JP3717311B2 - エンジンの排ガス再循環装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガスの一部を排気系から取出し、吸気系に再循環させてNOxを低減するエンジンの排ガス再循環装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の排ガス再循環装置として、エンジンの排気管から分岐して吸気管に接続されたEGRパイプにEGRバルブが設けられ、EGRバルブに圧力ラインを介して圧力源が接続され、圧力ラインに設けられた電磁弁よりEGRバルブが開閉されるように構成されたEGR制御装置が知られている(特開平8−240155)。この装置には、エンジンの回転速度を検出する回転センサと、エンジンの燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサと、両センサの検出出力に基づいて電磁弁を制御するコントローラとが備えられる。
【0003】
図3に示すように、この装置では回転センサがエンジンのアイドル回転速度より高い所定の第1回転速度と第1回転速度より高くエンジンの最高回転速度より低い所定の第2回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサが無負荷ラック電圧より低い所定の第1電圧と無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第2電圧との間を検出するとき、即ち、図の斜線部分のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出したときにEGRバルブが開放されるようにコントローラは電磁弁を制御する。EGRバルブが開放されと排気管の排ガスがEGR通路を介して吸気管に供給されるので、エンジンの燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、NOxの排出を低減できるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のEGR制御装置では、発進時又は急加速時においてNOxの排出を実質的に低減できない無用のEGRバルブの動作がある。即ち、発進時又は急加速時にはアクセルペダルの踏込みにより図3の破線矢印fのように負荷ラック電圧に沿って回転速度が上昇し、最高回転速度付近でクラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩める。これにより、最高回転付近で破線矢印gで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が破線矢印hで示すように無負荷ラック電圧に沿って低下する。回転速度が低下した状態で、運転者はギヤチェンジを行いクラッチペダルを離すとともに、再びアクセルを踏込み車両を加速させる。この一連の加速動作において回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する破線矢印hで示す状態は約1秒程度の僅かな時間であるが、この僅かな時間であっても図の斜線部分のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出すると、コントローラは一瞬EGRバルブが開放されるように電磁弁を制御する。このコントローラの1秒程度の電磁弁の制御は無用のEGRバルブの動作であり、NOxの排出を実質的に低減できないものである。
【0005】
この不具合を解消するために、図4に示すように、所定の第1電圧を無負荷ラック電圧と略同一にして回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する際にコントローラによる電磁弁の制御を回避することも考えられるが、所定の第1電圧を無負荷ラック電圧と略同一にすると、車両の通常走行状態におけるEGRバルブが開放されているいわゆる中負荷状態から、エンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めたときに無用のEGRバルブの動作を生じる不具合がある。即ち、中負荷状態からアクセルペダルを緩めると、図4の矢印jで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下して車速が僅かに低下した後再びアクセルを踏込むことによりラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置から再び上昇して中負荷状態に戻る。このアクセルを緩めた後再び踏込むまでの時間は一般的に僅かな時間であるけれども、この僅かな時間であっても図の斜線部分以外のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出すると、コントローラは一瞬EGRバルブを閉止するように電磁弁を制御する。このコントローラの電磁弁の制御は無用のEGRバルブの動作であり、作動頻度が上昇してEGRバルブの寿命を短くする不具合がある。
