JP2009221854A - 吸気冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両や内燃機関の運転状態に応じて吸入空気を適切に冷却でき、それにより、内燃機関の適正な燃費および排ガス特性を得ることができる吸気冷却装置を提供する。
【解決手段】 吸気冷却装置1は、外気と吸入空気の間の熱交換によって吸入空気を冷却する熱交換器21と、熱交換器21を流れる外気の流量を変更するためのシャッタ23と、熱交換器21への送風を行うためのファン24を備え、検出された機関温度パラメータTWが所定の低温領域(≦TWL)にあるときに、シャッタ23の開度を減少側に制御することによって、熱交換器21を流れる外気の流量を低減し、検出された車速パラメータNEが所定の低速領域(≦NEL)にあるとともに、検出された吸気温パラメータTAが所定の高温領域(>TAH)にあるときに、ファン24を作動させる。
【選択図】 図4
【解決手段】 吸気冷却装置1は、外気と吸入空気の間の熱交換によって吸入空気を冷却する熱交換器21と、熱交換器21を流れる外気の流量を変更するためのシャッタ23と、熱交換器21への送風を行うためのファン24を備え、検出された機関温度パラメータTWが所定の低温領域(≦TWL)にあるときに、シャッタ23の開度を減少側に制御することによって、熱交換器21を流れる外気の流量を低減し、検出された車速パラメータNEが所定の低速領域(≦NEL)にあるとともに、検出された吸気温パラメータTAが所定の高温領域(>TAH)にあるときに、ファン24を作動させる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、車両に搭載された内燃機関に吸入される吸入空気を冷却するための吸気冷却装置に関する。
従来、この種の吸気冷却装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この吸気冷却装置は、吸気管に設けられ、吸入空気を冷却するためのインタークーラと、このインタークーラに外気を導入する外気取入れ口と、この外気取入れ口を開閉する開閉弁を有している。以上の構成の吸気冷却装置では、内燃機関の減速運転中、開閉弁を閉じ側に制御することにより、インタークーラを流れる外気の流量を低減することによって、インタークーラによる吸入空気の過冷却を防止するようにしている。
しかし、この従来の吸気冷却装置では、上述したように、内燃機関の減速運転中にインタークーラによる吸入空気の過冷却を防止するにすぎない。このため、車両の走行状態によっては、インタークーラによる吸入空気の冷却を適切に行えない場合があり、その場合には、内燃機関において燃焼が不安定になる結果、内燃機関の適正な燃費および排ガス特性を得ることができない。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、車両や内燃機関の運転状態に応じて吸入空気を適切に冷却でき、それにより、内燃機関の適正な燃費および排ガス特性を得ることができる吸気冷却装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、車両Vに搭載された内燃機関3に吸入される吸入空気を冷却するための吸気冷却装置1であって、外気と吸入空気の間の熱交換によって吸入空気を冷却する熱交換器(実施形態における(以下、本項において同じ)インタークーラ21)と、開度が可変に構成され、熱交換器よりも上流側に設けられ、開度に応じて熱交換器を流れる外気の流量を変更するためのシャッタ23と、内燃機関3の本体の温度を表す機関温度パラメータを検出する機関温度パラメータ検出手段(エンジン水温センサ32)と、検出された機関温度パラメータ(エンジン水温TW)が所定の低温領域(≦下限値TWL)にあるときに、シャッタ23の開度を減少側に制御することによって、熱交換器を流れる外気の流量を低減するシャッタ制御手段(ECU2、ステップ1、2)と、熱交換器への送風を行うためのファン24と、車両Vの速度を表す車速パラメータを検出する車速パラメータ検出手段(エンジン回転数センサ31)と、吸入空気の温度を表す吸気温パラメータを検出する吸気温パラメータ検出手段(吸気温センサ34)と、検出された車速パラメータ(エンジン回転数NE)が所定の低速領域(≦下限値NEL)にあるとともに、検出された吸気温パラメータ(吸気温TA)が所定の高温領域(>上限値TAH)にあるときに、ファン24を作動させるファン制御手段(ECU2、ステップ6、5)と、を備えることを特徴とする。
この吸気冷却装置によれば、熱交換器による外気と吸入空気の間の熱交換によって吸入空気が冷却されるとともに、内燃機関の本体の温度を表す機関温度パラメータが機関温度パラメータ検出手段により検出される。また、検出された機関温度パラメータが所定の低温領域にあるとき、すなわち、内燃機関の本体の温度(以下「機関本体温度」という)が低すぎるときに、シャッタ制御手段により、シャッタの開度が減少側に制御されることによって、熱交換器を流れる外気の流量が低減される。これにより、機関本体温度が低すぎるときに、熱交換器による吸入空気の冷却を抑えることができるので、内燃機関における燃焼を安定させ、機関本体温度を適切かつ速やかに高めることができる。一方、機関本体温度が低すぎるときには、排ガスの温度が低いことで触媒が活性化されていないことと、内燃機関における燃焼が不安定になりやすいことから、内燃機関の良好な排ガス特性が得られない。それに加え、機関本体温度が低すぎるときには、内燃機関の潤滑油の温度が低く、粘性が高いことで内燃機関のフリクションが大きいため、内燃機関の良好な燃費が得られない。これに対して、本発明によれば、上記のように機関本体温度を適切かつ速やかに高められるので、内燃機関の燃費および排ガス特性を向上させることができる。
