射器(9)，所述中段冷却器(7)的一侧开设有安装孔(20)，所述水冷注射器(9)的一端连通有所述循环冷凝管(10)，所述循环冷凝管(10)的一端贯穿所述安装孔(20)与所述水冷注射器(9)相连通，所述涡轮壳体(2)上开设有废气注入管(11)与废气排放端(12)，所述废气排放端(12)上安装有温度传感器(13)。
3.根据权利要求1所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮壳体(2)的一侧侧壁上固定连接有废气旁通阀(14)，所述涡轮壳体(2)的一端连通有进气连接管(15)，所述涡轮壳体(2)的另一端开设有进气端(16)，所述废气输入管(1)的一侧设有连接板(17)，所述连接板(17)的顶部固定连接有两个垂直柱(18)，两个所述垂直柱(18)上转动套接有同一个风冷轴(19)。
4.根据权利要求3所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述风冷组件包含风扇(8)，所述风冷轴(19)的一端固定连接有所述风扇(8)，所述风扇(8)的位置与所述中段冷却器(7)的位置相对应，所述风冷轴(19)的一侧固定套接有风冷皮带轮(21)，所述中段冷却器(7)的顶部开设有进气孔和出气孔，所述进气孔内固定连接有进气管(23)，所述进气连接管(15)的一端固定连接有收缩管(22)。
5.根据权利要求4所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述出气孔内固定连接有排放管(24)，所述排放管(24)及所述进气管(23)均与所述中段冷却器(7)相互连通，所述废气输入管(1)的一侧设有第一固定座(25)，所述第一固定座(25)的一侧与所述水冷注射器(9)的外壁相贴合，所述水冷注射器(9)的一端固定连接有密封板(26)。
6.根据权利要求5所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述水冷注射器(9)的一侧内壁固定连接有交换板(27)，所述交换板(27)的一端开设有多个分布均匀的交换孔(28)，所述交换板(27)与所述密封板(26)上转动套接有同一个水冷轴(29)。
7.根据权利要求6所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述水冷轴(29)的一侧固定套接有螺旋叶轮(30)，所述水冷轴(29)延伸至所述密封板(26)的一端固定连接有水冷皮带轮(31)，所述水冷皮带轮(31)与所述主动皮带轮(6)及所述风冷皮带轮(21)上张紧有同一个传动皮带(32)。
8.根据权利要求1所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述水冷注射器(9)远离所述密封板(26)的一端固定连接有交换斗(33)，所述交换斗(33)的位置与所述循环冷凝管(10)的位置相互对应，所述交换斗(33)的一端与所述循环冷凝管(10)的一端相互连接，所述循环冷凝管(10)与所述水冷注射器(9)相互连通，所述第一固定座(25)的顶部固定连接有控制器(34)和警报器(35)，所述控制器(34)与所述警报器(35)以及所述温度传感器(13)均为电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种高效中冷增压的涡轮增压器，其特征在于：所述废气输入管(1)的顶部固定连接有第二固定座(36),所述第一固定座(25)与所述第二固定座(36)相互靠近的一侧均固定连接有两个弧形限位块(37)，所述第一固定座(25)与所述第二固定座(36)的位置均与所述涡轮壳体(2)的位置相对应，所述涡轮壳体(2)的一侧均与四个所述弧形限位块(37)的一侧相接触。
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