DE1910915A1 - Hydraulic regulation for hydrostatic units - Google Patents
Hydraulic regulation for hydrostatic unitsInfo
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Description
19103151910315
Stahlwerke Brüninghaus GmbHStahlwerke Brüninghaus GmbH
5842 Westhofen / Westf.
Hagenerstrasse 4 5842 Westhofen / Westf.
Hagenerstrasse 4
Hydraulische Regelung für hydrostatische EinheitenHydraulic regulation for hydrostatic units
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Regelung für durch einen Verbrennungsmotor angetriebene hydrostatische Einheiten mit stufenlos veränderbarem Hubvolumen, mit einer von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Steuerpumpe, durch deren Stellöldruck mittels eines hydraulischen Stellmotors das Hubvolumen veränderbar ist.The invention relates to a hydraulic control system for hydrostatic ones driven by an internal combustion engine Units with infinitely variable displacement, with a control pump driven by the internal combustion engine, the stroke volume can be changed by the actuating oil pressure of which by means of a hydraulic servomotor.
Die Regelung soll das von einer Arbeitspumpe des hydrostatischen Kreislaufs aufgenommene Drehmoment dem vom Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoment angleichen. Derartige hydrostatische Einheiten mit einer Arbeitspumpe werden beispielsweise in Baufahrzeugen, wie Baggern, Winden und Kränen verwandt. Hierbei tritt das Problem auf, eine Drehmomentüberlastung und damit ein Abwürgen des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Der Verbrennungsmotor, also beispielsweise ein Dieselmotor ist in seinem Leistungsverhalten charakterisiert durch die Drehmomentkurve, die über der Drehzahl aufgetragen wird. Dies ist eine relativ flache Kurve, die mit steigender Drehzahl zunächst ansteigt und nach Einreichen eines maximalen Drehmomentwertes bis zur Enddrehzahl leicht abfällt. Wird durch eine überlastung im hydrostatischen Kreislauf das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment überschritten, so wirkt sich diese auf einen Drehzahlabfall des Verbrennungsmotors aus. Dieser Vorgang wird mit Drückung bezeichnet.The regulation is intended to match the torque absorbed by a working pump of the hydrostatic circuit Adjust the torque delivered by the combustion engine. Such hydrostatic units with a working pump are used, for example, in construction vehicles such as excavators, winches and cranes. Here the problem arises to avoid torque overload and thus stalling of the internal combustion engine. The internal combustion engine, So, for example, a diesel engine is characterized in its performance behavior by the torque curve, which is plotted against the speed. This is a relatively flat curve that initially increases with increasing speed increases and falls slightly after submitting a maximum torque value up to the final speed. Is through a overload in the hydrostatic circuit that of the internal combustion engine output torque is exceeded, this has an effect on a drop in the speed of the internal combustion engine the end. This process is known as pressing.
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Die Drückung führt im Extremfall zu einem Abwürgen des Verbrennungsmotors.In extreme cases, the depression leads to the internal combustion engine stalling.