本発明の目的は、無用のEGRバルブの動作を無くしてEGRバルブの信頼性を向上しうるエンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図2に示すように、ディーゼルエンジン11の排気管16と吸気管13とに接続されたEGR通路18に設けられこの通路18を開閉可能なEGRバルブ19と、EGRバルブ19を作動させるアクチュエータ23と、エンジン11の回転速度を検出する回転センサ36と、エンジン11の燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサ37と、両センサ36,37の検出出力に基づいてアクチュエータ23を制御するコントローラ24とを備え、図1に示すように、回転センサ36がエンジン11のアイドル回転速度より高い所定の第1回転速度と第1回転速度より高くエンジンの最高回転速度より低い所定の第2回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサ37が無負荷ラック電圧より低い所定の第1電圧と無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第2電圧との間を検出するときコントローラ24がEGRバルブ19によりEGR通路18を開放するようにアクチュエータ23を制御するエンジンの排ガス再循環装置の改良である。
その特徴ある構成は、所定の第1電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、負荷センサ37がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ24はしきい値以下になる直前のEGRバルブ19の作動状態を維持するようにアクチュエータ23を制御するところにある。
【0007】
この請求項1に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、発進時又は急加速時において、運転者がギヤをチェンジするために、クラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩めると、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する。回転センサ36は所定の第1回転速度と所定の第2回転速度との間の回転速度を検出するが、同時に負荷センサ37はしきい値以下のラック電圧を検出するので、負荷センサ37がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ24はEGRバルブ19の作動状態、即ち、EGRバルブ19を閉止した状態を維持するようにアクチュエータ23を制御し、コントローラ24は無用のEGRバルブ19の動作を回避する。
【0008】
一方、通常走行状態からエンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めると、図1の矢印dで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下するが、同時に負荷センサ37はしきい値以下のラック電圧を検出し、負荷センサ37がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ24はEGRバルブ19の作動状態を維持するので、アクセルを踏込むことによりラック電圧が再び上昇するまでの間、コントローラ24はEGRバルブ19を開放した状態を維持するようにアクチュエータ23を制御し、コントローラ24は無用のEGRバルブ19の動作を回避する。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図2に示すように、ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド12を介して吸気管13が接続され、排気ポートには排気マニホルド14を介して排気管16が接続される。排気管16と吸気管13との間には排ガス再循環装置17が設けられる。この排ガス再循環装置17は、一端が排気管16に接続され他端が吸気管13に接続されたEGR通路18と、このEGR通路18に設けられたEGRバルブ19と、一端がEGRバルブ19に接続され他端が圧縮流体源であるエアタンク21に接続された制御流体通路22と、この制御流体通路22に設けられEGRバルブを作動させるアクチュエータである電磁弁23と、エンジン11の回転速度を検出する回転センサ36と、エンジン11の図示しない燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサ37と、両センサ36,37の検出出力に基づいて電磁弁23を制御するコントローラ24とを備える。
【0010】
EGR通路18は排気管16及び吸気管13にエンジン11をバイパスして接続され、このEGR通路18は途中にEGRバルブ19を設けることにより排気管16側の第1排ガス通路18a及び吸気管13側の第2排ガス通路18bに分割される。EGRバルブ19はエアタンク21からの圧縮空気の圧力により駆動され、EGR通路18を開閉するように構成される。このEGRバルブ19は、第1及び第2排ガス通路18a,18bがそれぞれ接続され内部に弁体26を収容可能な円錐台状の空洞27aを有する弁体用ケース27と、この弁体用ケース27に取付けられ内部に圧縮空気を導入可能な円柱状の空洞28aを有する空気導入用ケース28とを備える。
【0011】
弁体用ケース27には同一孔芯上に第1及び第2排ガス用孔27b,27cがそれぞれ形成され、これらの孔27b,27cの一端には上記第1及び第2排ガス通路18a,18bがそれぞれ接続される。また第1及び第2排ガス用孔27b,27cの他端は円錐台状の空洞27aのテーパ面からこの空洞27aに臨み、これにより第1及び第2排ガス用孔27b,27cは円錐台状の空洞27aに連通する。弁体26は円錐台状の空洞27aに対応する円錐台状に形成され、第1及び第2排ガス用孔27b,27cを上記空洞27aを介して連通可能に閉止する。また弁体26の基端にはロッド29を介してピストン31が一体的に設けられる。ロッド29は滑り軸受32により摺動可能に保持され、ピストン31は円柱状の空洞28aに摺動可能に収容される。ピストン31は円柱状の空洞28aに収容された圧縮コイルばね33の弾性力により弁体用ケース27から離れる方向に付勢され、これにより弁体26も第1及び第2排ガス用孔27b,27cを閉止する方向に付勢される。また空気導入用ケース28にはピストン31の頂面に対向して圧縮空気用孔28bが形成される。図中符号34は滑り軸受32に隣接して設けられたシール部材であり、符号28cは空気導入用ケース28に形成された呼吸孔である。
