JP3761941B2 - 内燃機関の電磁駆動弁制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力により開閉駆動可能な吸気弁(電磁駆動吸気弁)を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
運転状態に応じて特性の異なる吸排気弁駆動用カムを選択的に切り換える可変動弁機構を有する内燃機関の制御装置であって、スロットル弁開度制御の異常を検出したときは、機関出力の小さい方のカムに強制的に切り換えるというフェールセーフ処理を行うようにしたものが従来より知られている(特開平5−125966号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電磁駆動吸気弁を備えた機関では、スロットル弁が必ずしも必要ではなく、吸入空気量の調整は主に吸気弁の開弁期間を変更することにより行うため、上記従来の装置におけるフェールセーフ処理をそのまま適用することはできない。このため、機関の燃焼状態の影響により点火プラグや点火コイル等の点火装置の過負荷状態となった場合に、有効な措置をとることができず、点火装置の耐久性を損なうおそれがあった。
【0004】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、点火装置の過負荷による劣化を防止し、耐久性を向上させることができる内燃機関の電磁駆動弁制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、電磁駆動吸気弁を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置において、前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出した機関運転状態に応じて基準点火特性値を設定する点火特性値設定手段と、実点火特性値を検出する点火特性値検出手段と、前記検出した機関運転状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を設定する開弁期間設定手段と、前記基準点火特性値と実点火特性値とを比較し、該比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態を判定する過負荷状態判定手段と、前記点火装置の過負荷状態と判定した場合には、前記点火装置の過負荷状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を減少方向に補正する補正手段とを設けるようにしたものである。
また、前記補正手段は、前記過負荷状態に移行したときから所定時間内であるときは、前記開弁期間を設定する基本値から前記過負荷状態に応じて設定される減算値を減算することにより前記開弁期間を補正すると共に、前記減算値を漸増するように設定することを特徴とする。
【0006】
本発明によれば、検出した実点火特性値と基準点火特性値との比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態が検出され、該過負荷状態を検出した場合には、点火装置の過負荷状態に応じて電磁駆動吸気弁の開弁期間が減少方向に補正される。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0008】
図1は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)の制御装置の構成を示す図である。
【0009】
本実施の形態のエンジンは、例えば4気筒で構成されており、その各気筒毎に点火動作を行うための点火回路がそれぞれ設けられている。この各点火回路は、同一の回路構成を有し、後述するCPUによって駆動順序が制御され、例えば1番気筒→3番気筒→4番気筒→2番気筒の順で点火動作を行う。
【0010】
ここで説明を簡単にするために図1においては、1番気筒及び4番気筒に対応する各点火回路を1グループとして単に点火回路101として表示し、同様に2番気筒及び3番気筒に対応する各点火回路を1グループとして点火回路102として表示する。
【0011】
また、各気筒には電磁駆動型の吸気弁及び排気弁が設けられており、これらの弁の開弁期間(開弁時期及び閉弁時期)を任意に設定することができるように構成されている。
【0012】
図1の点火回路101において、電源電圧(バッテリ電圧)VBが供給される電源端子T1は一次側コイル2と二次側コイル3とから成る点火コイル1と接続され、一次側コイル2と二次側コイル3とは互いにその一端で接続され、一次側コイル2の他端はトランジスタ4のコレクタに接続され、トランジスタ4のベースは点火指令信号Aが入力される入力端子T2に接続され、そのエミッタは接地されている。また、二次側コイル3の他端はダイオード7のアノードに接続され、ダイオード7のカソードはディストリビュータ6を介して点火プラグ5の中心電極5aに接続され、点火プラグ5の接地電極5bは接地されている。
【0013】
ディストリビュータ6と中心電極5aとを接続する接続線15の途中には、その接続線15と静電的に結合された(接続線15と数PFのコンデンサを形成する)点火電圧センサ10が設けられている。点火回路102も同様の構成を有している。
【0014】
そして、点火回路101,102の各点火電圧センサ10の出力は、電子コントロールユニット(以下「ECU」という)8のピーク検出回路12A,12Bにそれぞれ接続されている。ピーク検出回路12A,12Bは、点火電圧(2次電圧)のピーク値Vobj(図6(d)参照)を検出し、デジタル信号に変換してCPU(中央処理装置)11に供給する。
【0015】
CPU11には、入力回路13を介して、エンジン運転パラメータの値を検出する各種運転パラメータセンサ(運転状態検出手段)9が接続されており、アクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)AP、吸入空気量QA、吸気温TA、エンジン水温TW、エンジン回転数NE、クランク軸の回転角度を示すクランク角信号、特定気筒の上死点タイミングを示し、クランク軸が360°回転する毎に1パルス出力される基準パルス信号、空燃比(エンジン排気系に設けられたO2センサ出力信号)、点火プラグ温度、バッテリ電圧VB等の運転パラメータの検出信号が入力される。
【0016】
なお、クランク角信号及び基準信号は、1つのクランクセンサ(光学式、磁気式、ホール式、磁気抵抗素子等)で生成され、図4に示すような信号がECU8に入力される。本実施の形態では、#1、#4気筒グループのピストンが上死点に位置するタイミングで、基準パルスが出力されるように構成されている。
【0017】
CPU11は、駆動回路14を介して点火回路101、102のトランジスタ4、エンジンの吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁200及び電磁駆動型の吸気弁及び排気弁(電磁駆動弁)300に接続されている。また、CPU11が実行するプログラム等を記憶するROM21及びCPU11が演算に使用するRAM22が設けらており、CPU11に接続されている。
【0018】
CPU11は、各種センサの検出信号に基づいて点火時期、燃料噴射弁の開弁時間及び電磁駆動弁の開閉弁時期を演算し、演算結果に応じた駆動信号を駆動回路14に出力する。
【0019】
図2は、図1の電磁駆動吸気弁300の構造を示す断面図である。この吸気弁300は、アーマチャ304が固定された弁体302とこれを駆動するバルブ駆動部301とからなり、エンジンの燃焼室の吸気口308を開閉すべく、バルブガイド303を介して燃焼室上部に装着される。また図示しない排気弁も同一の構造を有し、燃焼室の排気口を開閉すべく燃焼室上部に装着される。
【0020】
バルブ駆動部301は、対向する2つのソレノイド(電磁石)、即ち弁体302を閉弁方向に付勢する閉弁ソレノイド305及び弁体302を開弁方向に付勢する開弁ソレノイド306と、スプリング307とを主たる構成要素とする。閉弁ソレノイド305は、コイル305a及び磁性体305bからなり、開弁ソレノイド306は、コイル306a及び磁性体306bからなる。スプリング307は、アーマチャ304が中立位置BPにあるとき、弁体302に対する付勢力がゼロとなり、中立位置BPより上に位置するときは弁体302を開弁方向に付勢し、中立位置BPより下に位置するときは弁体302を閉弁方向に付勢するように構成されている。
【0021】
上記構成によれば、閉弁ソレノイド305又は開弁ソレノイド306に通電することにより、弁体302が、吸気口308を閉塞する全閉位置と弁体のリフト量が最大となる全開位置との間を移動する。またソレノイド305,306に通電していないときは、弁体302は、全閉位置と全開位置の間の中立位置BPに位置する。
【0022】
バルブ駆動部301のコイル305a,306aは、ECU8の駆動回路14に接続されており、CPU11はこれらのコイル305a,306aの通電制御を行うことにより、吸気弁及び排気弁の開閉動作の制御を行う。
【0023】
電磁駆動型の吸排気弁を備えたエンジンでは、クランク軸にリンクしたカム機構を有していないため、エンジン始動時において各気筒の吸排気弁の開閉タイミングが機械的に定まらない。したがって、CPU11は図3に示すような制御を行って弁作動を開始させる。
【0024】
図3はエンジンの始動時における電磁駆動弁の制御処理のフローチャートであり、ステップS1では、エンジン回転数NEを読み込み、次いでエンジン回転数NEが所定回転数NSTより低いか否かを判別する(ステップS2)。NE≧NSTであるときは、直ちに本処理を終了し、NE<NSTであるときはスタータ作動中と判定して、ステップS3〜S6で以下の処理を行う。
【0025】
すなわち、上述したように図4に示す基準パルスの発生タイミングは#1、#4気筒グループのピストンが上死点にあるタイミングとなるように構成されているので、基準パルスが入力された直後を#1気筒の吸気行程と決定する。これを決定すると他の気筒の行程は一義的に図4に示すように決定される。なお、この場合基準パルス入力直後を#4気筒の吸気行程と決定して、他の気筒の行程を決定するようにしてもよい。そして、決定された行程及びクランク角パルスにもとづいて、各吸排気弁の開閉弁時期、点火時期、燃料噴射時期を決定し、作動を開始させる。
【0026】
図5は、エンジンが自立運転を開始した後における、吸気弁の開弁デューティ(開弁期間)Doutを算出する処理のフローチャートであり、本処理はクランク軸の所定角度回転毎にCPU11で実行される。
【0027】
先ずステップS11では、点火2次電圧Vobjを測定し、ステップS12では、検出したエンジン回転数NE及び吸入空気量QAに応じて図7に示すように基準要求電圧Vが設定されたマップを検索し、基準要求電圧Vを算出する。
【0028】
ここで、基準要求電圧Vは、点火プラグ電極間の発生電圧がこの値以上のとき、通常の点火が実施され、発生電圧がこの値より低いときは、失火状態となる電圧である。この基準要求電圧Vは、燃焼室内圧力に比例する特性を有しており、エンジン回転数NEが低下するほど、また吸入空気量QAが増加するほど高くなる傾向を示す。
【0029】
続くステップS13では、吸気温TA及び/又はエンジン水温TW、及びバッテリ電圧VBに基づいて、ステップS12で算出した基準要求電圧Vを補正する。具体的には、吸気温TA及び/又はエンジン水温TWが所定温度T1以上のとき(例えば吸気温TAが80℃以上のとき)、1.0未満の補正係数をV値に乗算し、またバッテリ電圧VBが所定電圧VB1(例えば14V)以下のときは、1.0未満の補正係数をV値に乗算し、所定電圧VB1を越えるときは1.0以上の補正係数を乗算することにより、補正を行う。これは、吸気温TA、エンジン水温TWの高温時は、吸入空気量QAが相対的に小さくなること及び点火電圧はバッテリ電圧VBに依存することを考慮したからである。
【0030】
ステップS14では、検出した点火2次電圧Vobjが基準要求電圧Vより低いか否かを判別し、Vobj<Vであるときは、標準運転状態で設定された基準要求電圧Vより、検出電圧Vobjが低いので、点火装置には過大な負荷が加わっておらず正常と判定して、ダウンカウントタイマtmDVTに所定時間TDVTを設定してスタートさせ(ステップS15)、正常と判定したことを「1」で示す正常フラグFDVTを「1」に設定するとともに後述する減算デューティDbGを0に設定して(ステップS16)ステップS17に進む。
【0031】
一方ステップS14でVobj≧Vであるときは、過負荷状態と判定し、前記タイマtmDVTの値が0か否かを判別する。tmDVT>0である間は、減算デューディDbGを算出して(ステップS20)、ステップS17に進み、tmDVT=0となると正常フラグFDVTを「0」に設定して、ステップS22に進む。ここで、DbG値は、最初に所定の初期値に設定し、その後ステップS20を実行する毎に漸増するように設定する。
【0032】
ステップS17では、アクセル開度AP、エンジン回転数NE等のエンジン運転状態に応じて吸気弁の開弁期間(開弁時期及び閉弁時期)設定用の基本デューティDbを算出し、次いで吸気温TA及び/又はエンジン水温TW、及びバッテリ電圧VBに基づいて、基本デューティDbの補正を行う(ステップS18)。具体的には、吸気温TA及び/又はエンジン水温TWが第1所定温度T1以上のとき(例えば吸気温TAが80℃以上のとき)は、吸気流量が相対的に低下するので1.0より大きい補正係数をDb値に乗算し、第1所定温度T1より低い第2所定温度T2以下のとき(例えば吸気温TAが0℃以下のとき)は、逆に吸気流量が相対的に増加するので、1.0より小さい補正係数をDb値に乗算することにより、補正を行う。また、電磁駆動型の吸気弁の開弁期間は、バッテリ電圧VBに依存するので、バッテリ電圧VBが所定電圧VB2(例えば12V)以下のときは、1.0以上の補正係数をDb値の乗算し、VB>VB2であるときは、1.0未満の補正係数をDb値に乗算することにより補正を行う。これらの補正により、より正確な吸気弁の開閉制御を行うことができる。
【0033】
続くステップS22では、正常フラグFDVTが「1」か否かを判別し、FDVT=1であって正常と判定しているとき又は過負荷状態に移行した時点から所定時間TDVT内であるときは、基本デューティDbから減算デューティDbGを減算して、開弁デューティDout(=Db−DbG)を算出し、この算出結果を出力して(ステップS26)本処理を終了する。
【0034】
ステップS23の減算補正により、検出2次電圧Vobjが基準要求電圧V以上となる過負荷状態を検出したときは、該検出時点から所定時間TDVT内は吸気弁の開弁期間が減少方向に補正されるので、吸入空気量QAが減少して基準要求電圧Vが低下し過負荷状態を回避することができる。さらに、減算デューティDbGは、徐々に増加させるようにしたので、過負荷状態を迅速に終了させることができる。なお、所定時間TDVTは、過負荷状態を回避するのに十分な時間となるように実験的に定める。
【0035】
一方ステップS22でFDVT=0であるときは、所定時間TDVTの減算補正によっても過負荷状態を回避できなかったので、開弁デューティDoutを0に設定して当該気筒への混合気の供給を停止させ(ステップS24)、警告灯又は警報により運転者に警告して(ステップS25)、前記ステップS26に進む。
【0036】
なお、図5の処理は各気筒毎に実行され、各気筒独立して制御できるようにしている。
【0037】
以上のように本実施の形態では、点火装置の過負荷状態を検出したときは、電磁駆動吸気弁の特質を利用して、燃焼室に供給される吸入空気量を少なくするいわゆる低負荷状態とし、燃焼室内の圧力を低減するようにしたので、点火装置の放電電圧及び電流を低下させるとともに点火コイルの通電時間を短縮することができる。その結果走行状態を維持しながら点火装置の過負荷による劣化を防止する効果を増大させ、点火装置の不具合を早期に発見して対処することが可能となり、耐久性を向上させることができる。
【0038】
なお、上述した実施の形態では検出した点火2次電圧Vobjに基づいて点火装置の過負荷状態を判定するようにしたが、図6に示すように点火2次電流Iobj、点火1次電圧Vobj1及び点火1次電流(遮断電流)Iobj1は、点火2次電圧Vobjに比例するので、これらの内の何れかを検出して同様の手法で過負荷状態を判定するようにしてもよい。また、図6の放電時間Tdsは、点火2次電圧Vobjが増加すると減少する特性があるので、Tds値を検出して、Tds値が所定値以下のとき過負荷状態と判定するようにしてもよい。
【0039】
ここで、いずれのパラメータによって判定するかは、以下の観点から検討して決定する。すなわち、点火コイルの1次系のパラメータで判定する場合には、検出絶対値が2次系に比べてかなり低いので、検出部の絶縁性等の仕様を低くして構造を簡素化でき且つECUと一体に構成することができる。したがって、低コストでパッケージ性が優れるという特徴がある。これに対し、2次系のパラメータで判定する場合には、検出絶対値が1次系に比べてかなり大きいので、ノイズタフネスが大幅に向上し検出精度が高いという特徴がある。これらの特徴を考慮し、ニーズに応じて適宜検出パラメータを決定すればよい。
【0040】
なお、上述した電磁駆動吸気弁の制御に加えて、燃焼室冷却を目的とした燃料増量制御や点火時期の進角制御を組み合わせて行うようにしてもよい。これにより、要求電圧をより低下させることができる。さらに、電磁駆動吸気弁の開弁時期を圧縮行程に設定するようにしても、同様の効果が達成される。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、検出した実点火特性値と基準点火特性値との比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態が検出され、該過負荷状態を検出した場合には、点火装置の過負荷状態に応じて電磁駆動吸気弁の開弁期間が減少方向に補正されるので、点火装置の放電電圧及び電流を低下させるとともに点火コイルの通電時間を短縮することができる。その結果、出力に影響を与えることなく、走行状態を維持しながら点火装置の過負荷による劣化を防止する効果を増大させ、点火装置の不具合を早期に発見して対処することが可能となり、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。
【図2】電磁駆動弁の縦断面図である。
【図3】機関始動時における電磁駆動弁の作動制御処理のフローチャートである。
【図4】クランク角パルス及び基準パルスと各気筒の行程との関係を示す図である。
【図5】機関始動後における電磁駆動弁の開弁時間算出処理のフローチャートである。
【図6】点火装置各部の波形を示す図である。
【図7】点火に必要な基準要求電圧のマップを示す図である。
【符号の説明】
1 点火コイル
5 点火プラグ
9 運転パラメータセンサ
10 点火電圧センサ
11 CPU
12A,12B ピーク検出回路
300 電磁駆動弁
Claims (2)
- 電磁駆動吸気弁を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置において、
前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出した機関運転状態に応じて基準点火特性値を設定する点火特性値設定手段と、
実点火特性値を検出する点火特性値検出手段と、
前記検出した機関運転状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を設定する開弁期間設定手段と、
前記基準点火特性値と実点火特性値とを比較し、該比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態を判定する過負荷状態判定手段と、
前記点火装置の過負荷状態と判定した場合には、前記点火装置の過負荷状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を減少方向に補正する補正手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の電磁駆動弁制御装置。 - 前記補正手段は、前記過負荷状態に移行したときから所定時間内であるときは、前記開弁期間を設定する基本値から前記過負荷状態に応じて設定される減算値を減算することにより前記開弁期間を補正すると共に、前記減算値を漸増するように設定することを特徴とする請求項1の内燃機関の電磁駆動弁制御装置。
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