DE4116747A1 - Fluegelzellenverdichter mit verbesserter auslassventilanordnung - Google Patents
Fluegelzellenverdichter mit verbesserter auslassventilanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flügelzellenverdichter der bei
spielsweise zum Verdichten von Kältemittelgas in einer für
Kraftfahrzeuge vorgesehenen Klimaanlage mit einem Zylinder, der
einen Kurvenring mit offenen Stirnseiten, zwei Seitenteilen,
die die offenen Stirnseiten des Kurvenrings verschließen, einem
Rotor mit mehreren radialen Flügelschlitzen, in die Flügel
gleitend eingesetzt sind, aufweist und dessen Verdichtungs
kammern von dem Kurvenring, den Seitenteilen, dem Rotor und
zwei einander benachbarten Flügeln begrenzt sind.
Ein herkömmlicher Flügelzellenverdichter ist bekannt, z. B.
aus der US-PS 48 61 235. Dieser Flügelzellenverdichter umfaßt
einen Zylinder, der einen Kurvenring, dessen innere Umfangsober
fläche einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt hat, ein
vorderes Seitenteil und ein hinteres Seitenteil, die die offe
nen Stirnseiten des Kurvenrings verschließen, einen zylindri
schen, drehbar im Zylinder aufgenommenen Rotor und Flügel, die
gleitend in radiale Flügelschlitze im Rotor eingesetzt sind,
aufweist.
In dem bekannten Flügelzellenverdichter wird Kältemittelgas, das
von einer Ansaugkammer durch ein Paar Einlaßkanäle im vorderen
Seitenteil in Verdichtungskammern, die jeweils von zwei benach
barten Flügeln begrenzt werden, angesaugt. Das Kältemittelgas
in der Verdichtungskammer wird verdichtet, wenn deren Volumen
abnimmt. Der Auslaßdruck des in der Verdichtungskammer verdich
teten Kältemittelgases öffnet ein Auslaßventil, das an einem
Auslaßkanal, der sich in der Umfangswand des Kurvenrings befin
det, angeordnet ist. Das in der Verdichtungskammer verdichtete
Kältemittelgas strömt durch den Auslaßkanal und Verbindungs
leitungen in die Auslaßdruckkammer und anschließend in einen
Kühlkreislauf einer Klimaanlage.
Um Größe und Gewicht des Flügelzellenverdichters zu verringern,
wird vorzugsweise ein Kurvenring mit geringer Wandstärke ver
wendet. Um jedoch ausreichende Festigkeit des Kurvenrings zu
gewährleisten, muß die Wandstärke ausreichend groß sein.
Insbesondere im Bereich des Auslaßkanals wird der Kurvenring
mit dem maximalen Druck, d. h. dem Auslaßdruck, beaufschlagt.
Daher muß dieser Bereich des Kurvenrings hohe Festigkeit und
die Wandstärke eine bestimmte Dicke aufweisen. Überdies ist ein
Auslaßventil und eine Auslaßventilabdeckung in diesem Bereich
an dem Kurvenring befestigt. Auch aus diesem Grund muß dieser
Bereich des Kurvenrings ausreichende Festigkeit und eine große
Wandstärke haben.
Da dieser Bereich des Kurvenrings große Wandstärke hat, hat
der Auslaßkanal ein großes Volumen, das einen großen Totraum
beim Ausströmen des Kältemittelgases aus der Verdichtungskammer
darstellt. Der Totraum ist das Volumen, in dem Kältemittelgas
nach dem Verdichten und Ausströmen zurückbleibt. Das nicht
ausgeströmte, verdichtete und warme Kältemittelgas strömt in
die folgende Verdichtungskammer zurück, in der sich Kältemittel
gas aus der Ansaugkammer mit vergleichsweise niedrigem Druck
befindet. Das zurückgeströmte und dabei entspannte warme Kälte
mittelgas muß zusammen mit dem Kältemittelgas aus der Ansaug
kammer erneut verdichtet werden. Der Verdichter hat eine große
Verlustleistung, die Temperatur des aus dem Auslaßkanal aus
strömenden Kältemittelgases ist erhöht. Bei kleinen Flügel
zellenverdichtern sind die Auswirkungen besonders groß.