【0012】
制御流体通路22の一端は上記空気導入用ケース28に形成された圧縮空気用孔28bに接続され、この通路22の途中に電磁弁23を設けることにより制御流体通路22はエアタンク21側の第1空気通路22a及びEGRバルブ19側の第2空気通路22bに分割される。また電磁弁23は3方2位置切換えの電磁弁であり、第1空気通路22aが接続された第1ポート23aと、第2空気通路22bが接続された第2ポート23bと、第3ポート23cとを有する。この電磁弁23をオンすると第1及び第2ポート23a,23bが連通してエアタンク21の圧縮空気がEGRバルブ19に供給され、オフすると第2ポート23b及び第3ポート23cが連通してEGRバルブ19に供給された圧縮空気が第3ポート23cから大気に排出されるように構成される。
【0013】
エンジン11の回転速度は回転センサ36により検出され、エンジン11の負荷は負荷センサ37により検出される。コントローラ24の制御入力には回転センサ36及び負荷センサ37の検出出力が接続され、コントローラ24の制御出力は図示しない駆動回路を介して電磁弁23に接続される。またコントローラ24には図示しないメモリが設けられ、このメモリにはエンジン11の回転速度及び負荷の変化によって電磁弁23をオンオフする時期がマップとして記憶される。
【0014】
具体的に、マップには図1に示すように、エンジン11のアイドル回転速度より高い所定の第1回転速度と、この第1回転速度より高くエンジン11の最高回転速度より低い所定の第2回転速度と、無負荷ラック電圧より低い所定の第1電圧と、無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第2電圧とが記憶される。回転センサが所定の第1回転速度と所定の第2回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサが所定の第1電圧と所定の第2電圧との間を検出するとき、即ち、図1の斜線部分のエンジン状態のときにEGRバルブが開放されるようにコントローラは電磁弁を制御するように構成される。
また、マップには所定の第1電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値として記憶され、負荷センサがこのしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のEGRバルブの作動状態を維持するように電磁弁を制御するように構成される。
【0015】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
トラックを発進させるため又は加速するためにアクセルペダル(図示せず)を急激に踏込むと、エンジン状態はアクセルペダルの踏込みにより図1の破線矢印aのように負荷ラック電圧に沿って回転速度が上昇し、図2に示すコントローラ24は各センサ36,37の検出出力及びメモリのマップを比較演算して電磁弁23をオフする。これにより第2ポート23bと第3ポート23cとは連通し、EGRバルブ19に供給された圧縮空気が第2空気通路22bは大気に排出され、EGRバルブ19の弁体26は圧縮コイルばね33の弾性力により第1及び第2排ガス用孔27b,27cを遮断するので、比較的多量の空気を必要とするエンジン11の吸気管13への排ガスの流入を停止する。これにより、発進又は加速時のエンジン11のEGRによる空気不足が解消されるので、エンジン11からの黒煙の排出を低減できる。
【0016】
アクセルペダルの踏込みにより所定量回転速度が上昇すると運転者はギヤをチェンジするために、最高回転速度付近でクラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩める。このため、最高回転付近で図1の破線矢印bで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が破線矢印cで示すように無負荷ラック電圧に沿って低下する。この時、回転センサ36は所定の第1回転速度と所定の第2回転速度との間の回転速度を検出するが、同時に負荷センサ37はしきい値以下のラック電圧を検出するので、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ24はEGRバルブ19の作動状態、即ち、電磁弁23をオフ状態に維持してエンジン11の吸気管13への排ガスの流入を停止する。
【0017】
回転速度が低下した状態で、運転者はギヤチェンジを行いクラッチペダルを離すとともに、再びアクセルを踏込み車両を加速させる。この時は既に回転センサ36が所定の第1回転速度より低い回転速度を検出するので、ラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇してもコントローラ24は各センサ36,37の検出出力及びメモリのマップを比較演算して電磁弁23をオフしてエンジン11の吸気管13への排ガスの流入を停止し、コントローラ24の無用の電磁弁の制御が禁止される。
【0018】
