DE102005025871A1 - Inductive or ohmic load e.g. electromagnetically operated actuator, controlling and monitoring circuit for use in e.g. direct injection diesel engine, has voltage measuring device measuring battery-sided voltage of inductive or ohmic load - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of technology
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung sowie ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer Last, insbesondere einer induktiven oder ohmschen Last.The The present invention relates to a circuit and a method for monitoring and controlling a load, in particular an inductive or ohmic Load.
Elektrische Lasten werden üblicherweise über Schalter mit einer Stromversorgung verbunden. Der Schalter kann bezüglich der Last masse- oder batterieseitig angeordnet sein. In Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere direkt einspritzenden Otto- oder Dieselmotoren, wird beispielsweise der Kraftstoffzufluss zur Hochdruckpumpe mit einem Mengensteuerventil geregelt. Das Mengensteuerventil wird von einem elektromotorischen Aktor betätigt, der elektrisch gesehen eine induktive Last darstellt. Die Spulenwindungen des Aktors sind nicht für dauerhaftes Einschalten ausgelegt, sie werden nach kurzer Zeit thermisch zerstört. Dieser Fall ist insbesondere von Bedeutung, wenn eine masseseitig mit einem so genannten „Low-Side-Switch" (LSS) geschaltete Last einen masseseitigen Kurzschluss gegen Masse erfährt, der Schalter also überbrückt ist. In diesem Fall tritt in Sekunden die thermische Zerstörung des Aktors ein.electrical Loads are usually over switches connected to a power supply. The switch can with respect to the Load mass or be arranged on the battery side. In fuel systems of Internal combustion engines, in particular directly injecting Otto or Diesel engines, for example, the fuel flow to the high-pressure pump regulated with a quantity control valve. The quantity control valve is operated by an electric motor actuator, seen electrically represents an inductive load. The coil windings of the actuator are not for permanently switched on, they become thermal after a short time destroyed. This case is particularly significant when a masseside switched with a so-called "low-side switch" (LSS) Load experiences a ground-side short to ground, the Switch is thus bridged. In this case occurs in seconds, the thermal destruction of the Actor.
Üblicherweise befindet sich batterieseitig ein weiterer Schalter, nämlich ein Hauptschalter oder Hauptrelais, mit dem die gesamte Spannungsversorgung der elektrischen Komponenten der Brennkraftmaschine geschaltet wird.Usually is the battery side another switch, namely a Main switch or main relay, with which the entire power supply the electrical components of the internal combustion engine is switched.
Probleme des Standes der TechnikProblems of the State of the art
Das Öffnen des Hauptrelais im Fehlerfall hat zur Folge, dass sämtliche Verbraucher ausgeschaltet werden. Zudem können viele Kurzschlussfehler, die den Aktor des Mengensteuerventils zwar nicht zerstören aber ausfallen lassen, nicht diagnostiziert werden.Opening the Main relay in the event of a fault has the consequence that all consumers are switched off. In addition, you can many short circuit failures that the actuator of the quantity control valve though do not destroy but fail, not to be diagnosed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltung sowie ein Verfahren anzugeben, die eine genauere Diagnose erlauben und ein Öffnen des Hauptrelais vermeiden.task The present invention is therefore a circuit and a Specify procedures that allow a more accurate diagnosis and opening the Avoid main relay.