Daneben werden beim beschriebenen Flügelzellenverdichter die
Flügelenden aufgrund der Zentrifugalkraft gegen die innere
Umfangsoberfläche des Kurvenrings gedrückt. Dadurch können die
Flügelenden beschädigt werden, wenn sie über die offenen inneren
Enden der Auslaßkanäle gleiten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Flügelzellenverdichter mit
einer verbesserten Auslaßventilanordnung zur Verfügung zu
stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Flügel
zellenverdichter, der zumindest einen Auslaßkanal in mindestens
einem der beiden Seitenteile, mindestens ein Auslaßventil zum
Öffnen und Schließen des mindestens einen Auslaßkanals und
mehrere, die Ausströmung unterstützende Rinnen an der äußeren
Umfangsoberfläch des Rotors aufweist, die sich entlang jeweils
eines Flügelschlitzes erstrecken und die so angeordnet sind,
daß ihr eines Ende in den mindestens einen Auslaßkanal mündet
unmittelbar bevor der in Drehrichtung des Rotors hintere, von
zwei benachbarten, eine Verdichtungkammer begrenzenden, Flügeln
am tiefsten in seinen Flügelschlitz eingeschoben ist.
Vorteil der Erfindung ist, daß die Wandstärke des Kurvenrings
kleiner gewählt werden, da in dem Kurvenring keinerlei
Strömungskanäle vorgesehen sind und die Auslaßventile nicht an
ihm befestigt sind. Weiterhin sind die Außlaßkanäle im
Seitenteil kurz und damit ist der leistungsmindernd wirkende
Totraum klein. Da sich in der inneren Umfangsoberfläche des
Kurvenrings keine Öffnungen befinden, wird eine Beschädigung
der gegen diese Umfangsoberfläche gedrückten Flügelenden
vermieden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich jede
der die Ausströmung unterstützenden Rinnen entlang einer in
Drehrichtung des Rotors vorne befindlichen Längskante des
jeweiligen Flügelschlitzes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße
Flügelzellenverdichter zusätzlich mindestens eine zweite, die
Ausströmung unterstützende Rinne an der inneren Umfangsober
fläche des Kurvenrings auf, die in den mindestens einen
Auslaßkanal mündet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung
mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale
können je für sich oder zu mehreren bei Ausführungsformen der
Erfindung verwirklicht sein.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung darge
stellt:
Fig. 1 ist ein Längsschnitt in zwei senkrecht zueinander
stehenden Ebenen entlang der Längsachse des Flügel
zellenverdichters;
Fig. 2 ist ein Querschnitt des Flügelzellenverdichters ent
lang Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 ist die Ansicht des hinteren Seitenteils des Flügel
zellenverdichters aus Fig. 1 bei abgenommener Ab
deckung;
Fig. 4 ist ein Teilschnitt des hinteren Seitenteils entlang
der Linie IV-IV in Fig. 3; und
Fig. 5 ist eine Explosionsdarstellung eines Rotors (A),
eines Kurvenrings (B) und eines hinteren Seitenteils
(C).
Der in Fig. 1 gezeigte Flügelzellenverdichter besteht im wesent
lichen aus einem Zylinder, der einen Kurvenring 1, dessen innere
Umfangsoberfläche 1a einen im wesentlichen elliptischem Quer
schnitt hat, ein vorderes Seitenteil 3 und ein hinteres Seiten
teil 3, die die offenen Stirnseiten des Kurvenrings 1 ver
schließen, einen zvlindrischen Rotor 2, der drehbar im Zylinder
aufgenommen ist, eine vordere Abdeckung 5 und eine hintere
Abdeckung 6, die auf den äußeren Stirnseiten des vorderen bzw.
hinteren Seitenteils 3, 4 befestigt sind und eine Antriebswelle
7, auf der der Rotor 2 befestigt ist, aufweist. Die Antriebs
welle 7 ist drehbar in Lagern 8, 9 im vorderen und hinteren
Seitenteil 3, 4 gelagert.
