JP3010988B2 - アクチュエータ用ソレノイド駆動装置 - Google Patents

アクチュエータ用ソレノイド駆動装置

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JP3010988B2
JP3010988B2 JP5245074A JP24507493A JP3010988B2 JP 3010988 B2 JP3010988 B2 JP 3010988B2 JP 5245074 A JP5245074 A JP 5245074A JP 24507493 A JP24507493 A JP 24507493A JP 3010988 B2 JP3010988 B2 JP 3010988B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ用ソレ
ノイド駆動装置、特に、内燃機関の燃料噴射弁や油圧バ
ルブ等を操作するソレノイドの駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の燃料噴射弁を操作するソレノ
イドすなわちインジェクタソレノイドや或る種の油圧バ
ルブを操作するソレノイド等のような高速動作が必要な
アクチュエータ用ソレノイド駆動回路としては、例え
ば、インジェクタソレノイドに関する実開昭63−19
8443号公報に示されているように、燃料噴射に先立
って蓄電装置に溜めておいた電荷をソレノイドに供給す
るようにして、短い燃料噴射時間の間において必要な量
の燃料をリニアリティを損なうことなく供給するように
するものが用いられている。
【0003】図11は、このような従来のアクチュエー
タ用ソレノイド駆動回路の基本的な構成を示す回路図で
ある。この駆動回路は、バッテリー11からDC−DC
コンバータからなる昇圧回路12により高電圧を発生さ
せ、そのエネルギーを一旦大容量コンデンサ13に蓄
え、その後、スイッチ14による通電時にそのエネルギ
ーを急激に放出してソレノイドコイル(インダクタンス
S 、抵抗RS )に供給し、ソレノイド10を高速に作
動させるように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路には、
例えば油圧バルブ操作用ソレノイドのように、その動作
に作動油が用いられている場合、ソレノイドが配置され
ている温度環境に影響されて作動油の粘性が変化し、ソ
レノイドの動作速度が大幅に変化してしまうという問題
がある。
【0005】また、インジェクタソレノイドの場合、内
燃機関の高速回転のため、ソレノイドの動作速度の遅れ
が例えばクランク角で数度のズレを生じることとなり、
ソレノイド自身の動作速度の高速化が重要である。しか
し、いたずらに高速化を進めると、低速回転時のエネル
ギーロスが大きくなるので、最適な動作速度の高速化、
すなわち、必要最小限の動作速度の設定を実現しなけれ
ばならないという問題がある。
【0006】更に、上述した従来のソレノイド駆動回路
によりソレノイドの動作速度を向上させるためには、更
なる昇圧回路の高圧化および大型のコンデンサを必要と
することとなり、そのためのコストアップや信頼性の低
下という問題がある。そこで、本発明は、動作速度を容
易に制御することができ、かつ、シンプルな回路構成を
持ち、低コストで、温度ドリフトも少ないアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置を提供することを目的とする。
【0007】また、本発明は、最適な動作速度を有し、
かつ、温度による動作速度の変動が少ないアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によるアクチュエ
ータ用ソレノイド駆動装置は、バッテリー、チョークコ
イルおよび第1のスイッチからなる閉回路と、その第1
のスイッチに並列に接続されたソレノイド通電用の第2
のスイッチとソレノイドとの直列接続回路とを備え、チ
ョークコイルがソレノイドより十分に大きいインダクタ
ンスを持ち、かつ、第1のスイッチのオンにより閉回路
中のチョークコイルに一定時間電流を流した後に、第2
のスイッチのオンによりソレノイドへの通電が行われる
ように構成される。
【0009】また、ソレノイドが油圧バルブ操作用ソレ
ノイドである場合、ソレノイドの温度検出手段と、その
検出出力により第1のスイッチのオン時間を制御する時
間制御手段とが更に設けられる。更に、ソレノイドが内
燃機関の燃料噴射弁操作用ソレノイドである場合、内燃
機関の回転速度に応じて第1のスイッチのオン時間を制
御する時間制御手段が更に設けられる。
【0010】
【作用】上記の構成によれば、アクチュエータ用ソレノ
イドの通電前に、第1のスイッチのオンによってチョー
クコイルに電流を流しておくことにより、通電時初期に
ソレノイドに大電流を供給することができ、高速でソレ
ノイドを駆動することができる。これにより、大型のコ
ンデンサは不要となる。
【0011】また、油圧バルブ操作用ソレノイドの場
合、温度に応じて駆動電流を変えて、作動油の粘性変化