一方、車両の速度が低い場合には、熱交換器を流れる外気の流量が小さく、それにより、熱交換器による吸入空気の冷却度合は小さくなる。そのような場合において、吸入空気の温度(以下「吸気温」という)が高いときには、吸気温を内燃機関の運転に適した温度に十分に低下させることができず、それにより、内燃機関において燃焼が不安定になる結果、内燃機関の適正な燃費および排ガス特性を得られないおそれがある。これに対して、本発明によれば、車両の速度を表す車速パラメータが所定の低速領域にあるとともに、検出された吸入空気の温度を表す吸気温パラメータが所定の高温領域にあるときに、ファン制御手段によりファンを作動させ、ファンによる熱交換器への送風が行われる。これにより、車両の速度が低く且つ吸気温が高いときに、吸気温を内燃機関の運転に適するように十分に低下させることができるので、内燃機関において安定した燃焼を行わせ、内燃機関の適正な燃費および排ガス特性を得ることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の吸気冷却装置1において、ファン制御手段は、車速パラメータが所定の低速領域よりも高い所定の高速領域にあるときには、ファン24の作動を禁止する(ステップ7)ことを特徴とする。
この構成によれば、車速パラメータが所定の低速領域よりも高い高速領域にあるとき、すなわち、熱交換器を流れる外気の流量が大きいときに、ファンによる熱交換器への送風が禁止されるので、ファンの無駄な作動を防止することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図2および図3に示すように、本実施形態による吸気冷却装置1は、インタークーラ21や、シャッタ23、ファン24、これらのシャッタ23およびファン24の動作を制御するためのECU2を備えており、図1に示す内燃機関3に適用されたものである。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両Vに搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)タイプのディーゼルエンジンである。
エンジン3のシリンダヘッドには、吸気管4および排気管5がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6が、エンジン3の燃焼室に臨むように取り付けられている。このインジェクタ6の開弁時間および開閉弁タイミングは、ECU2からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射時期がそれぞれ制御される。
エンジン3には、過給装置7が設けられており、この過給装置7は、ターボチャージャで構成された過給機8と、これに連結されたアクチュエータ9と、ベーン開度制御弁10を備えている。
過給機8は、吸気管4に設けられた回転自在のコンプレッサブレード8aと、排気管5に設けられた回転自在のタービンブレード8bおよび複数の回動自在の可変ベーン8c(2つのみ図示)と、これらのブレード8a,8bを一体に連結するシャフト8dとを有している。過給機8は、排気管5内の排ガスによりタービンブレード8bが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード8aが回転駆動されることによって、吸気管4内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
アクチュエータ9は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン8cに機械的に連結されている。このアクチュエータ9には、負圧ポンプから負圧供給通路(いずれも図示せず)を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁10が設けられている。ベーン開度制御弁10は、電磁弁で構成されており、その開度がECU2からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ9への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン8cの開度が変化することにより、過給圧が制御される。
吸気管4の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、空冷式のインタークーラ21(熱交換器)およびスロットル弁12が設けられている。インタークーラ21は、過給機8の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。インタークーラ21の構成は、従来のものと同様であるので、その詳細な説明については省略する。上記のスロットル弁12には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ12aが接続されている。スロットル弁12の開度は、アクチュエータ12aに供給される電流のデューティ比をECU2で制御することによって、制御される。
