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KR101856368B1 - 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법 - Google Patents

전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법 Download PDF

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KR101856368B1
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원민규
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장을 진단하기 위한 방법에 관한 발명이다. 본 발명에 따르면, 시동이 오프(off)된 후, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 포지션 학습 시에, ECU는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩으로부터 전달되는 파워 스테이지의 고장 정보를 확인하여, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 여부를 판단하도록 한다.
이를 통해, 장시간 터보 차저를 사용하지 않는 경우에도 매 운전 사이클마다 EWGA의 파워 스테이지 고장 여부를 진단할 수 있어, ECU의 고장을 미연에 방지할 수 있는 한편, 부품의 불필요한 교체를 방지하여 차량 유지 비용을 저감할 수 있다.

Description

전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법{MEHOD FOR DIAGNOSING FAILURE OF POWER STAGE OF ELECTRIC WASTE GATE ACTUATOR}
본 발명은 전자식 웨이스트 게이트 액추이에터(ELECTRIC WASTE GATE ACTUATOR, EWGA)의 파워 스테이지 고장을 진단하는 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩으로부터 전달되는 파워 스테이지의 고장 정보를 확인하여, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 여부를 판단하는 방법에 관한 발명이다.
최근 유류비의 상승에 따라 연비 개선 요구가 커지고 있어, 자동차 제조사들은 엔진의 연비 향상 기술 개발에 매진하고 있다. 이러한 기술 개발 방향의 하나로서, 엔진의 다운 사이징과 더불어 출력을 증대시키는 터보 GDI 차량의 개발에 기술력이 집중되고 있다.
이를 위해 특허문헌 1과 같은 과급 방식의 터보 시스템이 제안되고 있다. 터보 시스템은 배기 가스를 이용하여 터빈을 회전시키고, 터빈과 동축으로 연결된 컴프레서에 의해 신기를 과급하여 엔진 토크 및 연비를 향상시킨다.
한편, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA)는 웨이스트 게이트 터보 차저에 장착되어 운전 조건에 따라 터보 차저의 웨이스트 게이트 밸브를 제어하는 역할을 수행한다. EWGA는 ECU의 구동 칩으로부터 신호를 받아 제어되는데, EWGA가 장착된 터보 차량에 있어서, 액추에이터를 위한 구동 칩의 파워 스테이지 고장 진단을 하는 것은 안전 법규상 필수 항목이다.
한편, EWGA 구동 칩에 존재하는 파워 스테이지 고장 정보는, 회로 내부의 전류나 전압을 기준으로 고장 여부를 판단하기 때문에, 실제 고장이 아닌 신호 노이즈의 경우에도 고장 정보가 전달될 가능성을 배제할 수는 없다.
따라서, 현재 출시되는 EWGA 적용 터보 차량의 경우, 도 4에서 도시된 바와 같이, EWGA 구동 칩의 고장 정보를 바로 사용하여 고장 여부를 진단하지 않고, 운행 중의 제어성과 관련하여 문제가 발생될 경우(S30)에만 고장 정보를 이용하여 파워 스테이지 고장 유무를 판단(S40)하도록 구성되어 있다.
이러한 종래 기술에서는, 운전 중에 급가속을 하거나, 고속으로 운전 시(S10)에, 터보를 사용하기 위해, 웨이스트 게이트 밸브를 구동(S20)하게 되는데, 이 때 밸브가 정상적으로 구동되지 않는다고 판단되면(S30), EWGA 구동 칩에서 보내준 파워 스테이지 고장 정보를 확인(S40)하여, 고장 정보가 존재하는 경우에는 파워 스테이지 고장으로 진단(S60)하도록 구성된다.
그런데, 이러한 종래 기술에 의하면, 운전 사이클 동안 급가속 또는 고속 운전을 실시하지 않아서 터보를 구동하지 않게 되는 경우에는, EWGA의 파워 스테이지 고장이 발생한 경우에도 진단을 하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, EWGA의 파워 스테이지 고장으로 인해 ECU에도 심각한 고장이 발생될 우려가 있다.
또한, EWGA의 포지션 학습 시에, 학습된 결과가 비정상 적인 경우에, 파워 스테이지 고장 여부를 고려하지 않게 되어, 밸브가 정상임에도 불구하고, 불필요하게 밸브를 교체하게 될 수 있어 추가적인 비용이 발생될 수 있다.
특허문헌 1: 등록특허 제10-1552061호(2015.9.10.)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존에 진단할 수 없었던 파워 스테이지의 고장을 진단할 수 있으며, EWGA 포지션 학습시의 학습치의 이상의 근본 원인을 정확히 분석할 수 있는 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법은, 시동이 오프(off)된 후, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 포지션 학습 시에, ECU는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩으로부터 전달되는 파워 스테이지의 고장 정보를 확인하여, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 여부를 판단하도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, ECU는 알람 메시지를 통해 운전자에게 파워 스테이지 고장 여부를 통지한다.
바람직하게는 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터 포지션 학습을 위해 인가되는 전압을 미리 정해진 기준치와 대비하여 학습 전압의 이상 여부를 판정하도록 한다.
바람직하게는 상기 학습 시에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터로의 입력 전압이 소정의 최소값 미만으로 인가되는 경우에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩은 파워 스테이지 단선 고장 정보를 상기 ECU에 전달한다.
바람직하게는, 상기 학습 시에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터로의 입력 전압이 소정의 최대값을 초과하여 인가되는 경우에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩은 파워 스테이지 단락 고장 정보를 상기 ECU에 전달한다.
바람직하게는 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터 포지션 학습 시에 학습 결과가 정상 범위를 벗어난 경우에, 상기 파워 스테이지의 고장 정보 존재 여부를 확인한다.
바람직하게는, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 소정 개도로 제어하기 위해 필요한 최소 입력 전압보다, 현재의 학습 전압이 낮은 경우, 터보 차저에 이상이 발생한 것으로 판정한다.
바람직하게는, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 소정 개도로 제어하기 위해 필요한 최대 입력 전압보다, 현재의 학습 전압이 높은 경우, 터보 차저에 이상이 발생한 것으로 판정한다.
바람직하게는 상기 터보 차저에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, ECU는 알람 메시지를 통해 운전자에게 터보 차저의 고장 내용을 통지한다.
본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 의하면, 모든 운전 사이클에서 EWGA 파워 스테이지 고장 유무를 신속하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 의하면, 파워 스테이지 고장이 장시간 지속됨으로 인한 ECU 고장 등의 문제점을 해소하여, 추가적인 부품 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 의하면, EWGA 포지션 학습 시에, 학습치에 이상이 발생한 경우, 그러한 이상이 파워 스테이지 고장에 의한 것인지 여부를 정확히 판단할 수 있어, 불필요하게 밸브를 교환하지 않게 되므로, 차량의 유지 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 적용되는 터보 차저의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 의해 진단되는 파워 스테이지 단선 고장 및 단락 고장을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터 (EWGA) 파워 스테이지 고장 진단 방법에 적용되는 터보 차저(200)의 일부 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 1의 도시된 바와 같이, EWGA(230)는 터보 차저(200)에 장착되어 운전 조건에 따라 터보 차저(200)의 웨이스트 게이트 밸브(240)를 제어하는 역할을 수행한다.
웨이스트 게이트 밸브(240)는 EWGA(230)에 의해 구동되며, 바람직하게는 선택적으로 배기가스를 컴프레서(210)로 공급하거나 공기 중으로 배출하는 웨이스트 게이트 조절 플랩(도시되지 않음)을 구비한다.
이를 통해, 예컨대, 가속 시와 같은 특정 조건에서는, WGA(230)는 ECU(100)에 구비된 EWGA 구동 칩(110)으로부터 신호를 받아 웨이스트 게이트 밸브(240)를 닫아주어, 배기가스가 모두 터보 차저(200)의 터빈(220)에 공급되도록 함으로써, 터빈(220)을 회전시키고, 터빈(220)과 동축으로 연결된 컴프레서(210)에 의해 신기를 과급하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법은, ECU(100)가 엔진 시동이 오프(off)되었는지 여부를 판단(S100)하여, 엔진이 오프 된 것으로 판단되는 경우에 실시하게 된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법은 EWGA 포지션 학습 시에 실시되며, EWGA 포지션 학습은 엔진의 시동 오프 직후에 실시되게 되는바, EWGA 파워 스테이지 고장 진단 또한 엔진의 시동 오프 직후에 실시되게 되는 것이다.
여기서 EWGA 포지션 학습은, EWGA(230)의 응답성 향상을 위해, EWGA 구동 칩(110)으로부터의 제어 조작량에 따른 웨이스트 게이트 밸브(240)의 실제 위치를 학습하는 것이다. 이러한 학습을 통해 웨이스트 게이트 밸브(240)가 신속하게 타겟 위치에 도달할 수 있도록 하여, 제어를 위한 과도한 듀티 사용으로 인해, 모터 코일 온도가 상승하여 내구도가 열화되는 문제를 방지할 수 있다.
ECU(100)가 엔진 시동이 오프(off)된 것으로 판단한 경우, ECU(100)는 EWGA(230)의 포지션 학습 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S110). 예컨대, 이를 위해 ECU(100)는 이전에 EWGA 포지션에 대한 학습이 이루어졌는지 여부를 판단한다. 판단 결과, EWGA 포지션에 대한 학습이 실시되지 아니한 것으로 판단되는 경우, EWGA 구동 칩(110)은 EWGA(230)에 제어 듀티를 인가한 후, 그에 따른 웨이스트 게이트 밸브(240)의 위치를 파악하는 학습을 실시하게 된다.
그리고, ECU(100)는 그 학습 결과가 미리 정해진 정상 범위를 벗어나는 지 여부를 판단한다(S120). 학습 결과값이 미리 정해진 정상 범위를 벗어나게 되는 경우에는, 밸브에 이물질이 부착되거나 또는 밸브 위치를 파악하기 위한 센서에 이상이 발생하는 등으로 인해 웨이스트 게이트 밸브(240)가 비정상 작동 중이거나 또는 EWGA 구동 칩(110)에 의해 작동되는 EWGA(230)의 제어 동작에 이상이 발생한 것을 의미한다.
따라서, EWGA 포지션 학습 결과가 미리 정해진 정상 범위를 벗어난 것으로 판단되는 경우에는, 고장 원인은 판단하기 위해 ECU(100)는 EWGA 구동 칩(110)에, 파워 스테이지 고장과 관련된 정보가 존재하고 있는 지 여부를 판단한다(S130).
도 3a 및 도 3b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에 있어서, EWGA 구동 칩(110)에 존재하는 파워 스테이지 고장과 관련된 정보에 관한 실시예가 도시되어 있다.
도 3a에서는 EWGA 구동 칩(110)으로부터 “EWGA 파워 스테이지 단선 고장” 진단 정보가 존재하는 경우의 예를 도시하고 있다. EWGA(230)로의 전원의 단선에 의해, EWGA(230) 입력 전압이 최소값으로 인가되는 경우에는, EWGA 포지션 학습 수행 시에는 액추에이터 작동이 불가하여 학습치가 미리 정해진 정상 범위 밖의 값으로 결정될 수 있다. 이 경우, EWGA 구동 칩(110)에서는 단선 고장 정보를 ECU(100)에 전달하게 되고, 이 값을 확인하여 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에서는 “EWGA 파워 스테이지 단선 고장”으로 판정하게 된다.
도 3b에서는 EWGA 구동 칩(110)으로부터 “EWGA 파워 스테이지 단락 고장” 진단 정보가 존재하는 경우의 예를 도시하고 있다. EWGA(230)로의 전원이 배터리의 전원에 단락되는 경우, EWGA(230) 입력 전압이 최대값으로 인가되어, EWGA 포지션 학습 수행 시에는 학습치가 미리 정해진 밸브의 최대 위치 이상으로 결정될 수 있다. 이 경우, EWGA 구동 칩(110)에서는 단락 고장 정보를 ECU(100)에 전달하게 되고, 이 값을 확인하여, 본 발명에 따른 EWGA 파워 스테이지 고장 진단 방법에서는 “EWGA 파워 스테이지 단락 고장”으로 판정하게 된다.
상기한 바와 같이, EWGA 구동 칩(110)에 파워 스테이지 고장과 관련된 정보에 관한 정보가 존재하는 경우에는, ECU(100)는 EWGA 파워 스테이지 고장이 발생한 것으로 진단(S160)하고, 학습을 종료한다(S190). 이를 통해, 급가속이나 고속 운전 등의 터보 차저(200) 구동을 위한 조건이 만족되지 않아 터보 차저(200)가 장시간 작동하지 않는 경우에도, 매 운전 사이클 직후에 실시되는 EWGA 포지션 학습 시에 고장 정보를 파악함으로써, EWGA 파워 스테이지 고장 여부를 진단할 수 있게 된다.
또한, 바람직하게는 EWGA 파워 스테이지 고장이 발생한 것으로 진단되는 경우, ECU(100)는 차량 내에 설치된 스피커를 통해 음성 메시지를 출력하거나 또는 계기판 등의 차량 내에 설치된 화면 등을 통해 문자 메시지를 출력함으로써, EWGA 파워 스테이지 고장이 발생한 것을 운전자 등 외부로 알리게 된다. 이를 통해, 운전자는 EWGA 파워 스테이지 고장이 발생한 것을 인식하게 되고, 따라서, 터보 차저(200)와 관련된 고장이, 웨이스트 게이트 밸브(240) 자체의 이상으로 인해 발생된 것이 아님을 알 수 있다. 따라서, 고장의 근본 원인을 명확히 분석할 수 있게 되어, 불필요하게 정상인 웨이스트 게이트 밸브(240)를 교체하지 않아도 된다.
한편, EWGA 구동 칩(110)에 파워 스테이지 고장과 관련된 정보에 관한 정보가 존재하지 않는 경우에도, 상술한 바와 같이, 밸브에 이물질이 부착되거나 또는 밸브 위치를 파악하기 위한 센서에 이상이 발생하는 등, 웨이스트 게이트 밸브(240)를 포함한 터보 차저(200) 장치에 고장이 발생하여 학습치에 이상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제어 방법에서는, EWGA(230)에 인가되는 학습 전압을, 웨이스트 게이트 밸브(240)의 포지션 제어를 위해 미리 정해진 기준 전압(Min 및 Max 값)과 대비하여 고장 여부를 판단한다. 기준 전압은 웨이스트 게이트 밸브(240)를 특정 개도로 제어하기 위해 필요한 입력 전압의 범위를 의미한다.
여기서, 학습 전압이 최소 기준치 미만인 경우(S140)에는, 터보 차저의 고장 진단을 내리고(S170) 학습을 종료(S190)하게 된다. 예컨대, 웨이스트 게이트 밸브(240)의 개도를 0%로 제어(완전 닫힘)하는 경우, 이 제어에 필요한 최소 입력 전압보다 학습 전압치가 낮은 경우 고장으로 판정한다. 이러한 고장은 예컨대, 웨이스트 게이트 밸브(240)에 이물질이 부착되어, 본래 예정된 기준 전압보다 학습 전압이 낮게 되는 경우이다.
한편, 학습 전압이 최대 기준치를 초과한 경우에는, 역시 터보 차저의 고장 고장 진단(S180)을 내리고 학습을 종료(S190)하게 된다. 예컨대, 웨이스트 게이트 밸브(240)의 개도를 100%로 제어(완전 열림)하는 경우, 이 제어에 필요한 최대 입력 전압보다 학습 전압치가 높은 경우 고장으로 판정한다. 이러한 고장은 예컨대, 웨이스트 게이트 밸브(240)의 포지션 감지를 위한 센서에 고장이 발생하여, 본래 예정된 기준 전압보다 학습 전압이 높게 되는 경우이다.
또한, 바람직하게는 파워 스테이지 고장 정보가 존재하는 경우와 마찬가지로, 해당 고장 진단 결과를 음성 메시지나 문자 메시지 등의 고장 알림 신호로서 외부로 알려 운전자 등 외부인에 의해 터보 차저(200)의 구체적인 고장 내용을 확인할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경이 가능하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: ECU 110: 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA) 구동 칩
200: 터보 차저 210: 컴프레서
220: 터빈 230: 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA)
240: 웨이스트 게이트 밸브

Claims (9)

  1. 시동이 오프(off)된 후, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 포지션 학습 시에, ECU는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩으로부터 전달되는 파워 스테이지의 고장 정보를 확인하여, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 ECU는 알람 메시지를 통해 운전자에게 파워 스테이지 고장 여부를 통지하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터 포지션 학습을 위해 인가되는 전압을 미리 정해진 기준치와 대비하여 학습 전압의 이상 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 학습 시에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터로의 입력 전압이 소정의 최소값 미만으로 인가되는 경우에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩은 파워 스테이지 단선 고장 정보를 상기 ECU에 전달하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 학습 시에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터로의 입력 전압이 소정의 최대값을 초과하여 인가되는 경우에, 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 구동 칩은 파워 스테이지 단락 고장 정보를 상기 ECU에 전달하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터 포지션 학습 시에 학습 결과가 정상 범위를 벗어난 경우에, 상기 파워 스테이지의 고장 정보 존재 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    웨이스트 게이트 밸브를 소정 개도로 제어하기 위해 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터에 입력이 필요한 최소 입력 전압보다, 현재의 학습 전압이 낮은 경우, 터보 차저에 이상이 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    웨이스트 게이트 밸브를 소정 개도로 제어하기 위해 상기 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터에 입력이 필요한 최대 입력 전압보다, 현재의 학습 전압이 높은 경우, 터보 차저에 이상이 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 터보 차저에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 ECU는 알람 메시지를 통해 운전자에게 터보 차저의 고장 내용을 통지하는 것을 특징으로 하는 전기식 웨이스트 게이트 액추에이터의 파워 스테이지 고장 진단 방법.
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