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Dieses Problem wird gelöst durch eine Schaltung zur Überwachung und Steuerung einer Last, insbesondere einer induktiven oder ohmschen Last, die über einen batterieseitigen Schalter mit der Batterieseite und einen masseseitigen Schalter mit Masse verbunden ist, wobei die Schaltung eine Einrichtung zur Messung der masseseitigen Spannung der Last sowie eine Einrichtung zur Messung der batterieseitigen Spannung der Last umfasst. Die induktive oder ohmsche Last ist insbesondere ein elektromagnetisch betätigter Aktor eines geregelten Mengensteuerventils eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine. Es können also Batterieseite und Masse der Last bzw. des Aktors, der als Ersatzschaltbild einer Spule entspricht, jeweils geschaltet werden. Der masseseitige sowie der batterieseitige Schalter sind vorzugsweise ein Transistor, beispielsweise ein MOS-FET. Insbesondere der batterieseitige Schalter kann mit der Einrichtung zur Messung der batterieseitigen Span nung der Last bzw. einer Einrichtung zur Messung des batterieseitigen Stromflusses zur Last in einer integrierten Schaltung zusammengefasst sein. Die Versorgung der Last wird im Fehlerfall in einen sicheren Betriebszustand geführt.This Problem is solved through a circuit for monitoring and controlling a load, in particular an inductive or ohmic load, the above a battery side switch with the battery side and a ground side switch is connected to ground, the circuit a device for measuring the low side voltage of the load and means for measuring the battery side voltage includes the load. The inductive or resistive load is in particular an electromagnetically operated Actuator of a regulated quantity control valve of a fuel system for an internal combustion engine. It can So battery side and mass of the load or the actuator, the equivalent circuit corresponds to a coil, each switched. The masseside and the battery-side switch are preferably a transistor, For example, a MOS-FET. In particular, the battery-side switch can with the device for measuring the battery-side clamping voltage the load or a device for measuring the battery side Current flow to the load combined in an integrated circuit be. The supply of the load is in case of failure in a safe Operating state led.
Die erfindungsgemäße Schaltung bietet den Vorteil, dass der batterieseitige Schalter ein Abschalten der Last im Falle eines masseseitigen Kurzschlusses zur Masse, also eine Überbrückung des masseseitigen Schalters, ermöglicht.The inventive circuit offers the advantage that the battery-side switch a shutdown the load in the case of a ground-side short to ground, so a bridging of the masseside Switch, allows.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann in beliebigen Anwendungsfällen einer induktiven oder ohmschen Last genutzt werden, die Erfindung ist also keineswegs auf Anwendungen der Motorsteuerung begrenzt.The inventive circuit can in any case an inductive or resistive load, the invention So it is by no means limited to motor control applications.
Der spannungsseitige Schalter und der masseseitige Schalter können bevorzugt unabhängig voneinander durch ein Steuergerät geschaltet werden.Of the voltage-side switch and the ground-side switch may be preferred independently of each other through a control unit be switched.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der spannungsseitige Schalter ein integrierter Schaltkreis ist mit einem Ausgang, an dem eine zum Stromfluss durch den Schalter abhängige Spannung anliegt und einem Eingang, der den Schaltvorgang des spannungsseitigen Schalters auslöst, wobei der Ausgang auf den Eingang rückgekoppelt wird, sodass der spannungsseitige Schalter bei Überschreiten einer Stromflussschwelle geöffnet wird. Es handelt sich also um einen z.B. bei einem Kurzschluss gegen Masse, einer Überlast oder Übertemperatur selbständig öffnenden Schalter, ähnlich einer Überlastsicherunq. Der masseseitige Schalter wird vorzugsweise bei masseseitigem Überstrom abgeschaltet, es handelt sich also um einen Kurzschluss gegen Batteriespannung.In a preferred embodiment is provided that the voltage side switch an integrated Circuit is connected to an output, to which a current flow through the switch dependent Voltage is applied and an input, the switching operation of the voltage side Switch triggers, the output is fed back to the input so that the voltage-side switch when exceeded a current flow threshold is opened. It is therefore an e.g. in case of a short to ground, an overload or overtemperature self-opening Switch, similar to an overload protection. The low-side switch is preferably at ground-side overcurrent switched off, so it is a short circuit to battery voltage.
Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer induktiven oder ohmschen Last, wobei die Last über einen batterieseitigen Schalter mit der spannungsführenden Seite und einen masseseitigen Schalter mit Masse verbunden ist, wobei Einrichtungen zur Messung der masseseitig und batterieseitig an dem Elektromagneten anliegenden Spannung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der masseseitige Schalter geöffnet und geschlossen wird und aus den masseseitig sowie batterieseitig an dem Elektromagneten anliegenden Spannungen das Vorhandensein eines Fehlers sowie die Fehlerart diagnostiziert wird. Das Verfahren kann beispielsweise bei einem durch einen Elektromagneten betätigten Mengensteuerventil eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine verwendet werden.The problem mentioned at the outset is also solved by a method for monitoring and controlling an inductive or ohmic load, wherein the load is connected via a battery-side switch to the live side and a low-side switch to ground, means for measuring the ground side and batte rieseitig voltage applied to the electromagnet are present, characterized in that the ground-side switch is opened and closed and from the ground side and the battery side voltage applied to the electromagnets the presence of a fault and the type of fault is diagnosed. The method may be used, for example, in a solenoid-operated quantity control valve of a fuel system for an internal combustion engine.
Im Normalbetrieb wird ein batterieseitiger Kurzschluss zur Masse erkannt wenn die batterieseitige Spannung einen oberen Grenzwert übersteigt und die masseseitige Spannung bei geöffnetem und bei geschlossenem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht. Unter Normalbetrieb wird der Betrieb der Brennkraftmaschine nach Beendigung des Startvorganges verstanden.in the Normal operation, a battery side short to ground is detected when the battery-side voltage exceeds an upper limit and the ground-side voltage when open and with closed mass side switch against a lower Value goes. Under normal operation, the operation of the internal combustion engine understood after completion of the boot process.
Im Normalbetrieb wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Batterie erkannt wenn die batterieseitige Spannung den oberen Grenzwert nicht übersteigt und die masseseitige Spannung bei geöffnetem und bei geschlossenem masseseitigen Schalter gegen einen oberen Wert geht.in the Normal operation, a ground-side short to the battery is detected if the battery side voltage does not exceed the upper limit and the ground-side voltage at open and closed low side switch goes to an upper value.
Im Normalbetrieb wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Masse erkannt wenn die batterieseitige Spannung den oberen Grenzwert nicht übersteigt und die masseseitige Spannung bei geöffnetem und bei geschlossenem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht.in the Normal operation is detected a ground-side short to ground if the battery side voltage does not exceed the upper limit and the ground-side voltage at open and closed low side switch goes to a lower value.
Im Normalbetrieb wird eine offene Last oder ein masseseitiger Kurzschluss zur Masse bei einer ohmschen Last erkannt und unterschieden wenn die masseseitige Spannung mit geöffnetem masseseitige und geöffnetem batterieseitige Schalter unterschiedliche werte annimmt.in the Normal operation becomes an open load or a short circuit on the ground detected and differentiated to ground at a resistive load when the ground side voltage with open massive side and open battery-side switch assumes different values.
Im Normalbetrieb wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Masse bei einer ohmschen last erkannt wenn die masseseitige Spannung bei geöffnetem batterieseitigen Schalter und bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht.in the Normal operation becomes a ground-side short to ground at a Ohmic load detected when the ground-side voltage when open battery-side switch and with open ground side switch goes against a lower value.