また、排気管5の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、フィルタ17および触媒装置18が設けられている。このフィルタ17は、排ガス中の煤などのパティキュレート(以下「PM」という)を捕集することによって、大気中に排出されるPMを低減する。フィルタ17の表面には、排ガス中のHCおよびCOを酸化する酸化触媒(図示せず)が担持されている。上記の触媒装置18は、排ガス中の酸素濃度が排ガス中に含まれるHCやCOなどの還元剤の濃度よりも高い酸化雰囲気下において、排ガス中のNOxを捕捉し、逆に、排ガス中の還元剤の濃度が酸素濃度よりも高い還元雰囲気下において、この還元剤により、捕捉したNOxを還元することによって、排ガスを浄化する。
なお、フィルタ17および触媒装置18の配置を上記とは逆に、すなわち、触媒装置18をフィルタ17よりも上流側に設けてもよい。また、排気ガスを浄化するための触媒やフィルタなどの他の装置を、さらに設けたり、上記のフィルタ17および触媒装置18に代えて設けたりしてもよい。
また、エンジン3には、低圧EGR管14aおよび低圧EGR制御弁14bを有する低圧EGR装置14が設けられている。低圧EGR管14aは、吸気管4の過給機8よりも上流側と排気管5のフィルタ17のすぐ下流側とをつなぐように接続されている。この低圧EGR管14aを介して、エンジン3の燃焼室から排出された排ガスの一部が、吸気管4にEGRガスとして還流する。これにより、燃焼室の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のNOxが低減される。上記の低圧EGR制御弁14bは、低圧EGR管14aに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量が、ECU2からの駆動信号によってリニアに制御されることにより、低圧EGR管14aを介して還流するEGRガスの量が制御される。
さらに、上述したように低圧EGR管14aが吸気管4の過給機8よりも上流側と排気管5のフィルタ17よりも下流側に接続されていることから、低圧EGR管14aの吸気管4との接続部分および排気管5との接続部分はいずれも、ほぼ大気圧状態になっているので、低圧EGR制御弁14bの上流側と下流側との圧力差は小さい。このため、この圧力差を増大させ、低圧EGR管14aを介した吸気管4へのEGRガスの導入を促すために、排気管5の低圧EGR管14aとの接続部分のすぐ下流側には、絞り弁14cが設けられている。この絞り弁14cには、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ14dが接続されており、絞り弁14cの開度は、このアクチュエータ14dに供給される電流のデューティ比をECU2で制御することによって、制御される。
なお、本実施形態では、低圧EGR管14aを、排気管5のフィルタ17のすぐ下流側に接続しているが、触媒装置18よりも下流側に接続してもよい。
さらに、インタークーラ21は、低圧EGR管14aを介して還流するEGRガスを冷却するためのEGRクーラとして兼用され、それにより、この種のEGR装置一般に設けられているEGRクーラが省略されている。
また、図3に示すように、インタークーラ21の上側には、エアコン用のコンデンサCとエンジン3の冷却水を冷却するためのラジエータRが設けられており、コンデンサCおよびラジエータRは、外気の流入方向に対して上流側および下流側にそれぞれ配置されている。なお、図3において、矢印付きの破線は外気の流れを示している。さらに、インタークーラ21およびコンデンサCの上流側には、ガイド22が設けられている。ガイド22は、コンデンサCおよびラジエータRに外気を案内するための第1通路22aと、インタークーラ21に外気を案内するための第2通路22bを有している。
この第2通路22bには、これを開閉し、インタークーラ21を流れる外気の流量を変更するためのシャッタ23が設けられている。このシャッタ23は、エンジン3を動力源とする負圧ポンプ(図示せず)からの負圧で駆動される負圧式のものであり、複数のバタフライ弁で構成されており、その開度はECU2により制御される。以上の構成により、シャッタ23の開度(以下「シャッタ開度」という)が大きいほど、インタークーラ21を流れる外気の流量はより大きくなる。
また、ラジエータRおよびインタークーラ21の下流側には、両者R,21への送風を行うためのファン24が設けられている。このファン24は、羽根車24aと、この羽根車24aに連結されたファンモータ24bを有する電動式のものである。このファンモータ24bの動作はECU2で制御され、それにより、ファン24によるラジエータR、コンデンサCおよびインタークーラ21への送風動作が制御される。
さらに、エンジン3には、エンジン回転数センサ31(車速パラメータ検出手段)が設けられている。このエンジン回転数センサ31は、マグネットロータ31aやMREピックアップ31bなどで構成されており、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを表す検出信号を、ECU2に出力する。また、エンジン3の本体には、サーミスタで構成された水温センサ32(機関温度パラメータ検出手段)が設けられている。この水温センサ32は、エンジン3のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度(以下「エンジン水温」という)TWを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