による動作速度の変化を補償することができる。更に、
内燃機関の燃料噴射弁操作用ソレノイドの場合、高回転
時のソレノイド駆動の高速化を図ることができ、低回転
時のエネルギーロスを低減することができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明によるアクチュエータ用ソレ
ノイド駆動装置の第1の実施例の構成を示す回路図であ
る。図中、1は直流電圧E0 のバッテリー、2はインダ
クタンスL1 を持つチョークコイル、3は第1のスイッ
チSW1 、4は第2のスイッチSW2 、10はインダク
タンスLS および抵抗RS を持つアクチュエータ用ソレ
ノイドであり、チョークコイル2のインダクタンスL1
はソレノイド10のインダクタンスLS より十分大きな
値とされている。図2は、図1の装置の動作波形を示す
波形図である。
【0013】本第1の実施例においては、まず、第1の
スイッチ3をオンにすると、バッテリー1からチョーク
コイル2を通じて増大する電流I1 =I2 が流れる。所
定のオン時間の後、第1のスイッチ3をオフにすると同
時に、第2のスイッチ4をオンにすると、チョークコイ
ル2を流れていた電流I1 がソレノイド10に電流I 3
として流れる。この時、大きいインダクタンスLS を持
つチョークコイル2に蓄えられたエネルギーが放出され
て、初期の間に減衰する初期電流I3 が流れ、その後、
電流I3 はE0 /RS の値まで低下して、必要とするソ
レノイド駆動時間を決める第2のスイッチ4がオフとな
るまで流れ続ける。このように、電流I 3 はその初期に
おいて大幅に増大され、その大きさは第1のスイッチ3
のオン時間の長さに依存することとなる。
【0014】図3は、上記した本発明によるアクチュエ
ータ用ソレノイド駆動装置の第1の実施例の変形例の構
成を示す回路図である。本変形例においては、サイリス
タ(SCR)を用いて、図1の装置における第2のスイ
ッチ4がオンにされるタイミングを自動的に決定する構
成が付加されている。そのために、第2のスイッチの位
置に、ゲートおよびアノード間に抵抗R1 およびツェナ
ーダイオード(ZD)6の直列回路が接続されたSCR
5が挿入され、そのソレノイド側にスイッチSW2 が常
閉スイッチ4’として直列接続されている。図4は、図
3の装置の動作波形を示す波形図である。
【0015】本変形例においては、第1のスイッチ3
が、所定のオン時間の後、オフにされると、SCR5の
アノードにカソードより高い電圧が加わり、この電圧は
ZD6のツェナー電圧より高くなり、抵抗R1 を通じて
ゲート電流が流れて、SCR5がオンとなる。そこで、
SCR5、常閉スイッチ4’を通じてソレノイド10に
図1の装置と同様な電流I3 が流れる。所定のソレノイ
ド駆動時間の後、スイッチ4’がオフにされると、電流
3 が零となり、SCR5もオフとなる。このように、
第1のスイッチ3のオフによりソレノイド10の通電を
自動的に開始することができ、図1の装置におけるよう
に第1および第2のスイッチを同期させる必要がなく、
第1のスイッチ3のオン時間によりソレノイド駆動電流
3 の初期値を決めることができる。
【0016】図5は、上記した本発明によるアクチュエ
ータ用ソレノイド駆動装置の第1の実施例の他の変形例
の構成を示す回路図である。本変形例においては、GT
Oを用いて、図1の装置における第2のスイッチ4がオ
ンにされるタイミングを自動的に決定する構成が付加さ
れている。そのために、第2のスイッチの位置に、ゲー
トおよびアノード間に抵抗R1 およびツェナーダイオー
ド(ZD)6の直列回路が接続され、かつ、ゲートおよ
び接地間に抵抗R2 および常開スイッチ(SW 3 )8の
直列回路が接続されたGTO7が挿入されている。図6
は、図5の装置の動作波形を示す波形図である。
【0017】本変形例においては、第1のスイッチ3
が、所定のオン時間の後、オフにされると、GTO7の
アノードにカソードより高い電圧が加わり、この電圧は
ZD6のツェナー電圧より高くなり、抵抗R1 を通じて
ゲート電流が流れて、GTO7がオンとなる。そこで、
GTO7を通じてソレノイド10に図1の装置と同様な
電流I3 が流れる。所定のソレノイド駆動時間の後、ス
イッチ8がオンにされると、GTOのゲートに負電圧が
かかり、GTO7がオフとなる。このように、第1のス
イッチ3のオフによりソレノイド10の通電を自動的に
開始することができ、図1の装置におけるように第1お
よび第2のスイッチを同期させる必要がなく、第1のス
イッチ3のオン時間によりソレノイド駆動電流I3 の初
期値を決めることができる。なお、GTO7のオフのた
めのゲート回路としては、図示のものに限らず種々の構
成を採用することができることはいうまでもない。
【0018】以上説明した本発明によるアクチュエータ
用ソレノイド駆動装置の第1の実施例によれば、大容量
のコンデンサを用いていないので、温度ドリフトが少な
く、また、動作温度範囲が極めて広く、しかも、回路が
シンプルであり、低コストの装置を得ることができる。
そして、本第1の実施例によれば、ソレノイド駆動の初