Eine Regelung zur Selbstätigen Verhütung einer Drehmomentüberlastung des Verbrennungsmotors, der eine hydrostatische Pumpeneinheit antreibt, ist bekannt. Hierbei wird über einen Fliehkraftregler, der einen elektrischen Kontakt betätigt, eine Verstellung der Kolbentrommel eine Axialkolbenpumpe vorgenommen. Diese auf mechanischelektrische Art arbeitende Einrichtung erfordert eine grosse Zahl aufeinander abgestimmte Teile und eine elektrische Schaltung mit empfindlichen Schaltelementen. Die Einrichtung ist dadurch aufwendig und kompliziert. Es ist weiter bekannt, durch einen Fliehkraftregler einen Steuerschieber zu verstellen, der mechanisch mit einem Stellmotor in Verbindung steht, der die Verschwenkung der hydrostatischen Pumpeneinheit steuert. Auch diese auf mechanisch-hydraulische Art arbeitende Einrichtung erfordert eine Vielzahl von mechanischen und hydraulischen Elementens wie Schaltstangen, Gelenkverbindungen9 Hebelarmen, Kolbenzylinderanordnungen, Druckleitungen und Federnderen Abmessungen schwierig abzustimmen sind und nuJ? schwer eine Anpassung an verschiedene Kennlinien von Verbrennungsmotoren zulassen. Auch hier ist demnach ein grosser Aufwand an Regeleinrichtungen erforderlich, um mit der Drückung des Verbrennungsmotors arbeitend eine überlastung zn verhindern. A regulation for the automatic prevention of torque overload of the internal combustion engine, which drives a hydrostatic pump unit, is known. Here, the piston drum of an axial piston pump is adjusted via a centrifugal governor that actuates an electrical contact. This device, which operates in a mechanical-electrical manner, requires a large number of parts matched to one another and an electrical circuit with sensitive switching elements. The setup is expensive and complicated as a result. It is also known to use a centrifugal governor to adjust a control slide which is mechanically connected to a servomotor which controls the pivoting of the hydrostatic pump unit. These operating on mechanical-hydraulic type device requires a plurality of mechanical and hydraulic elements s are to be coordinated, such as control rods, articulations lever arms 9, piston-cylinder arrangements, pressure lines and spring whose dimensions difficult and NUJ? difficult to adapt to different characteristics of internal combustion engines. Here, too, a great deal of outlay on control devices is accordingly required in order to prevent overloading while the internal combustion engine is being depressed.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine rein hydraulische Regelung zur überlastungssicherung eines eine hydrostatische Einheit antreibenden Verbrennungsmotors zu schaffen, wobei das von der Arbeitspumpe des hydrostatischen Kreislaufs aufgenommene Drehmoment dem vom Verbrennungsmotor abgege-It is the object of the invention to provide a purely hydraulic control for overload protection of a hydrostatic one To create a unit driving the internal combustion engine, the working pump of the hydrostatic circuit absorbed torque is matched by the combustion engine
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benen Drehmoment angeglichen wird.equal torque.
Gemäss der Erfindung ist an die Stellölleitung zwischen einer Steuerpumpe und einem Stellmotor der hydrostatischen Einheit eine den Stellöldruck im Falle einer Überlastung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Steuerpumpe beeinflussende Drossel angeschlossen. Zweckmässigerweise besteht die Drossel aus einer in einem Gehäuse angeordneten Blende und einer die Blendenöffnung verkleinernden einstellbaren Düsennadel, wobei das Gehäuse vor der Blende einen an die Stellölleitung anschliessbaren Einlass und Auslass und hinter der Blende einen weiteren Auslass besitzt. Hierdurch kann in Anpassung an den Drehmomentenverlauf des Verbrennungsmotors eine günstige Steuerkurve eingestellt werden.According to the invention, the control oil line is between a control pump and a servomotor of the hydrostatic unit a control oil pressure in the event of an overload connected depending on the flow rate of the control pump influencing throttle. Appropriately there is the throttle from an aperture arranged in a housing and an adjustable aperture reducing the aperture Nozzle needle, with the housing in front of the diaphragm having an inlet that can be connected to the actuating oil line and Outlet and another outlet behind the cover. This allows in adaptation to the torque curve of the internal combustion engine a favorable control curve can be set.
Zur Verbesserung der Einstellung der Steuerkurve kann der Auslass hinter der Blende eine Drosselstelle zur Erzeugung eines Staudruckes aufweisen, wobei die Düsennadel im Gehäuse verschiebbar ist und an ihrem hinteren Ende mit einer von dem Staudruck beaufschlagbaren Fläche versehen ist. Zweckmässigerweise ist die Düsennadel gegen die Wirkung einer Feder verschiebbar. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Verbrennungsmotor mit besonders flacher Drehmomentenlinie verwendet wird, für den sich ansonsten eine sehr flache Steuerkurve ergeben würde.To improve the setting of the control curve, the outlet behind the diaphragm can have a throttle point for generating it have a back pressure, the nozzle needle being displaceable in the housing and at its rear end is provided with a surface that can be acted upon by the dynamic pressure. Appropriately, the nozzle needle is against the action of a spring displaceable. This arrangement is particularly advantageous when an internal combustion engine with a particularly flat torque line is used, for which otherwise a very flat control curve results would.