さらに、吸気管4の過給機8よりも上流側には、エアフローセンサ33が設けられており、このエアフローセンサ33は、エンジン3に吸入される吸入空気量QAを検出し、その検出信号をECU2に出力する。また、吸気管4のインテークマニホルド付近には、吸気温センサ34(吸気温パラメータ検出手段)が設けられている。この吸気温センサ34は、吸入空気の温度(以下「吸気温」という)TAを検出し、その検出信号をECU2に出力する。さらに、ECU2には、アクセル開度センサ35から、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどから成るマイクロコンピュータで構成されており、上述した各種のセンサ31〜35の検出信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、インジェクタ6や、過給装置7、シャッタ23、ファン24などの動作を制御する。なお、本実施形態では、ECU2が、シャッタ制御手段およびファン制御手段に相当する。
次に、図4を参照しながら、ECU2で実行される、シャッタ23およびファン24の動作を制御する処理(シャッタ・ファン制御処理)について説明する。本処理は、所定時間(例えば10msec)ごとに実行される。まず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、検出された吸気温TAが所定の下限値TAL(例えば50℃)以下で、かつ、検出されたエンジン水温TWが所定の下限値TWL(例えば60℃)以下であるか否かを判別する。この答がYESのとき、すなわち、吸気温TAが下限値TAL以下の所定の低吸気温領域にあるとともに、エンジン水温TWが下限値TWL以下の所定の低水温領域にあるときには、シャッタ23を全閉状態に制御するとともに、ファン24の作動を禁止し(ステップ2)、本処理を終了する。これにより、エンジン水温TWが低く、エンジン3の本体の温度が低すぎるときには、シャッタ23の全閉制御により、インタークーラ21への外気の流入が遮断されるとともに、ファン24の作動禁止により、インタークーラ21への送風が禁止される。
一方、上記ステップ1の答がNOで、吸気温TAが上記の下限値TALよりも大きいとき、または、エンジン水温TWが上記の下限値TWLよりも大きいときには、シャッタ23を開放する(ステップ3)。このステップ3では、シャッタ開度は、検出されたエンジン回転数NEと吸気温TAに応じて制御される。具体的には、エンジン回転数NEが高いほど、シャッタ開度は減少側に制御される。これは、エンジン回転数NEが高いほど、すなわち、車両Vの速度が高いほど、同じ大きさのシャッタ開度に対して、インタークーラ21を流れる外気の流量がより大きく、それにより、インタークーラ21による吸入空気の冷却度合が大きくなるためである。また、吸気温TAが高いほど、吸入空気を十分に冷却するために、シャッタ開度は増大側に制御される。
次いで、エンジン水温TWが上記の下限値TWLよりも大きな所定の上限値TWH(例えば100℃)よりも大きいか否かを判別する(ステップ4)。この答がYESのとき、すなわち、エンジン3の本体の温度が高いときには、ファン24を作動させ(ステップ5)、本処理を終了する。
一方、上記ステップ4の答がNOのときには、エンジン回転数NEが所定の下限値NEL(例えば2000rpm)以下で、かつ、吸気温TAが、前記下限値TALよりも大きな所定の上限値TAH(例えば95℃)よりも大きいか否かを判別する(ステップ6)。この答がYESのとき、すなわち、エンジン回転数NEで表される車両Vの速度が、上記の下限値NELで規定される所定の低速領域にあるとともに、吸気温TAが上記の上限値TAHで規定される所定の高温領域にあるときには、上記ステップ5を実行し、ファン24を作動させ、本処理を終了する。
一方、上記ステップ6の答がNOのとき、すなわち、エンジン回転数NEが下限値NELよりも大きいとき、または、吸気温TAが上限値TAH以下のときには、ファン24の作動を禁止し(ステップ7)、本処理を終了する。これにより、エンジン回転数NEで表される車両Vの速度が、下限値NELで規定される所定の低速領域よりも高い所定の高速領域にあるときに、ファン24によるインタークーラ21への送風が禁止される。
以上のように、本実施形態によれば、エンジン水温TWが所定の低水温領域にあり、エンジン3の温度が低すぎるときには、シャッタ23を全閉状態に制御し、インタークーラ21への外気の流れを遮断する。これにより、インタークーラ21による吸入空気の冷却を抑えられ、エンジン3の本体の温度を適切かつ速やかに高めることができ、したがって、エンジン3の燃費および排ガス特性を向上させることができる。また、上記のシャッタ23の全閉制御に加え、ファン24によるインタークーラ21への送風を禁止するので、エンジン3の本体の温度をより速やかに高めることができる。