An der Oberseite der vorderen Abdeckung 5 ist eine Ansaugöffnung
5a angeordnet, durch die Kältemittelgas als thermisches Medium
vom Flügelzellenverdichter angesaugt wird. An der Oberseite
der hinteren Abdeckung 6 befindet sich eine Auslaßöffnung 6a,
durch die Kältemittelgas ausströmt. Die Ansaugöffnung 5a ist
mit einer Ansaugkammer 11, die die vordere Abdeckung 5 und das
vordere Seitenteil 3 bilden, verbunden. Die Auslaßöffnung 6a
ist mit einer Auslaßdruckkammer 10, die die hintere Abdec
kung 6 und das hintere Seitenteil 4 bilden, verbunden.
Im vorderen Seitenteil 3 des Flügelzellenverdichters befinden
sich an einander diametral gegenüberliegenden Stellen Einlaß
kanäle 15 (da Fig. 1 ein Längsschnitt in zwei senkrecht zu
einander stehenden Ebenen entlang der Längsachse des Flügel
zellenverdichters ist, zeigt Fig. 1 nur einen Einlaßkanal 15).
Diese Einlaßkanäle 15 gehen in Längsrichtung des Flügelzellen
verdichters durch das vordere Seitenteil 3 hindurch. Durch die
Einlaßkanäle 15 sind die Ansaugkammer 11 und die Verdichtungs
räume 12 miteinander verbunden.
Wie in Fig. 2 zu sehen, sind am Außenumfang des Rotors 2 fünf
axiale Flügelschlitze 13 1-13 5 mit gleichen Abständen in Um
fangsrichtung angeordnet. In jeden Flügelschlitz 13 1-13 5 ist
ein Flügel 14 1-14 5 gleitend eingesetzt.
Zwei Verdichtungsräume 12 befinden sich einander diametral
gegenüberliegend zwischen der inneren Umfangsoberfläche 1a des
Kurvenrings 1, der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 2, einer
dem Kurvenring 1 zugewandten Stirnfläche des vorderen Seiten
teils 3 und einer dem Kurvenring 1 zugewandten Stirnseite des
hinteren Seitenteils 4. Verdichtungskammern werden innerhalb
der Verdichtungsräume 12 durch zwei der Flügel 14 1-14 5 be
grenzt, die einander benachbart sind.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, befinden sich zwei Vertiefungen
4a, 4b zum Anbringen von Außlaßventilen 17 1, 17 2 einander dia
metral gegenüberliegend in einer, der hinteren Abdeckung 6
zugewandten Stirnseite des hinteren Seitenteils 4. Außerdem
sind im hinteren Seitenteil 4 Auslaßkanäle 16 1, 16 2 und Durch
gangslöcher 4a′, 4b′ angebracht, die in die jeweilige Vertiefung
4a, 4b münden. Die Auslaßventile 17 1, 17 2 und Ventilstopper
17 1a, 17 2a sind am Boden der jeweiligen Vertiefung 4a, 4b mit
Schrauben 18 1, 18 2 befestigt, die durch die Durchgangslöcher
4a′, 4b′ hindurch in Gewindebohrungen 21a, 21b im Kurvenring 1
(vgl. Fig. 5) geschraubt sind.