Mit der Erfindung wird unter Verwendung von nur einem einzigen Steuerelement auf einfache Weise hydraulisch eine Angleichung des von der Arbeitspumpe eines hydrostatischen Kreislaufs aufgenommenen Drehmoments an das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment erreicht. Die Steuerung dieses Vorgangs erfolgt über die Drückung des Verbrennungsmotors.With the invention, hydraulic adjustment is made in a simple manner using only a single control element the torque absorbed by the working pump of a hydrostatic circuit to that of the internal combustion engine delivered torque reached. This process is controlled by pressing the internal combustion engine.
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Vorteilhaft ist weiter die leichte Anpassung der Regeleinrichtung an verschiedene Drehmomentenverläufe von Verbrennungsmotoren.Another advantage is the easy adaptation of the control device to different torque curves from Internal combustion engines.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing:
Fig. 1 zeigt sehematisch ein Regelungsschema gemäss der Erfindung;Fig. 1 schematically shows a control scheme according to FIG Invention;
Pig. 2 zeigt eine Drossel, wie sie im Schema nach Fig. 1 verwendet wird, im Schnitt;Pig. 2 shows a throttle as used in the scheme of FIG. 1, in section;
Fig. 3 zeigt ein Regelungsschema mit einer weiteren Ausführungsform einer Drossel;3 shows a control scheme with a further embodiment a throttle;
Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 verwendete Drossel im Schnitt;Fig. 4 shows the throttle used in Fig. 3 in section;
Fig. 5 zeigt den Drehmomentenverlauf einer Verbrennungskraftmaschine aufgetragen über der Drehzahl und die Steuerkurve als Steuerdruck aufgetragen über der Drehzahl in einem Diagramm.5 shows the torque curve of an internal combustion engine plotted against the speed and plotted against the control curve as the control pressure the speed in a diagram.
In Fig. 1 und Fig. 3 sind alle Elemente sehematisch zusammengestellt, die erfindungsgemäss eine hydraulische Regelung für eine durch einen Verbrennungsmotor angetriebene Arbeitspumpe, beispielsweise Axialkolbenpumpe mit stufen? 1 los veränderbaren Hubvolumen bilden. Dazu ist an einen Verbrennungsmotor 1, der bei Baufahrzeugen im allgemeinen ein Dieselmotor ist, eine Steuerpumpe 2 angeschlossen, deren Stellölleitung 2a über einen Schieber M mit einem Stellmotor 5 in Verbindung steht. Der Stellmotor 5 dient zur Verstellung der Arbeitspumpe <nicht dargestellt), deren Zylinderblockgehäuse gegenüber dem Triebflanschgehäuse uzfer Ver-In Fig. 1 and Fig. 3, all elements are summarized schematically, according to the invention, a hydraulic control for a working pump driven by an internal combustion engine, for example an axial piston pump with stages? 1 loosely variable stroke volume. For this purpose, a control pump 2 is connected to an internal combustion engine 1, which is generally a diesel engine in construction vehicles, the control oil line 2a of which is connected to a control motor 5 via a slide M. The servomotor 5 is used to adjust the working pump <not shown), whose cylinder block housing compared to the drive flange housing uzfer
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änderung des Hubvolumens der Arbeitspumpe verschwenkbar ist. An die Arbeitspumpe ist in üblicher Weise ein Motor oder ein Arbeitszylinder angeschlossen.change of the stroke volume of the working pump pivotable is. A motor is connected to the working pump in the usual way or a working cylinder connected.