Im Normalbetrieb wird eine offene Last erkannt wenn die masseseitige Spannung bei geöffnetem batterieseitigen Schalter und bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen mittleren Wert geht.in the Normal operation, an open load is detected when the ground side Tension when open battery-side switch and with open ground side switch goes against a middle value.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein batterieseitiger Kurzschluss zur Masse erkannt wenn die batterieseitige Spannung einen oberen Grenzwert übersteigt und die masseseitige Spannung bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht. Unter Ruhebetrieb wird beispielsweise der Start der Brennkraftmaschine verstanden.in the Idle operation of the actuator becomes a battery-side short circuit detected to ground when the battery-side voltage is upper Exceeds limit and the ground-side voltage at open ground side switch goes against a lower value. Under idle mode, for example understood the start of the internal combustion engine.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird eine offene Last oder ein fehlerfreier Fall erkannt und unterschieden wenn die masseseitige Spannung bei geschlossenem batterieseitigen Schalter und bei geöffnetem masseseitigen Schalter unterschiedliche Werte annimmt.in the Idle operation of the actuator becomes an open load or a faultless one Case detected and distinguished when the ground-side voltage at closed battery-side switch and with open ground side switch assumes different values.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein fehlerfreier Fall erkannt wenn bei geschlossenem batterieseitigen Schalter die masseseitige Spannung bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen oberen Wert geht.in the Idle mode of the actuator, a fault-free case is detected when with the battery-side switch closed, the ground-side voltage when open low side switch goes to an upper value.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird eine offene Last erkannt wenn der batterieseitige Schalter geschlossen ist und die masseseitige Spannung bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen mittleren Wert geht.in the Idle mode of the actuator, an open load is detected when the Battery side switch is closed and the ground side voltage when open low side switch goes against a medium value.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Masse erkannt wenn der batterieseitige Schalter geöffnet und die masseseitige Spannung bei geöffnetem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht.in the Resting operation of the actuator is a ground-side short circuit to Ground detected when the battery side switch is open and the ground-side voltage when open low side switch goes to a lower value.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Batterie oder ein batterieseitiger Kurzschluss zur Batterie erkannt und unterschieden wenn der batterieseitige Schalter geöffnet ist und die masseseitige Spannung verschiede Werte bei geschlossenem masseseitigen Schalter hat.in the Resting operation of the actuator is a ground-side short circuit to Battery or a battery side short to the battery detected and differentiates when the battery side switch is open and the ground side voltage different values when closed has massive side switch.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein batterieseitiger Kurzschluss zur Batterie erkannt wenn der batterieseitige Schalter geöffnet und die masseseitige Spannung bei geschlossenem masseseitigen Schalter gegen einen unteren Wert geht.in the Idle operation of the actuator becomes a battery-side short circuit detected to the battery when the battery side switch is open and the ground-side voltage with closed ground side switch goes against a lower value.
Im Ruhebetrieb des Aktuators wird ein masseseitiger Kurzschluss zur Batterie erkannt wenn der batterieseitige Schalter geöffnet ist und die masseseitige Spannung bei geschlossenem masseseitigen Schalter gegen einen oberen Wert geht.in the Resting operation of the actuator is a ground-side short circuit to Battery detected when the battery side switch is open and the ground-side voltage with closed ground side switch goes against an upper value.
Das Verfahren ermöglicht es, zwischen einer offenen last und einem masseseitigen Kurzschluss zur Masse bei einer induktiven und ohmschen Last zu unterscheiden. Das Verfahren kann nicht nur im Normalbetrieb, sondern auch im Ruhebetrieb des Aktuators, wenn also längere Pausen zwischen einem Aufschalten der Last liegen, angewandt werden und liefert auch im Ruhebetrieb eine sichere Fehlerdiagnose.The Procedure allows it, between an open load and a short circuit to the ground To distinguish mass with an inductive and ohmic load. The Method can not only in normal operation, but also in idle mode of the actuator, so if longer There are pauses between applying the load and also provides a safe fault diagnosis in idle mode.
Das eingangs genannte Problem wird des Weiteren gelöst durch ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Schaltung nach einem der auf eine Schaltung gerichteten Ansprüche, das nach einem Verfahren nach einem der auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche arbeiten kann.The above-mentioned problem is further solved by a control device for an internal combustion engine with a circuit according to one of the directed to a circuit claims, which a method according to any of the claims directed to a method.