Die Außlaßventile 17 1, 17 2 öffnen sich aufgrund des Auslaß
drucks, der in den Verdichtungskammern herrscht und öffnen
dabei die Auslaßkanäle 16 1, 16 2, wobei verdichtetes Kältemittel
gas aus den Verdichtungskammern durch die Auslaßkanäle 16 1,
16 2 in die Auslaßdruckkammer 10 und von dort durch die Auslaß
öffnung 6a in einen nicht dargestellten Kühlkreislauf strömt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, befinden sich in der äußeren Umfangs
oberfläche des Rotors 2 die Ausströmung unterstützende Rinnen
20 1-20 5, deren Indizes mit den Indizes der Flügelschlitze
13 1-13 5 übereinstimmen. Jede dieser die Ausströmung unter
stützenden Rinnen 20 1-20 5 hat die Form einer Stufe, die durch
Abtrennen eines Stücks aus der Umfangsoberfläche des Rotors 2
an der in Drehrichtung des Rotors 2 vorderen Kante des jeweili
gen Flügelschlitzes 13 1-13 5 entsteht. Die Rinnen 20 1-20 5
verlaufen in Längsrichtung des Rotors 2 entlang des jeweiligen
Flügelschlitzes 13 1-13 5 von einem Punkt im in Längsrichtung
mittleren Bereich der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 2
bis zu der dem hinteren Seitenteil 4 zugewandten Stirnfläche
20a des Rotors 2, so daß jeweils ein Ende der die Ausströmung
unterstützenden Rinnen 20 1-20 5 an der Stirnfläche 20a des
Rotors 2 offen ist.
An der inneren Umfangsoberfläche 1a des Kurvenrings 1 befinden
sich einander diametral gegenüberliegend zwei weitere die Aus
strömung unterstützende Rinnen 19 1, 19 2, wie in Fig. 5 (B)
gezeigt. Jede dieser kurvenseitigen, die Ausströmung unter
stützenden Rinnen 19 1, 19 2 erstreckt sich axial von einem Punkt
im mittleren Bereich der inneren Umfangsoberfläche 1a des Kur
venrings 1 bis zu der dem hinteren Seitenteil 4 zugewandten
Stirnseite 1b des Kurvenrings 1, so daß ein Ende dieser Rinnen
19 1, 19 2 an dieser Stirnseite 1b des Kurvenrings 1 offen ist.
Zwei Gewindebohrungen 21a, 21b sind an einander diametral gegen
überliegenden Stellen im Kurvenring 1 an dessen dem hinteren
Seitenteil 4 zugewandten Stirnseite 1b angebracht.
Wie in Fig. 2 dargestellt, befinden sich die kurvenringseitigen,
die Ausströmung unterstützenden Rinnen 19 1, 19 2 an in Umfangs
richtung mit den Auslaßkanälen 16 1, 16 2 im hinteren Seiten
teil 4 übereinstimmenden Stellen, so daß das offene Ende jeder
Rinne 19 1, 19 2 in den zugehörigen Auslaßkanal 16 1, 16 2 mündet.
Bei einer bestimmten Winkelstellung des Rotors 2 steht eine
der rotorseitigen, die Ausströmung unterstützenden Rinnen
20 2-20 5 einer der kurvenringseitigen, die Ausströmung unter
stützenden Rinnen 19 1, 19 2 gegenüber. Bei dieser Rotorstellung,
wenn eine rotorseitige, die Ausströmung unterstützende Rinne
20 1-20 5 einer kurvenringseitigen, die Ausströmung unter
stützenden Rinne 19 1, 19 2 gegenübersteht, mündet die rotorsei
tige, die Ausströmung unterstützende Rinne 20 1-20 5 ebenfalls
in den entsprechenden Auslaßkanal 16 1, 16 2.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des oben beschriebenen Flügel
zellenverdichters erläutert:
Wird die Antriebswelle 7 und damit der Rotor 2 des Flügelzellen
verdichters von einem Motor eines Kraftfahrzeugs, in dem eine
Klimaanlage eingebaut ist, in der durch den Pfeil in Fig. 2
angegebenen Richtung angetrieben, bewegen sich die Flügel
14 1-14 5 in den Flügelschlitzen 13 1-13 5 radial nach außen
aufgrund der Zentrifugalkraft und einer Druckkraft des ver
dichteten Kältemittelgases, das als Leckgasstrom zwischen den
Seitenteilen 3, 4 und dem Rotor 2 hindurchströmt und auf die
inneren Stirnseiten der Flügel 14 1-14 5 wirkt, wodurch der
äußere Rand jedes Flügels 14 1-14 5 gegen die innere Umfangs
oberfläche 1a des Kurvenrings 1 gedrückt wird.