An die Stellölleitung 2a ist eine den Stellöldruck im Falle einer überlastung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Steuerpumpe 2 beeinflussende Drossel 3 angeschlossen. Der in der Zeichnung nur schematisch angedeutete Auslass der Drossel 3 führt zu einem Behälter, der das die Drossel verlassende Stellöl aufnimmt.The actuating oil pressure is applied to the actuating oil line 2a in the event of an overload as a function of the delivery rate the control pump 2 influencing throttle 3 connected. The one indicated only schematically in the drawing The outlet of the throttle 3 leads to a container which receives the actuating oil leaving the throttle.
über den Schieber 4 wird die Arbeitspumpe aus ihrer Nullstellung nach links oder nach rechts verschwenkt. Der Schieber wirkt auf die Arbeitspumpe im Sinne einer Arbeitsrichtungsänderung. In Fig. 1 und 3 ist die Nullstellung eingezeichnet, d.h., der Stellmotor 5 der Arbeitspumpe ist nicht mit Druck beaufschlagt, die Arbeitspumpe steht auf Null. Bei einer Verstellung des Schiebers nach links wird der Kolben des bekannten Stellmotors 5 durch den Stellöldruck verschoben und entsprechend das Zylinderblockgehäuse der Arbeitspumpe gegenüber dem Triebflanschgehäuse unter Veränderung des Hubvolumens der Pumpe verschwenkt. Bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 4 in entgegengesetzter Richtung wird die Stellölleitung im Sinne einer entgegengesetzt gerichteten Beaufschlagung des Kolbens des Stellmotors 5 mit diesem verbunden und die Arbeitspumpe umgesteuert. Der Schieber 4 ist somit lediglich ein Richtungsschalter für die Arbeitspumpe. The working pump is moved from its zero position via the slide 4 pivoted to the left or to the right. The slide acts on the working pump in the sense of a change in the working direction. In Fig. 1 and 3 the zero position is shown, i.e. the servomotor 5 of the working pump is not pressurized, the working pump is at zero. When adjusting the slide the piston of the known servomotor 5 is moved to the left by the actuating oil pressure and accordingly the The cylinder block housing of the working pump compared to the drive flange housing while changing the stroke volume the pump is pivoted. When the control slide 4 is displaced in the opposite direction, the control oil line is connected to the piston of the servomotor 5 in the sense of an oppositely directed loading of the piston and the working pump reversed. The slide 4 is thus only a direction switch for the working pump.
Die an die Stellölleitung 2a angeschlossene Drossel 3 ist in Fig. 2 genau dargestellt. Sie weist ein geteiltes Gehäuse 10 auf, in dessen Teilung eine Blende 11 angeordnet ist. Die öffnung 12 der Blende 11 ist/ihrer Grosse durchThe throttle 3 connected to the adjusting oil line 2a is shown in detail in FIG. It has a split housing 10, in the division of which a diaphragm 11 is arranged. The opening 12 of the diaphragm 11 is / its size through
eine in Längsrichtung einstellbare Düsennadel veränder-a longitudinally adjustable nozzle needle changeable
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lieh. Das Gehäuse 10 bildet vor der Blende einen an die Stellölleitung 2a ansehliessbaren Einlass 1*1 und Auslass 15 und einen weiteren Auslass 16 hinter der Blende 11. In der Aus führ ungs form nach Fig. 2 ist die Drossel 3 direkt an den Anfang der Steuerpumpe 2 gelegt.borrowed. The housing 10 forms in front of the diaphragm one to the Control oil line 2a connectable inlet 1 * 1 and outlet 15 and a further outlet 16 behind the diaphragm 11. In the embodiment according to FIG. 2, the throttle 3 is direct placed at the beginning of control pump 2.