さらに、車両Vの速度が所定の低速領域にあるとともに、吸気温TAが所定の高温領域にあるときに、ファン24によるインタークーラ21への送風を行うので、吸気温TAをエンジン3の運転に適するように十分に低下させることができ、したがって、エンジン3において安定した燃焼を行わせ、エンジン3の適正な燃費および排ガス特性を得ることができる。また、車両Vの速度が所定の高速領域にあるときに、ファン24によるインタークーラ21への送風を禁止するので、ファン24の無駄な作動を防止でき、したがって、ファン24を駆動するためのバッテリの電力を確保することができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態は、空冷式のインタークーラ21に本発明を適用した例であるが、空冷式のオイルクーラに適用してもよい。また、本実施形態では、本発明における機関温度パラメータは、エンジン水温TWであるが、エンジン3の本体の温度を表すものであれば、他のパラメータでもよい。例えば、エンジン3のエンジンブロックやシリンダヘッドの温度をセンサで検出した検出値でもよく、あるいは、エンジン3の本体の温度をエンジン回転数NEなどに応じて推定した推定値でもよい。
さらに、本実施形態では、ファン24は、電動式のものであるが、インタークーラ21への送風を行えるものであれば、他のタイプのファンでもよい。例えば、エンジン3を動力源として、エンジン3にクラッチを介して連結されるとともに、このクラッチの締結力の変更により送風量を制御可能に構成されたファンでもよい。また、本実施形態では、本発明における車速パラメータは、エンジン回転数NEであるが、車両Vの速度を表すものであれば、例えば、車両Vの速度をセンサによる検出や演算で求めた算出値などでもよい。さらに、本実施形態では、本発明における吸気温パラメータは、吸気温TAそのものであるが、吸入空気の温度を表すものであれば、他のパラメータでもよい。例えば、吸気管4のインテークマニホルド付近の内壁の温度をセンサで検出した検出値や、センサで検出した外気の温度および過給圧に応じて吸気温を推定した推定値などでもよい。
また、本実施形態では、吸気温TAが所定の低吸気温領域にあるとき、または、エンジン水温TWが所定の低水温領域にあるときに、シャッタ23の全閉制御により、インタークーラ21への外気の流入を完全に遮断しているが、シャッタ開度を減少側に制御し、インタークーラ21への外気の流入を完全に遮断せずに低減することも、本発明の範囲内である。さらに、本実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明はガソリンエンジンやLPGエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
1 吸気冷却装置
2 ECU(シャッタ制御手段、ファン制御手段)
3 エンジン
21 インタークーラ(熱交換器)
23 シャッタ
24 ファン
31 エンジン回転数センサ(車速パラメータ検出手段)
32 エンジン水温センサ(機関温度パラメータ検出手段)
34 吸気温センサ(吸気温パラメータ検出手段)
V 車両
TW エンジン水温(機関温度パラメータ)
NE エンジン回転数(車速パラメータ)
TA 吸気温(吸気温パラメータ)
2 ECU(シャッタ制御手段、ファン制御手段)
3 エンジン
21 インタークーラ(熱交換器)
23 シャッタ
24 ファン
31 エンジン回転数センサ(車速パラメータ検出手段)
32 エンジン水温センサ(機関温度パラメータ検出手段)
34 吸気温センサ(吸気温パラメータ検出手段)
V 車両
TW エンジン水温(機関温度パラメータ)
NE エンジン回転数(車速パラメータ)
TA 吸気温(吸気温パラメータ)
Claims (2)
- 車両に搭載された内燃機関に吸入される吸入空気を冷却するための吸気冷却装置であって、
外気と吸入空気の間の熱交換によって吸入空気を冷却する熱交換器と、
開度が可変に構成され、前記熱交換器よりも上流側に設けられ、前記開度に応じて前記熱交換器を流れる外気の流量を変更するためのシャッタと、
前記内燃機関の本体の温度を表す機関温度パラメータを検出する機関温度パラメータ検出手段と、
当該検出された機関温度パラメータが所定の低温領域にあるときに、前記シャッタの開度を減少側に制御することによって、前記熱交換器を流れる外気の流量を低減するシャッタ制御手段と、
前記熱交換器への送風を行うためのファンと、
前記車両の速度を表す車速パラメータを検出する車速パラメータ検出手段と、
吸入空気の温度を表す吸気温パラメータを検出する吸気温パラメータ検出手段と、
前記検出された車速パラメータが所定の低速領域にあるとともに、前記検出された吸気温パラメータが所定の高温領域にあるときに、前記ファンを作動させるファン制御手段と、
を備えることを特徴とする吸気冷却装置。 - 前記ファン制御手段は、前記車速パラメータが前記所定の低速領域よりも高い所定の高速領域にあるときには、前記ファンの作動を禁止することを特徴とする、請求項1に記載の吸気冷却装置。
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JP2013036452A (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-21 | Mitsubishi Motors Corp | 内燃機関 |
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2008
- 2008-03-13 JP JP2008063978A patent/JP2009221854A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110607 |