Nimmt bei der Drehung des Rotors 2 das Volumen einer Verdich
tungskammer während eines Ansaugtaktes zu, wird Kältemittelgas
durch die Ansaugöffnung 5a, die Ansaugkammer 11 und einen Ein
laßkanal 15 in die Verdichtungskammer angesaugt.
Durch die Volumenabnahme der Verdichtungskammer während des
auf den Ansaugtakt folgenden Verdichtungstaktes wird das in
der Verdichtungskammer eingeschlossene Kältemittelgas verdich
tet. Am Ende des Verdichtungstaktes, wenn sich einer der beiden,
die Verdichtungskammer begrenzenden Flügel 14 einem der beiden
Aulaßkanäle 16 im hinteren Seitenteil 4 nähert, öffnet das
verdichtete Kältemittelgas aufgrund des in der Verdichtungs
kammer herrschenden Auslaßdrucks das Auslaßventil 17 und öffnet
dadurch auch den Auslaßkanal 16. Das Kältemittelgas strömt aus.
Unmittelbar vor dem Ende des Auslaßtaktes, d. h. unmittelbar
bevor der hintere zweier, eine Verdichtungskammer begrenzenden
Flügel 14 am tiefsten in seinen Flügelschlitz 13 eingeschoben
ist, mündet das offene Ende der rotorseitigen, die Ausströmung
unterstützende Rinne 20 1-20 5 dieser Verdichtungskammer in
den jeweiligen Auslaßkanal 16 und gewährleistet dadurch eine
gleichmäßige und stoßfreie Ausströmung des verdichteten Kälte
mittelgases aus der Verdichtungskammer. Die Ausströmung von
Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer während des Auslaß
taktes wird durch die kurvenringseitigen, die Ausströmung unter
stützenden Rinnen 19 1, 19 2 weiter verbessert.
Da sich die Auslaßkanäle 16 1, 16 2 nicht in der Umfangswand des
Kurvenrings 1, sondern im hinteren Seitenteil 4 an den Stellen
befinden, die durch die Vertiefungen 4a, 4b geringe Wandstärke
aufweisen, sind die Auslaßkanäle 16 1, 16 2 wesentlich kürzer
und der Totraum ist sehr klein, wodurch eine gute Verdichtung
und Ausströmung des Kältemittelgases erreicht wird. Der Totraum
ist das Volumen, in dem verdichtetes Kältemittelgas am Ende
des Verdichtungstaktes verbleibt und in die folgende Verdich
tungskammer zurückströmt.
Desweiteren wird eine Beschädigung der äußeren Ränder der Flügel
14 1-14 5 vermieden, da die Auslaßkanäle 16 1, 16 2 nicht in der
Umfangswand des Kurvenrings 1, sondern im hinteren Seitenteil
vorgesehen sind, und daher die äußeren Ränder der Flügel
14 1-14 5, die gegen die inner Umfangsoberfläche 1a des Kurven
rings 1 gedrückt werden, nicht über die inneren offenen Enden
der Auslaßkanäle 16 1, 16 2 gleiten, wie es bei herkömmlichen
Flügelzellenverdichtern der Fall ist.
Anstatt sowohl rotorseitige, die Ausströmung unterstützende
Rinnen 20 1-20 5 an der Umfangsoberfläche des Rotors 2 als
auch kurvenringseitige, die Ausströmung unterstützende Rinnen
19 1, 19 2 an der inneren Umfangsoberfläche des Kurvenrings 1
vorzusehen, können auch lediglich die rotorseitigen, die Aus
strömung unterstützenden Rinnen 20 1-20 5 an der Umfangsober
fläche des Rotors 2 vorgesehen sein, wodurch ebenfalls eine
gleichmäßige und stoßfreie Ausströmung des verdichteten Kälte
mittelgases aus der Verdichtungskammer gewährleistet ist.