トラックが発進加速した後に平地を一定速度で走行するときは、エンジン11は比較的軽負荷であるので、コントローラ24は回転センサ36及び負荷センサ37の各検出出力とメモリ(図示せず)に記憶されたマップとを比較演算して電磁弁23をオンする。これにより電磁弁23の第1及び第2ポート23a,23bが連通し、エアタンク21の圧縮空気が制御流体通路22を介してEGRバルブ19の円柱状の空洞28aに導入されるので、ピストン31がロッド29及び弁体26とともに圧縮コイルばね33の弾性力に抗して実線矢印の方向に移動し、弁体26は二点鎖線矢印で示す位置に至る。この結果、第1及び第2排ガス用孔27b,27cが円錐台状の空洞27aを介して連通し、排気管16の排ガスがEGR通路18を介して吸気管13に供給されるので、エンジン11の燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、NOxの排出を低減できる。
【0019】
この平地を一定速度で走行する通常走行状態Dからエンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めると、図1の矢印dで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下するが、同時に負荷センサ37はしきい値以下のラック電圧を検出し、負荷センサ37がしきい値以下のラック電圧を検出している間コントローラ24はしきい値以下になる直前のEGRバルブ19の作動状態を維持するので、車速が僅かに低下した後再びアクセルを踏込むことによりラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇して中負荷状態に戻るまでの間、コントローラ24はEGRバルブ19を開放した状態を維持するように電磁弁23を制御し、コントローラ24は無用のEGRバルブ19の動作を回避する。
【0020】
なお、上記実施の形態では、圧縮流体として圧縮空気を挙げたが、その他の圧縮流体でもよい。
また、上記実施の形態では、エンジンをトラックに搭載したが、エンジンを乗用車、産業機械、建設機械又は船等に搭載してもよい。
更に、上記実施の形態では、自然給気エンジンに本発明の排ガス再循環装置を適用したが、ターボチャージャ付エンジン又はスーパチャージャ付エンジンに本発明の排ガス再循環装置を適用してもよい。
【0021】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、所定の第1電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のEGRバルブの作動状態を維持するようにアクチュエータを制御するので、発進時又は急加速時において、運転者がギヤをチェンジするためにアクセルペダルの踏込みを緩めることにより従来生じていたNOxの排出を実質的に低減できない無用のEGRバルブの動作を無くすことができる。
また、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のEGRバルブの作動状態を維持するようにしたので、通常走行状態から車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めてエンジンブレーキをきかせても、負荷センサはしきい値以下のラック電圧を検出して再びアクセルを踏込むことによりラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇するまでの間にコントローラがアクチュエータを制御することもない。この結果、無用のEGRバルブの動作を無くしてEGRバルブの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス再循環装置のエンジン状態との関係における動作範囲を示す図。
【図2】その排ガス再循環装置の構成図。
【図3】従来の排ガス再循環装置の動作範囲を示す図1に対応する図。
【図4】従来の排ガス再循環装置の別の動作範囲を示す図1に対応する図。
【符号の説明】
11 エンジン
13 吸気管
16 排気管
18 EGR通路
19 EGRバルブ
23 アクチュエータ(電磁弁)
24 コントローラ
36 回転センサ
37 負荷センサ
Claims (1)
- ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)と吸気管(13)とに接続されたEGR通路(18)に設けられこの通路(18)を開閉可能なEGRバルブ(19)と、前記EGRバルブ(19)を作動させるアクチュエータ(23)と、前記エンジン(11)の回転速度を検出する回転センサ(36)と、前記エンジン(11)の燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧を前記エンジンの負荷として検出する負荷センサ(37)と、前記両センサ(36,37)の検出出力に基づいて前記アクチュエータ(23)を制御するコントローラ(24)とを備え、
前記回転センサ(36)が前記エンジン(11)のアイドル回転速度より高い所定の第1回転速度と前記第1回転速度より高く前記エンジンの最高回転速度より低い所定の第2回転速度との間の回転速度を検出し、かつ前記負荷センサ(37)が無負荷ラック電圧より低い所定の第1電圧と前記無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第2電圧との間を検出するとき前記コントローラ(24)が前記EGRバルブ(19)により前記EGR通路(18)を開放するように前記アクチュエータ(23)を制御するエンジンの排ガス再循環装置において、
前記所定の第1電圧より高く前記無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、前記負荷センサ(37)が前記しきい値以下のラック電圧を検出している間、前記コントローラ(24)は前記しきい値以下になる直前のEGRバルブ(19)の作動状態を維持するように前記アクチュエータ(23)を制御することを特徴とするエンジンの排ガス再循環装置。
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