期電流値を第1のスイッチのタイミングにより自由に設
定かつ可変にすることができ、その動作速度を制御する
ことが可能となる。
【0019】図7は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第2の実施例の構成を示す回路ブロ
ック図である。本第2の実施例は、例えば油圧バルブ操
作用ソレノイドの場合、その温度環境により作動油の粘
性が変化し、ソレノイドの動作速度が大幅に変動するこ
とを補償するためのものであり、そのために、図1に示
されているアクチュエータ用ソレノイド駆動装置に、更
に、ソレノイド10に取り付けられた温度センサ9と、
その検知出力に応じて第1のスイッチ3のオン時間を制
御する制御手段20とが設けられている。制御手段20
には、例えば、所定の「ソレノイドの温度」対「第1の
スイッチのオン時間」関係を設定するマップ、あるい
は、所定の関数に基づいて「ソレノイドの温度」に対す
る「第1のスイッチのオン時間」を演算する演算機能が
設けられている。
【0020】本第2の実施例によれば、ソレノイド10
の温度が高く、動作速度が速い場合には、第1のスイッ
チ3のオン時間を短時間として、ソレノイド10の通電
初期の電流値を低くして、動作速度を適当な速さに落と
し、また、ソレノイド10の温度が低い場合には、第1
のスイッチ3のオン時間を長くして、ソレノイド10の
通電初期の電流値を上げて動作速度を速くすることによ
り、ソレノイド10の動作速度を常に一定とすることが
できる。
【0021】本第2の実施例は、図11に示されている
従来のソレノイド駆動装置を用いても実現することがで
きる。図8は、それを実現した例であり、本発明による
アクチュエータ用ソレノイド駆動装置の第2の実施例の
変形例の構成を示す回路ブロック図である。そのため、
図11の従来の駆動装置に、ソレノイド10の温度を検
知する温度センサ9と、その検知出力に応じてDC−D
Cコンバータ12の出力電圧を制御する制御手段20’
とが設けられている。制御手段20’には、例えば、所
定の「ソレノイドの温度」対「DC−DCコンバータの
出力電圧」関係を設定するマップが搭載されている。な
お、このマップをDC−DCコンバータ12内に組み込
み、制御手段20’を省略することもできる。
【0022】上記した本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第2の実施例によれば、過負荷によ
る過熱を防止でき、しかも、フェールセーフの検出も可
能であり、シンプルな回路で、信頼性が高く、低コスト
のソレノイド駆動装置が得られる。なお、本第2の実施
例を内燃機関の燃料噴射弁駆動装置に適用する場合にお
いて、燃料噴射制御用のサーミスタの出力、例えば、冷
却水温データTHWを温度センサ出力として利用し、そ
の燃料噴射制御装置ECUに制御マップを含ませること
ができる。
【0023】図9は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第3の実施例の構成を示す回路ブロ
ック図である。本第3の実施例は、例えば内燃機関の燃
料噴射弁操作用ソレノイドの場合、内燃機関の回転速度
にソレノイドの動作速度を適合させるためのものであ
り、そのために、図1に示されているアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置に、更に、内燃機関の回転速度Ne
に応じて、第1のスイッチ3のオン時間を変化させるた
めの制御手段21が設けられている。内燃機関の回転速
度Ne とソレノイド10の動作速度とはほぼ比例関係に
あることが望ましく、制御手段21には、例えば、その
「内燃機関の回転速度」対「第1のスイッチのオン時
間」関係を設定するマップ、あるいは、その関数に基づ
いて「内燃機関の回転速度」に対する「第1のスイッチ
のオン時間」を演算する演算機能が設けられている。な
お、この制御手段21は、燃料噴射制御装置ECUに含
ませることができることはいうまでもない。
【0024】本第3の実施例によれば、内燃機関の回転
速度度Ne に応じて、第1のスイッチ3のオン時間をほ
ぼ比例的に変化させ、ソレノイド通電初期の電流値、し
たがって、ソレノイドの動作速度を変化させることによ
り、ソレノイドの動作遅れによるズレ量を内燃機関のク
ランク角において常に一定とすることができ、無駄なエ
ネルギーロスを無くし、シンプルな回路で、信頼性が高
く、低コストのソレノイド駆動装置を得ることができ
る。
【0025】本第3の実施例もまた、図11に示されて
いる従来のソレノイド駆動装置を用いても実現すること
ができる。図10は、それを実現した例であり、本発明
によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の第3の実
施例の変形例の構成を示す回路ブロック図である。その
ため、図11の従来の駆動装置に、内燃機関の回転速度
e に応じてDC−DCコンバータ12の出力電圧を制
御する制御手段21’が設けられている。制御手段2
1’には、例えば、ほぼ比例関係にある「内燃機関の回
転速度」対「DC−DCコンバータの出力電圧」関係を
設定するマップが搭載されている。なお、このマップ
は、ほぼ正比例の関係にあるので、アナログ回路により
実現することもでき、例えば、DC−DCコンバータ1
2内に簡単に組み込み、それにより制御手段21’を省
略することができる。
【0026】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、スイッチ
のオン時間を調整するのみの簡単な構成により動作速度
を容易に制御することができ、かつ、シンプルな回路構
成を持ち、低コストで、温度ドリフトも少ないアクチュ
エータ用ソレノイド駆動装置を得ることができる。
【0027】また、本発明によれば、適用対象の動作状
態に対して最適な動作速度を有し、かつ、温度による動
作速度の変動が少ないアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第1の実施例の構成を示す回路図である。
【図2】図1の装置の動作波形を示す波形図である。
【図3】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第1の実施例の変形例の構成を示す回路図であ
る。
【図4】図3の装置の動作波形を示す波形図である。
【図5】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第1の実施例の他の変形例の構成を示す回路図で
ある。
【図6】図5の装置の動作波形を示す波形図である。
【図7】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第2の実施例の構成を示す回路ブロック図であ
る。
【図8】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第2の実施例の変形例の構成を示す回路ブロック
図である。
【図9】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第3の実施例の構成を示す回路ブロック図であ
る。
【図10】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第3の実施例の変形例の構成を示す回路ブロッ
ク図である。
【図11】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の基本的な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1、11…バッテリー 2…チョークコイル 3…第1のスイッチ 4…第2のスイッチ 4’…常閉スイッチ 5…SCR 6…ツェナーダイオード 7…GTO 8…常開スイッチ 9…温度センサ 10…ソレノイド 12…DC−DCコンバータ 13…大容量コンデンサ 14…スイッチ 20、20’、21、21’…制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16K 31/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッテリー、チョークコイルおよび第1
    のスイッチからなる閉回路と、上記第1のスイッチに並
    列に接続されたソレノイド通電用の第2のスイッチとソ
    レノイドとの直列接続回路とを備え、 上記チョークコイルが上記ソレノイドより十分に大きい
    インダクタンスを持ち、かつ、上記第1のスイッチのオ
    ンにより上記閉回路中の上記チョークコイルに一定時間
    電流を流した後に、上記第2のスイッチのオンにより
    ソレノイドへの通電が行われるアクチュエータ用ソレ
    ノイド駆動装置において、 上記ソレノイドが油圧バルブ操作用ソレノイドであり、 上記ソレノイドの作動油温を検出する温度検出手段、お
    よび 上記温度検出手段の検出出力に応じて上記第1のス
    イッチのオン時間を制御する制御手段、 を備えたことを特徴とする アクチュエータ用ソレノイド
    駆動装置。
  2. 【請求項2】 バッテリー、チョークコイルおよび第1
    のスイッチからなる閉回路と、上記第1のスイッチに並
    列に接続されたソレノイド通電用の第2のスイッチとソ
    レノイドとの直列接続回路とを備え、 上記チョークコイルが上記ソレノイドより十分に大きい
    インダクタンスを持ち、かつ、上記第1のスイッチのオ
    ンにより上記閉回路中の上記チョークコイルに一定時間
    電流を流した後に、上記第2のスイッチのオンにより上
    記ソレノイドへの通電が行われるアクチュエータ用ソレ
    ノイド駆動装置において、 上記ソレノイドが内燃機関の燃料噴射弁操作用ソレノイ
    ドであり、 上記内燃機関の回転速度に応じて上記第1のスイッチの
    オン時間を制御する制御手段、 を備えたことを特徴とするアクチュエータ用ソレノイド
    駆動装置。
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