über die variable Blendenöffnung 12 der Drossel 3 wird der Druck des Stellöls, der über den Schieber auf den Stellmotor 5 wirkt» so eingestellt, dass bei Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 der Stellmotor 5 die Arbeitspumpe voll ausgeschwenkt hat. Steigt nun infolge einer Belastung des Hydromotors oder ArbeitsZylinders der Druck im hydrostatischen Kreislauf an, nimmt auch das von der Arbeitspumpe aufgenommene Drehmoment zu. übersteigt nun das Drehmoment den Wert des Moments, das vom Motor abgegeben werden kann, so wird der Motor gedrückt, das heisst, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 fällt ab. Damit fällt auch die Fördermenge der Steuerpumpe 2 ab und aufgrund der Wirkung der mengenabhängig arbeitenden Drossel 3» die an die Stellölleitung 2a angeschlossen ist, auch der Druck in der Leitung zum Stellmotor 5. Die Drossel 3 ist so ausgelegt, dass sich eine zum Steuern des Stellmotors 5 günstige Druckabfallkurve ergibt. Diese Druckabfallkurve ist in Fig. 5 als Steuerkurve Pgt über der Drehzahl η aufgetragen. Das Diagramm zeigt gleichzeitig den Verlauf des Drehmotors Md über der Drehzahl η des Verbrennungsmotors .Via the variable orifice 12 of the throttle 3, the pressure of the actuating oil, which acts on the servomotor 5 via the slide, is set so that at the maximum speed of the internal combustion engine 1, the servomotor 5 has fully swiveled out the working pump. If the pressure in the hydrostatic circuit increases as a result of a load on the hydraulic motor or working cylinder, the torque absorbed by the working pump also increases. If the torque now exceeds the value of the torque that can be output by the engine, the engine is pressed, that is, the speed of the internal combustion engine 1 drops. This means that the delivery rate of the control pump 2 also drops and, due to the effect of the flow-dependent throttle 3 »which is connected to the control oil line 2a, the pressure in the line to the servomotor 5 also drops Servomotor 5 results in a favorable pressure drop curve. This pressure drop curve is plotted in FIG. 5 as a control curve P gt over the speed η. The diagram simultaneously shows the course of the rotary engine Md over the speed η of the internal combustion engine.
Mit abfallendem Druck in der Stellölleitung 2a wird der Stellmotor 5 durch die Wirkung der Feder auf den Kolben dea Stellmotors wieder in Richtung auf die Nullage der Arbeitspumpe gedrückt und schwenkt damit die Arbeitspumpe auf einen kleineren Schwenkwinkel ein. Dadurch wird erreicht, dass die Arbeitspumpe ein kleineres Drehmoment aufnimmt. Die Reduzierung des Steuerdrucks geht so weit,As the pressure in the control oil line 2a drops, the servomotor 5 is activated by the action of the spring on the piston dea servomotor is pressed again towards the zero position of the working pump and thus swivels the working pump to a smaller swivel angle. This ensures that the working pump has a lower torque records. The reduction of the control pressure goes so far,
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bis die Arbeitspumpe ein Drehmoment aufnimmt, das dem vom Verbrennungsmotor 1 bei der gedrückten Drehzahl abgegebenen Drehmoment entspricht. Die Regelung arbeitet stabil in dem Bereich der Drehmomentenkennlinie, die zwischen der Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 liegt und der Drehzahl, die dem maximalen Drehmoment zugeordnet ist, das heisst, in Regelrichtung gesehen, im- Ansteigen ist. Ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 1 wird zuverlässig verhindert.until the working pump picks up a torque that corresponds to that of the internal combustion engine 1 at the depressed speed delivered torque. The control works stably in the range of the torque characteristic, which lies between the maximum speed of the internal combustion engine 1 and the speed that corresponds to the maximum torque is assigned, that is, viewed in the control direction, is increasing. A stalling of the internal combustion engine 1 is reliably prevented.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Drossel 3 eine konstant eingestellte Drosselöffnung 12. Durch Änderung Kixft des freien Durchflussquerschnitts durch die Blendenöffnung kann eine Anpassung an den Verlauf des Drehmoments des Verbrennungsmotors vorgenommen werden. Die Regelung bietet die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor i vor Überlastung zu sichern, auch wenn ausser der Arbeitspumpe noch andere Aggregate vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Um dabei den Motor vor Überlastung zu schützen, mussten bisher die Drücke der Arbeitshydrauliken und Fahrhydraulik auf einen Summenregler wirken, der die beitspumpe entsprechend der an der Arbeitshydraulik benötig ten Leistung einschwenkt. Diese Art der Regelung ist wesent lich komplizierter als die oben beschriebene Einrichtung.In the exemplary embodiment described, the throttle 3 has a throttle opening 12 that is set to be constant. By change Kixft of the free flow cross-section through the Orifice opening can be adapted to the course of the torque of the internal combustion engine. The scheme offers the possibility of protecting the internal combustion engine i from overload, even if apart from the Working pump still other units are driven by the internal combustion engine. In order to avoid overloading the motor protect, up to now the pressures of the working hydraulics and driving hydraulics had to act on a master controller that controlled the The auxiliary pump swivels in according to the power required by the working hydraulics. This type of regulation is essential Lich more complicated than the setup described above.
Um eine weitere Verbesserung der Anpassungsmöglichkeit der Steuerkurve an verschiedene DreMaomentenverläufe zu schaffen, ist eine weitere Ausführuag der Drossel vorteilhaft, wie sie in Fig. k dargestellt ist uM die gemäss dem Regelsehema nach Fig. 3 an'die Stellöllelttmg 2a angeschlossen ist.In order to provide a further improvement of the adaptability of the cam to different DreMaomentenverläufe, another Ausführuag the throttle is advantageous is as shown in Fig. K around the an'die according to the Regelsehema of FIG. 3 is connected Stellöllelttmg 2a.
Hierbei wird die von der Steuerpumpe 2 zugeführte Fördermenge über den Einlass 14 der Drossel 3 zugeführt. Sie er-Here, the delivery rate supplied by the control pump 2 is supplied to the throttle 3 via the inlet 14. She he-
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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gibt vor der Blende 6 gemäss Pig. 4 einen bestimmten Staudruck. Die hinter der Blende 6 abfliessende Stellölmenge wird durch eine Düse 7 im Auslass 16 der Drossel 3 etwas gestaut. Dieser Stau wird über einen Verbindungskanal 17 im Gehäuse 10 der Drossel auf das kolbenartig ausgebildete hintere Ende der Düsennadel 13 geleitet. Die Düsennadel ist verschiebbar in einer zylindrischen Bohrung 8 im Gehäuse 10 geführt und durch den Druck einer Feder 9 beaufschlagt. Hinter der Düsennadel ergibt sich durch die Gehäusebohrung ein Druckraum, dessen wirksame Fläche mit FQ in Fig. 4 bezeichnet ist. Durch günstige Auslegung der Feder 9, der Grosse der Fläche FQ und der Düse 7 kann beispielsweise bei einer besonders flach verlaufenden Drehmomentenlinie eines Verbrennungsmotors eine steilere Steuerungskurve P . erreicht werden.gives in front of the aperture 6 according to Pig. 4 a certain dynamic pressure. The amount of control oil flowing off behind the orifice 6 is somewhat dammed up by a nozzle 7 in the outlet 16 of the throttle 3. This jam is passed via a connecting channel 17 in the housing 10 of the throttle to the piston-like rear end of the nozzle needle 13. The nozzle needle is slidably guided in a cylindrical bore 8 in the housing 10 and is acted upon by the pressure of a spring 9. Behind the nozzle needle, the housing bore results in a pressure chamber, the effective area of which is denoted by F Q in FIG. 4. With a favorable design of the spring 9, the size of the area F Q and the nozzle 7, a steeper control curve P can be achieved, for example in the case of a particularly flat torque line of an internal combustion engine. can be achieved.
Patentansprüche:Patent claims:
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Hagenerstrasse 4
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