Das Verfahren kann vorzugsweise als Programm einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt sein und beispielsweise als ASIC ausgeführt sein oder in einem EPROM zur Abarbeitung durch ein Steuergerät gespeichert sein.The Method may preferably be a programmable logic program Control executed be executed, for example, as an ASIC or in an EPROM be stored for processing by a control unit.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:following is an embodiment of Present invention explained in more detail with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:
In
Zur
Druckentlastung ist die Hochdruckseite hydraulisch über eine
Leitung
Die
Hochdruckregelung erfolgt über
das Mengensteuerventil
Der
masseseitige Schalter LSS ist über
eine Steuerleitung LSS an einen Controller CTR angeschlossen. Auch
hier sind Schalter und dessen Steuereingang identisch bezeichnet.
Ein zweiter Spannungsmessbaustein UAB2 liefert an seinem Ausgang
LS-D ein Signal abhängig
vom Potential der Masseseite der Last IL. Der Controller CTR steuert und überwacht
sämtliche
Funktionen des Mengensteuerventils
Über einen Widerstand Rref wird ein Referenzpotential für die Spannungen HS-D und LS-D bereitgestellt.About one Resistor Rref becomes a reference potential for the voltages HS-D and LS-D provided.
Statt high oder low sind für HSS und LSS OFF und ON angegeben, für LSS bedeutet das OFF Signal einen geöffneten masseseitigen Schalter LSS und das ON Signal einen geschlossenen masseseitigen Schalter LSS (der Schalter ist also active low). Für die Spannungswerte des Signals an LS-D wurden beispielhafte Spannungswerte angegeben. Ein Wert 0 V bis 1,5 V bezeichnet hier eine Spannung SCG bei kurzschloss mit der Masse (SCG = Short Circuit to Ground), ein Wert 3,5 V bis 5 V eine Spannung SCB bei einen Kurzschluss mit der Batterieseite (SCB = Short Circuit to Batterie), eine Spannung 1,5 V bis 3,5 V einen Spannungswert OL, der bei masseseitig unterbrochenem Stromkreis (Open Load = OL) auftritt. Es sind hier beispielhafte Werte angegeben, die je nach Auslegung der Schaltung höher oder tiefer sein können.Instead of high or low are for HSS and LSS OFF and ON indicated, for LSS this means OFF signal an open one ground side switch LSS and the ON signal a closed low-side switch LSS (the switch is thus active low). For the voltage values of the signal to LS-D, exemplary voltage values have been given. A value 0 V to 1.5 V here denotes a voltage SCG at short-circuit with the mass (SCG = Short Circuit to Ground), a value 3.5 V to 5V a voltage SCB at a short circuit with the battery side (SCB = Short Circuit to Battery), a voltage 1.5V to 3.5V a Voltage value OL, the circuit interrupted on the ground side (Open Load = OL) occurs. Exemplary values are given here, which depending on the design of the circuit can be higher or lower.
Anhand
der
Liegt der zuvor genannte Fehlerfall nicht vor, so wird in einem nächsten Schritt gemessen, ob die Spannung LS-D sowohl bei geöffnetem als auch geschlossenem batterieseitigen Schalter LSS den Wert 0 bis 1,5 V, also SCG = Short Circuit to Ground, erreicht. Ist der Fall, so liegt ein Kurzschluss zur Masse an der Masseseite (SCGLS = Short Circuit to Ground on Low Side) vor. Es wird sodann der masseseitige Schalter LSS zum Schutz der Last IL geöffnet.Lies the aforementioned error case is not present, then in a next step measured whether the voltage LS-D both open and closed battery-side switch LSS 0 to 1.5 V, ie SCG = Short Circuit to Ground, reached. If so, there is a short circuit to the mass on the ground side (SCGLS = Short Circuit to Ground on Low Side). It is then the ground side switch LSS for Protection of load IL opened.