Rotorseitige, die Ausströmung unterstützende Rinnen 20 1, 20 5
und/oder kurvenringseitige, die Ausströmung unterstützende
Rinnen 19 1, 19 2 können ebenso an der dem vorderen Seitenteil 3
zugewandten Stirnseite des Rotors 2 bzw. des Kurvenrings 1
vorgesehen sein.
Der Einsatz des beschriebenen Flügelzellenverdichters ist
selbstverständlich nicht auf Kältemittelgase beschränkt, er
ist zum Verdichten beliebiger Gase geeignet.
Claims (6)
1. Flügelzellenverdichter mit einem Zylinder, der einen Kur
venring mit offenen Stirnseiten, zwei Seitenteile, die
die offenen Stirnseiten des Kurvenrings verschließen,
einen drehbar in dem Zylinder aufgenommen Rotor mit einer
äußeren Umfangsoberfläche und mehreren radialen Flügel
schlitzen und mehrere gleitend in jeweils einem der Flügel
schlitze gehaltene Flügel aufweist, wobei Ansaugen, Ver
dichten und Ausströmen eines Kältemittelgases durch Volu
menänderung einer Verdichtungskammer bewirkt werden, die
von dem Kurvenring, den Seitenteilen, dem Rotor und zwei
benachbarten Flügeln begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß sich mindestens ein Auslaßkanal (16 1, 16 2) in minde
stens einem der beiden Seitenteile (3, 4) befindet, daß
mindestens ein Auslaßventil (17 1-17 2) zum Öffnen und
Schließen des mindestens einen Auslaßkanals (16 1, 16 2)
angeordnet ist und, daß sich mehrere die Ausströmung
unterstützende Rinnen (20 1-20 5) an der äußeren
Umfangsoberfläche des Rotors (2) befinden, die entlang
jeweils eines der Flügelschlitze verlaufen und die so
angeordnet sind, daß ihr eines Ende in den Auslaßkanal
(16 1, 16 2) mündet unmittelbar bevor der hintere von zwei
benachbarten Flügeln (14 1-14 5) am tiefsten in seinen
Flügelschlitz (13 1-13 5) versenkt ist.
2. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede der die Ausströmung unterstützenden
Rinnen (20 1-20 5) entlang einer in Drehrichtung des Rotors
(2) vorne befindliche Längskante jeweils eines Flügel
schlitzes (13 1-13 5) verläuft.
3. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich jede der die Ausströmung unter
stützenden Rinnen (20 1-20 5) in Längsrichtung des Rotors
(2) entlang des jeweiligen Flügelschlitzes (13 1-13 5)
erstreckt von einem Punkt im in Längsrichtung mittleren
Bereich der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors (2) bis
zu einer Stirnseite des Rotors (2), die einem der beiden
Seitenteile (3, 4) zugewandt ist, so daß ein Ende jeder
der die Ausströmung unterstützenden Rinnen (20 1-20 5) an
dieser Stirnseite des Rotors (2) offen ist.
4. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Ausströmung unterstützenden
Rinnen (20 1-20 5) als Aussparungen an der Längskante des
jeweiligen Flügelschlitzes (13 1-13 5) ausgebildet sind.
5. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Flügelzellenverdichter mindestens eine
zweite, die Ausströmung unterstützende Rinne (19 1, 19 2)
an der inneren Umfangsoberfläche des Kurvenrings (1) auf
weist, die in den mindestens einen Auslaßkanal (16 1, 16 2)
mündet.
6. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mindestens eine zweite, die Ausströmung
unterstützende Rinne (19 1, 19 2) in Längsrichtung des
Kurvenrings (1) verläuft von einem Punkt im mittleren
Bereich der inneren Umfangsoberfläche (1a) des Kurvenrings
(1) bis zu einer Stirnseite des Kurvenrings (1), die einem
der beiden Seitenteile (3, 4) zugewandt ist, so daß ein
Ende der mindestens einen zweiten, die Ausströmung
unterstützenden Rinne (19 1, 19 2) an dieser Stirnseite des
Kurvenrings (1) offen ist.
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