KR102121722B1 - 과도 보상의 조정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소실을 포함하는 내연기관의 작동을 위해 람다값 변화에 기초하여 과도 보상을 조정하는 방법에 관한 것이다. 연소실은 제 1 분사 밸브가 배치된 제 1 흡입관에 연결된 제 1 유입 개구를 포함한다. 연소실은 또한 제 2 분사 밸브가 배치된 제 2 흡입관에 연결된 제 2 유입 개구를 포함한다. 정상 작동 중에 미리 정해진 연료량이 분사되며, 미리 정해진 연료량은 제 1 분사 밸브를 통해 분사될 제 1 연료량과 제 2 분사 밸브를 통해 분사될 제 2 연료량으로 구성된다. 제 1 방법 단계에서 제 1 분사 밸브가 폐쇄된 상태로 유지되고, 제 2 방법 단계에서 제 1 분사 밸브가 다시 개방되고, 제 2 방법 단계에서 제 1 테스트 연료량이 제 1 유입 개구를 통해 그리고 제 2 테스트 연료량이 제 2 유입 개구를 통해 연소실 내로 분사되며, 제 1 테스트 연료량과 제 2 테스트 연료량이 합해져서 미리 정해진 연료량을 형성한다.
Description
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
이러한 내연기관들은 일반적으로 공지되어 있으며, 흡입 사이클 동안 연소실에 공기-연료 혼합기가 공급되는 방식으로 작동된다. 공기-연료 혼합기의 생성을 위해 분사 밸브들이 미리 정해진 양의 연료를 흡입관 내로 분사하고, 상기 흡입관은 유입 개구를 통해 연소실에 연결된다. 흡입관 내에 배치된 스로틀 밸브는 얼만큼의 신선한 공기량이 연소실의 방향으로 흡입되는지를 결정한다. 스로틀 밸브의 개방에 의해 흡입관 내의 압력 상승이 야기되고, 이로 인해 분사되는 연료의 비산 경향이 줄어든다. 예컨대 분사 밸브에 의해 흡입관 벽으로 분사되는 연료와 함께, 스로틀 밸브의 개방시 비산 경향의 감소로 인해서도 연료가 흡입관 벽에 침적된다. 스로틀 밸브 폐쇄의 경우, 흡입관 내의 압력이 낮아지며, 비산 경향은 커지고, 벽에 침적된 연료가 떨어져 나와 흡입관 내로 유입되므로, 공기-연료 혼합기가 농후해진다. 2가지 경우, 연소실에 공급된 연료량 또는 실제 연료량은 제공된 연료량 또는 설정 연료량과 차이가 난다.
따라서 일반적으로, 예컨대 벽에 연료의 침적으로 인해 야기되는 연료의 손실 또는 추가량이 부하 변동 시에 보상되도록, 흡입관 내로 분사되는 연료량을 조정하는 것은 공지되어 있다. 이러한 조치는 과도 보상이라 하며, 예컨대 DE 10 2007 005 381 A1에 개시되어 있다. 경제적으로 그리고 생태학적으로 중요한 과도 보상의 범위에서, 한편으로는 각각의 작동 상황에서 보상에 필요한 연료량 변화가 얼마나 커야하는지를 알아야 하고, 다른 한편으로는 이 정보를, 작동 파라미터, 예컨대 흡입관 압력에 따라 미리 정해진 연료량을 정정하기 위해 사용해야 한다. 과도 보상을 위해 필요한 연료량 변화가 더 정확히 알려질수록, 과도 보상의 조정이 더 정확히 이루어진다. 과도 보상이 이루어지지 않거나 또는 잘못된 과도 보상이 이루어지면, 연소실 내의 공기-연료 혼합기가 희박해지거나 농후해질 위험이 있다. 이러한 상황 하에서 실화에 이르는 성능 저하가 나타날 수 있다. 또한, 과도 보상을 위해 필요한 연료량의 가급적 정확한 결정은 내연기관의 저공해 및 균일한 작동을 가능하게 한다.
보상량을 결정하기 위해, 흡입관 내의 월 필름의 특성이 사용될 수 있다. 침적된 연료의 양 및 그에 따른 월 필름의 특성, 특히 그 두께는 많은 파라미터, 예컨대 흡입관 온도, 흡입관 압력 및 회전 속도에 의존한다. 따라서, 특히 상이한 작동 상황에서 상기 파라미터에 따른 월 필름의 특성을 알고, 상기 의존성의 정보에 의해 상이한 조건 하에서 과도 보상을 조정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 분사된 연료량을 제어 유닛 또는 제어 장치에 의해 작동 상황에 따라 제어하고, 특히 부하 급변동 시에 각각 필요한 과도 보상를 고려하는 것이 통상적이다.
상이한 파라미터, 특히 흡입관 압력에 대한, 과도 보상에 필요한 분사될 연료의 변화의 내연기관 개별적 의존성을 알고 각각의 작동 상황에 대한 과도 보상을 조정했다면, 과도 보상에 필요한 연료량 변화가 시간에 따라 변한다는 사실이 배제될 수 없다. 사실, 예컨대 흡입관의 오염 등에 의한 월 필름의 특성 및 그에 따라 보상에 필요한 연료 변화가 시간에 따라 바뀌는 것이 전제되어야 한다. 이러한 변화의 보상에서는 내연기관의 가급적 저공해 작동을 보장하기 위해 과도 보상이 다시 조정되어야 한다. 선행 기술에 따른 방법에 의한 과도 보상의 반복된 조정은 많은 비용 및 시간을 필요로 하며, 복잡하다.
본 발명의 과제는 연소실에 제공된 연료량과의 편차에 대한 결정이 경제적으로 이루어질 수 있는, 과도 보상의 조정 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항에 따른 조정 방법에 의해 해결된다.
독립 청구항에 따른, 내연기관용 과도 보상의 조정 방법은, 선행 기술에 비해, 경제적으로 그리고 큰 추가 비용 없이, 연소실에 제공된 연료량과의 편차에 대한 결정이 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따라 제 1 방법 단계에서, 연료가 연소실로 연장하는 흡입관들 중 하나(즉, 제 1 흡입관) 내로 분사되는 것이 방지된다. 동시에, 제 1 방법 단계 동안 연소실에 제 2 흡입관을 통해 또는 다수의 다른 흡입관을 통해 대체 연료량이 공급되고, 상기 대체 연료량은 정상 작동 동안 2개의 또는 모든 흡입관 내로 분사되는 연료량에 상응한다.
제 1 방법 단계 동안 제 1 흡입관의 벽에 침적되었던 연료가 떨어져 나와, 연소실 내로 안내되는 공기-연료 혼합기를 농후화한다.
제 1 방법 단계 동안 발생하는 공기-연료 혼합기의 농후화는 람다값의 변화에 기초하여, 즉 람다값 변화에 기초하여 검출될 수 있다. 바람직하게는 연소실 또는 내연기관 내에 존재하는 다수의 연소실의 출구에 또는 배기관 내에 배치된 람다 프로브는 연소실로부터 나온 배기 가스 중의 잔류 산소량을 수량화하는 람다값을 검출한다. 특히, 제 1 방법 단계 동안 농후 배출, 즉 람다값의 감소와 후속하는 상승이 관찰될 수 있다.
제 2 방법 단계에서, 제 1 테스트 연료량이 제 1 분사 밸브를 통해 제 1 흡입관 내로 그리고 제 2 테스트 연료량이 제 2 분사 밸브를 통해 제 2 흡입관 내로 분사된다. 제 1 및 제 2 연료량의 합은 정상 작동 동안 미리 정해진 연료량 또는 대체 연료량에 상응한다. 이로 인해, 제 1 흡입관의 벽에 연료가 침적되고, 연소실에 공급되는 공기-연료 혼합기가 희박해진다. 람다값 변화는 제 2 방법 단계 동안 희박 배출의 형태를 취한다. 즉, 람다값이 먼저 상승한 다음 다시 감소한다.
농후 및/또는 희박 배출의 크기 및 지속 시간은 연소실 내의 실제 연료량과 설정 연료량 사이의 양적 차이에 대한 척도이다. 본 발명에 따라 각각의 작동 상황에서 관찰된 람다값 변화가 과도 보상의 조정을 위해 사용된다. 내연기관에 일반적으로 이미 장착된 람다 프로브의 사용은 본 발명에 따라 추가 비용을 수반하는, 예컨대 월 필름 특성을 검출하는 추가의 검출 수단의 사용을 생략할 수 있게 하므로 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 흡입관의 벽에 연료의 침적으로 인해 야기된 설정 연료량과의 편차뿐만 아니라 다른 잠재적 원인으로 인한 편차도 고려된다는 장점을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 정상 조건 하에서 제 1 및 제 2 연료량 및/또는 제 2 방법 단계에서 제 1 및 제 2 테스트 연료량이 50 대 50으로 흡입관 내로 분사된다. 이 경우, 분사 밸브들이 동일한 구성을 가질 수 있어서, 다른 타입의 분사 밸브의 생산에 의해 생기는 추가 비용이 방지되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법을 상이한 작동 상황에 대해 반복하면, 모든 가능한 작동 상황에 따른 실제 연료량과 설정 연료량 간의 편차에 대한 윤곽을 얻어서 각각의 작동 상황에 대한 과도 보상을 조정할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각각의 작동 상황에 조정된 과도 보상이 할당된 특성 맵이 작성된다. 특히, 제어 프로그램, 예컨대 DOE-프로그램을 통해 각각의 작동 상황에 대해 분사될 연료량이 정정된다. 이 실시예의 특별한 장점은 상이한 작동 상황하에서 내연기관을 특히 저공해로 작동하고, 내연기관의 균일한 작동을 보장하는 것이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 방법 단계의 초기에 및/또는 제 2 방법 단계의 초기에 람다값 변화가 검출된다. 제 1 방법 단계의 초기에만 또는 제 2 방법 단계의 초기에만 람다값 변화가 검출되면, 바람직하게는 람다 프로브의 평가 비용이 줄어들 수 있다. 제 1 방법 단계의 초기에 그리고 제 2 방법 단계의 초기에 람다값 변화가 검출되면, 측정 정확도가 높아질 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 유효 작동 동안 제 1 및 제 2 방법 단계가 실시된다. 즉, 연소실에 제공된 설정 연료량과의 편차가 검출되고, 이것이 과도 보상의 조정을 위해 사용된다. 유효 작동이란, 테스트 목적을 위해서만 사용되지 않은 작동을 의미한다. 이 경우, 특히 바람직하게는 사전에 많은 시간을 들여 가능한 모든 작동 상황을 테스트한 다음 특성 맵을 작성하는 것이 생략된다. 그 대신, 내연기관이 지금까지 고려되지 않은 작동 상황하에서 작동되면, 기존 특성 맵이 조정된 과도 보상만큼 확장되거나 또는 정정됨으로써, 연속적으로 실제 및 설정 연료량, 즉 월 필름 특성의 특성 맵이 검출된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 규정된 시간 후에 과도 보상이 다시 상이한 작동 상황에 대해 조정된다. 월 필름 특성의 의존성 또는 연소실에 제공된 연료량과의 편차가 작동 상황에 대해 변동되었으면, 새로 조정된 과도 보상이 이 시점까지 사용되었던 과도 보상을 대체한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 연소 과정 후 내연기관의 배출이 변동된 것이, 특히 나빠진 것이 검출되면, 내연기관은 가장 근접한 기회에 독자적으로 테스트 단계로 된다(즉, 제 1 및 제 2 방법 단계가 실시된다). 예컨대, 열화는 람다값의 설정값과의 편차로 인해 또는 정장 작동 중에 배기 가스값의 열화로 인해 나타날 수 있다. 테스트 단계에서, 월 필름 특성은 전술한 방법에 따라 상이한 가능한 작동 상황하에서 검출된 다음, 과도 보상이 새로 조정된다.
본 발명의 실시예들이 도면들에 도시되며 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 내연기관의 일부의 개략도.
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 실시하는 내연기관의 일부의 개략도.
도 2b 및 도 2c는 침적되는 연료량의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 2d는 람다값의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 2 방법 단계를 실시하는 내연기관의 일부의 개략도.
도 3b 및 도 3c는 침적되는 연료량의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 3d는 람다값의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 실시하는 내연기관의 일부의 개략도.
도 2b 및 도 2c는 침적되는 연료량의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 2d는 람다값의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 2 방법 단계를 실시하는 내연기관의 일부의 개략도.
도 3b 및 도 3c는 침적되는 연료량의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 3d는 람다값의 시간에 따른 변화를 나타낸 다이어그램.
도 1에는 연소실(2), 분사 밸브(12), 유입 밸브(10'), 점화 수단(13), 분사 밸브 개구(14), 유입 개구(10) 및 제 1 흡입관(11)을 포함하는 내연기관(1)의 일부가 도시된다. 연료(3)는 연소실의 방향으로 제 1 흡입관(11) 내로 분사되고, 제 2 흡입관도 제공된다(도 1에 도시되지 않음). 연료는 분사 시에 스프레이 원추형의 형태로 분무되고, 이는 도 1에서 파선으로 도시되어 있다. 도면에는 내연기관(1)의 실현 가능한 실시예에서 분사 시에 연료(3)가 흡입관(11)의 벽에 분사되는 것이 나타난다.
도 2a 및 도 2b에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 실시하는 내연기관(1)의 일부의 개략도가 도시되어 있다. 내연기관은 연소실(2), 제 1 및 제 2 흡입관(11) 및 (21) 그리고 흡입관 당 적어도 하나의 분사 밸브, 즉 적어도 2개의 분사 밸브(12, 22)를 포함한다. 연소실(2)은 피스톤(도면에 도시되지 않음)이 그 안에서 움직일 수 있고 연소실의 벽이 2개의 유입 개구(10, 20) 및 2개의 배출 개구(30, 31)를 포함하도록 형성된다. 상기 2개의 유입 개구(10, 20)를 통해 공기-연료 혼합기가 흡입되며, 상기 2개의 배출 개구(30, 31)로부터 미처리 배기가스가 공기-연료 혼합기의 연소 과정 후에 연소실(2)로부터 배출관(32, 33) 내로 배출된다. 연소실(2)의 출구에는 통상 람다 프로브가 배치되고, 상기 람다 프로브는 배기 가스의 잔류 산소량을 검출할 수 있다. 정상 작동 동안 2개의 분사 밸브(12, 22)로부터 미리 정해진 연료량이 각각의 유입 개구(10, 20)의 방향으로 흡입관(11, 12) 내로 분사됨으로써, 각각의 흡입관 내에 흡입된 공기와 함께 공기-연료 혼합기가 형성된다. 흡입된 공기량은 스로틀 밸브에 의해 변화될 수 있다. 내연기관(1)이 예컨대 증가된 토크를 제공해야 하면, 스로틀 밸브가 개방된다. 이 경우, 흡입관(11, 21) 내의 압력은 상승하고 연료의 비산 경향은 낮아지며 연료의 일부가 벽에 침적된다. 분사 시에 벽에 분사되었던 연료와 함께, 벽에 침적된 연료는 연소실에 공급되는 공기-연료 혼합기에 없다. 스로틀 밸브의 폐쇄 시에, 흡입관 압력이 낮아지고, 연료의 비산 경향은 커지며, 흡입관 벽에 침적된 연료는 떨어져 나와 흡입관의 체적 내로 유입되고, 결국 연소실(2)에 추가로 공급된다. 따라서, 폐쇄 및 개방 시에 제공된 연료량이 연소실 내로 도달하지 않는 것이 고려되어야 한다. 연소실에 공급된 연료량은 설정 연료량과 차이가 난다. 분사할 연료를 미리 결정할 때 예컨대 흡입관 벽(11, 21)에 연료의 침적으로 인해 야기되는 연료 변화를 함께 고려하기 위해, 실제 연료량과 설정 연료량이 얼마나 차이나는지를 알아야 한다.
도 2는 제 1 방법 단계를 도시하고, 상기 제 1 방법 단계에서 제 1 분사 밸브(12)는 적어도 하나의 전체 사이클에 걸쳐 폐쇄되므로, 연료가 제 1 흡입관(11) 내로 분사되지 않고 그 벽에 월 필름이 퇴화된다. 동시에 제 2 분사 밸브(22)는 대체 연료량(4)을 제 2 흡입관(21) 내로 분사하고, 상기 연료량은 정상 작동 동안 2개의 분사 밸브로부터 함께 분사되는 (도면에 "2x"로 표시됨) 연료량에 정확히 상응한다. 도 2b는 제 1 방법 단계 동안 제 1 흡입관의 벽에 연료 침적(310)이 시간(300)에 따라 줄어드는 것을 도시한다. 이에 반해, 제 2 흡입관의 벽에 연료 침적(320)은 도 2c에 도시된 바와 같이 시간(300)에 대해 일정하게 유지된다.
람다 프로브에 의해, 월 필름의 퇴화 동안 측정된 람다값(330)은 먼저 시간(300)에 따라 줄어든 다음 다시, 람다 프로브가 분사 밸브의 폐쇄 전에 측정했던 람다값으로 되돌아 가는 것이 검출된다. 람다값의 이런 단시간 강하 및 후속하는 상승, 즉 상기 람다값 변화는 농후 배출이라 하며 도 2d에 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 제 2 방법 단계가 개략적으로 도시된다. 제 2 방법 단계에서, 제 1 분사 밸브(12)는 다시 개방되고, 제 1 테스트 연료량(6)이 제 1 흡입관(11) 내로 분사된다. 상기 제 1 테스트 연료량(6)은, 제 2 분사 밸브(22)로부터 제 2 흡입관(21) 내로 분사되는 제 2 테스트 연료량(6')과 함께, 정상 작동으로부터 미리 정해진 연료량 또는 대체 연료량에 상응하는 연료량을 형성한다. 제 1 흡입관(11)에서 제 2 방법 단계 동안 연료가 다시 벽에 침적된다. 즉, 제 1 흡입관의 벽에 연료 침적(310)이 시간(300)에 따라 커진다. 이는 도 3b에 도시되어 있다. 도 3c는 제 2 흡입관의 벽에 연료 침적(320)이 일정하게 유지되는 것을 도시한다. 제 2 방법 단계 동안 람다값(330)이 시간(300)에 따라 먼저 증가한 다음, 분사 밸브의 개방 전에 람다 프로브가 갖었던 람다값으로 되돌아간다. 람다값의 이런 단시간 상승 및 후속하는 강하는 희박 배출이라 하며 도 3d에 도시되어 있다.
상이한 작동 상황하에서 제 1 방법 단계 및 제 2 방법 단계의 반복은 각각의 작동 상황에서 연소실에 공급되는 연료의 실제 연료량과 설정 연료량 간의 차이를 결정할 수 있게 한다.
연소실(2)에 제공된 연료량과의 편차를 아는 것은 내연기관(1)의 각각의 작동 상황에 대해 미리 결정된 연료량을 정정하는 것을, 즉 각각의 작동 상황에 대해 과도 보상을 조정하는 것을 허용한다.
1 내연기관
2 연소실
10 유입 개구
11 흡입관
12 제 1 분사 밸브
22 제 2 분사 밸브
2 연소실
10 유입 개구
11 흡입관
12 제 1 분사 밸브
22 제 2 분사 밸브
Claims (8)
- 연소실(2)을 포함하는 내연기관(1)의 작동을 위해 람다값 변화에 기초하여 과도 보상을 조정하기 위한 방법으로서,
상기 연소실은 제 1 분사 밸브(12)가 배치된 제 1 흡입관(11)에 연결된 제 1 유입 개구(10)를 포함하고, 상기 연소실(2)은 제 2 분사 밸브(22)가 배치된 제 2 흡입관(21)에 연결된 제 2 유입 개구(20)를 포함하며, 정상 작동 중에 미리 정해진 연료량이 분사되며, 상기 미리 정해진 연료량은 상기 제 1 분사 밸브(12)를 통해 분사될 제 1 연료량과 상기 제 2 분사 밸브(22)를 통해 분사될 제 2 연료량으로 구성되는, 과도 보상을 조정하기 위한 방법에 있어서,
제 1 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(12)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 제 2 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(12)가 다시 개방되고, 상기 제 2 방법 단계에서 제 1 테스트 연료량(6)이 상기 제 1 분사 밸브(12)를 통해 그리고 제 2 테스트 연료량(6')이 상기 제 2 분사 밸브(22)를 통해 분사되며, 상기 제 1 테스트 연료량(6)과 상기 제 2 테스트 연료량(6')이 합해져서 상기 미리 정해진 연료량을 형성하고,
상기 과도 보상의 조정이 상이한 작동 상황에 대해 람다값 변화에 기초하여 이루어지고,
상기 제 1 방법 단계에서 람다 값의 농후 배출이 검출되고 및/또는 상기 제 2 방법 단계에서 람다 값의 희박 배출이 검출되어,
상기 농후 배출 및/또는 희박 배출의 크기 및/또는 지속 시간은 상기 연소실 내의 실제 연료량과 설정 연료량 사이의 양적 차이에 대한 척도로서, 상기 과도 보상의 조정을 위해 고려되는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 정상 작동 동안 상기 제 1 분사 밸브(12)로부터 분사된 제 1 연료량과 상기 제 2 분사 밸브(22)로부터 분사된 제 2 연료량은 동일하고 및/또는 상기 제 2 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(12)로부터 분사된 상기 제 1 테스트 연료량 및 상기 제 2 분사 밸브(22)로부터 분사된 상기 제 2 테스트 연료량이 동일한 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 람다값 변화가 상기 제 1 방법 단계 및/또는 제 2 방법 단계의 초기에 및/또는 도중에 관찰되는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 작동 상황에 대해 조정된 과도 보상이 저장되고, 상기 내연기관(1)의 정상 작동 동안 각각의 작동 상황에 대해 연료 분사 시에 고려되는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 미리 정해진 값을 벗어나는, 상기 내연기관(1)의 배출 특성의 변화가 검출되자마자, 상기 과도 보상이 적어도 하나의 작동 상황에 대해 다시 조정되는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내연기관(1)의 유효 작동의 미리 정해진 시간 간격 후에 상기 과도 보상이 다시 조정되는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 분사되는 연료량의 제어는 컴퓨터 제어 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과도 보상을 조정하기 위한 방법.
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