Ist dies nicht der Fall, so wird in einem weiteren Schritt bestimmt, ob bei eingeschaltetem masseseitigen Schalter LSS die an LS-D anliegende Spannung gleich 0 V bis 1,5 V, also SCG, und bei geöffnetem masseseitigen Schalter bei 1,5 bis 3,5 V (Open Load = OL) liegt. In einem nächsten Schritt wird über das Signal HSS der batterieseitige Schalter HSS und über das Signal LSS der masseseitige Schalter LSS geöffnet. Danach wird mehrmals, beispielsweise drei mal, das Signal LS-D gemessen. Liegt dabei die Spannung im Bereich Open Load = OL, also 1,5 bis 3,5 V, so liegt der Fehler einer offenen Last (Open Load Error), z.B. durch getrennte Leitungen vor. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Kurzschluss zur Masse auf der Masseseite bei einem Ohmschen Widerstand als Last(SCOGLS = Short Circuit to Ground on Low Side with ohmic resistance) vor.is this is not the case, it is determined in a further step whether the mass side switch LSS is connected to the LS-D Voltage equal to 0 V to 1.5 V, ie SCG, and when open low-side switch at 1.5 to 3.5 V (Open Load = OL) is located. In a next Step over that Signal HSS the battery-side switch HSS and the signal LSS the ground-side Open switch LSS. Thereafter, the signal LS-D is measured several times, for example three times. If the voltage lies in the range Open Load = OL, ie 1.5 to 3.5 V, there is the error of an open load (Open Load Error), e.g. through separate lines. If this is not the case, then it lies a short to ground on the ground side in an ohmic Resistance as a load (SCOGLS = short circuit to ground on low side with ohmic resistance).
Eine Schaltsequenz mit der genannten Schaltfolge des masseseitigen und des batterieseitigen Schalters wird in diesem Betriebszustand zur Unterscheidung zwischen den Fällen der offenen Last und eines Kurzschlusses zur Masse auf der Masseseite bei einer ohmschen Last benutzt. Der Übersichtlichkeit halber sind mehrere mögliche Fehler in einem gemeinsamen Diagramm dargestellt.A Switching sequence with the above-mentioned switching sequence of the ground-side and the battery-side switch is in this operating state for distinction between the cases the open load and a short circuit to ground on the ground side used in a resistive load. For the sake of clarity several possible Errors shown in a common diagram.
Verwendete Abkürzungen der Fehlerfälleused Abbreviations the error cases
-
- OLOIL
- = Open Load (1.5 V to 3.5 V) Offene Last= Open Load (1.5V to 3.5 V) Open load
- SCGHSSCGHS
- = (Short Circuit to GND High Side) Kurzschluss der Batterieseite zur Masse= (Short Circuit to GND high side) Short circuit of the battery side to ground
- SCOGHSSCOGHS
- = (Short Circuit to GND on High Side with Ohmic Resistance) Kurzschluss der Batterieseite zur Masse bei ohmscher Last= (Short Circuit to GND on High Side with Ohmic Resistance) Short circuit of the battery side to ground at resistive load
- SCGLSSCGLS
- = (Short Circuit to GND Low Side) Kurzschluss zur Masse an der Masseseite = (Short Circuit to GND Low Side) Short circuit to the ground on the ground side
- SCOGLSSCOGLS
- = (Short Circuit to GND to Low Side with Ohmic Resistance) Kurzschluss zur Masse an der Masseseite bei ohmscher Last= (Short Circuit to GND to Low Side with Ohmic Resistance) Short to ground the ground side with ohmic load
- SCBHSSCBHS
- = (Short Circuit to VBatt High Side) Kurzschluss der Batterieseite zur Batterie= (Short Circuit to VBatt High Side) Short circuit of the battery side to the battery
- SCBLSSCBLS
- = (Short Circuit to VBatt Low Side) Kurzschluss der Masseseite zur Batterie= (Short Circuit to VBatt Low Side) Short circuit of the ground side to the battery
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20120418 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |