KR20190047230A - 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법 - Google Patents

선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 배기가스의 질소산화물을 저감시키기 위한 장치인 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법은 전단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 전단질소산화물센서측정단계; 후단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 후단질소산화물센서측정단계; 상기 전단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값과 상기 후단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값을 비교하는 전후단질소산화물 비교단계;를 포함하여 구성되고, 상기 후단질소산화물센서의 이상 유무를 확인하기 위한 후단질소산화물센서점검단계;를 더 포함하여, 상기 후단질소산화물센서점검단계는: 엔진이 아이들 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 반응드리프트를 측정하는 반응드리프트측정단계; 상기 엔진이 오버런 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 오프셋드리프트를 측정하는 오프셋드리프트측정단계; 및 차량ECU에서 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단할 때 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트와 상기 오프셋드리프트를 반영하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 차량ECU판단단계:를 포함하여 이루어진다.

Description

선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법{Method for detecting the error of Selective Catalytic Reduction}
본 발명은 자동차 배기가스의 질소산화물을 저감시키기 위한 장치인 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법에 관한 것이다.
질소 산화물은 자동차와 같은 이동원 및 산업계, 발전설비 등과 같은 고정원에서 주로 발생되며 동식물의 건강과 생활환경에 많은 영향을 미치게 된다. 질소산화물은 NO, NO2, N2O, N2O4 등의 형태로 존재하며, 가장 큰 피해는 광화학 스모그의 생성에 관한 것으로 햇빛의 존재하에 탄화수소와 반응하여 광화학적 산화물을 생성시킨다. 또한 이것은 시정장애, 온실효과 뿐만 아니라 산성비의 원인이 되는 질산과 질산염으로 전환되어 산성비의 약 40% 정도가 질산에 의한 것으로 추정되고 있다. 또한 헤모글로빈에서 O2 에 대하여 20,000 배나 강력한 흡착성능을 갖고 있어 농도가 높아지면 큰 위해를 끼칠 수 있는 물질로 알려져 있어, 이의 저감을 위한 노력이 시급히 요청되고 있다.
현재 고정원에 대한 배연 탈질 기술 중 가장 신뢰성 있으며 적용례가 많고 고효율을 보이는 기술은 선택적 촉매 환원 공정 (SCR, Selective Catalytic Reduction)이다. SCR공정은 NOx가 함유된 배기가스에 ammonia 등의 환원제를 분사하여 촉매 상에서 질소와 수분으로 환원시키는 방법이다.
한국공개특허 제 10-2016-0051369호는 SCR 시스템의 고장진단방법 및 장치에 대하여 개시하고 있으며, 종래 기술에서 SCR 시스템의 정화효율을 모니터링 할 때 발생할 수 있는 편차를 보정하여 보다 강건한 모니터링을 수행하고, SCR 시스템의 정화효율의 주요 인자를 계산에 반영하여 보다 합리적인 고장진단 한계평균값(Threshold Efficiency)를 산출할 수 있는 SCR 시스템의 고장진단방법 및 장치를 제공한다.
한국등록특허 제 10-1684135호에서는 배기관 후단에 마련된 NOx센서를 이용하여 NOx양을 감지하고, 감지된 NOx양과 기맵핑된 목표량의 차이에 기반하여 노후화에 따른 인젝터의 고장을 진단하는 방법을 제공하고 있으며, 인젝터를 이용하여 배기관 내부로 요소를 분사하는 단계; 상기 분사단계 후, 배기관 후단에 마련된 NOx센서를 통해 NOx양 및 암모니아 양을 감지하는 단계; 및 상기 NOx양 또는 암모니아양 중 적어도 하나에 기반하여 인젝터의 고장을 진단하는 단계;를 포함하고, 상기 분사단계 시, 인젝터는 일정시간마다 요소를 분사하되, 시간경과에 따라 더 많은 양의 요소를 분사하며, 상기 감지단계는 인젝터가 분사 제어되는 시점으로부터 설정시간 경과시 수행되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 SCR고장진단방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 종래의 SCR고장진단방법은 상기 전단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 전단질소산화물센서측정단계; 상기 후단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 후단질소산화물센서측정단계; 및 상기 전단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값과 상기 후단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값을 비교하는 전후단질소산화물 비교단계로 구성된다.
그러나 이처럼 종래 기술들에서 SCR 시스템의 정화효율을 모니터링 할 때, 일정 시간 동안 SCR의 전, 후단에서의 NOx 질량을 적산하여 평균 정화효율을 계산하는데, SCR 후단의 NOx센서에 측정오차가 발생하여 NOx의 양을 잘못 측정하는 경우에 NOx센서의 측정오차가 있는지 여부를 알 수 없기 때문에 결국은 NOx센서의 측정오차에 의해 발생하는 오차만큼 SCR에 오류가 있는 것으로 판단하게 된다는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제 10-2016-0051369호 : SCR 시스템의 고장진단방법 및 장치 한국등록특허 제 10-1684135호 :SCR 시스템의 고장진단방법
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서 SCR 시스템의 정화효율을 모니터링 할 때 발생할 수 있는 편차를 보정하여 보다 강건한 모니터링을 수행하는 SCR 시스템의 고장진단방법 및 장치를 제공하는 것이며, 특히 SCR시스템의 후단에 위치하는 질소산화물센서(NOx센서)의 반응리프트 및 오프셋리프트 값을 측정하고 이러한 리트트값을 반영하여 SCR시스템의 고장진단을 함으로써 고장진단의 정확성이 보다 향상된 고장진단방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법은 자동차의 질소산화물을 처리하기 위한 선택적촉매저감장치의 전단에 위치하는 후단질소산화물센서 및 상기 선택적촉매저감장치의 후단에 위치하는 후단질소산화물센서를 이용하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단하는 방법에 있어서, 상기 전단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 전단질소산화물센서측정단계; 상기 후단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 후단질소산화물센서측정단계; 상기 전단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값과 상기 후단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값을 비교하는 전후단질소산화물 비교단계;를 포함하여 구성되고, 상기 후단질소산화물센서의 이상 유무를 확인하기 위한 후단질소산화물센서점검단계;를 더 포함하여, 상기 후단질소산화물센서점검단계는: 엔진이 아이들 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 반응드리프트를 측정하는 반응드리프트측정단계; 상기 엔진이 오버런 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 오프셋드리프트를 측정하는 오프셋드리프트측정단계; 및 차량ECU에서 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단할 때 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트와 상기 오프셋드리프트를 반영하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 차량ECU판단단계:를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응드리프트측정단계는: 상기 엔진이 아이들상태인지를 확인하는 엔진아이들상태확인단계; 상기 엔진이 아이들된 상태에서 제 1경과시간이 지난 제 1시점에서 EGR을 오프하는 EGR오프단계; 상기 EGR오프단계 이후 제 2경과시간이 경과한 제 2시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들초기값으로 도출하는 아이들초기값도출단계; 상기 초기값도출단계 이후 제 3경과시간이 경과한 제 3시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들최종값으로 도출하는 아이들최종값도출단계; 및 상기 아이들초기갑과 상기 아이들최종값 및 상기 제 2시점과 상기 제 3시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트 값을 도출하는 반응드리프트도출단계;를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 오프셋드리프트측정단계는: 상기 엔진이 오버런상태인지를 확인하는 엔진오버런상태확인단계; 상기 엔진이 오버런된 상태에서 제 4경과시간이 지난 제 4시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런초기값으로 도출하는 오버런초기값도출단계; 상기 오버런초기값도출단계 이후 제 5경과시간이 경과한 제 5시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런최종값으로 도출하는 오버런최종값도출단계; 및 상기 오버런초기갑과 상기 오버런최종값 및 상기 제 4시점과 상기 제 5시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 오프셋드리프트 값을 도출하는 오프셋드리프트도출단계;를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔진오버런상태확인단계에서는 상기 엔진이 오버런상태이면서 배기가스 중 질소산화물이 없는 상태인지를 확인한다.
본 발명에 따르면, 선택적촉매저감장치(SCR)의 고장진단을 하는데 이용되는 질소산화물센서(NOx)의 드리프트를 정확하게 측정하여 이러한 드리프트를 반영하여 상기 선택적촉매저감장치의 고장을 진단하기 때문에 상기 선택적촉매저감장치에는 이상이 없음에도 불구하고 상기 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는데 이용되는 상기 질소산화물센서의 고장에 의해 상기 선택적촉매저감장치에 이상이 있는 것으로 잘못 판단되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 상기 선택적촉매저감장치에 장착되는 질소산화물센서의 반응드리프트 및 오프셋드리프트를 측정함으로써 상기 질소산화물센서의 동작상태 및 교체시기 등을 확인할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 SCR고장진단방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도 3은 선택적촉매저감장치와 관련된 차량 부품구성을 보여주는 도면이고,
도 4는 후단질소산화물센서(210)의 두가지 드리프트를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 추단질소산화물센서점검단계를 설명하기 위한 순서도이고,
도 6은 반응드리프트측정단계를 설명하기 위한 순서도이고,
도 7은 오프셋드리프트측정단계를 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 선택적촉매저감장치와 관련된 차량 부품구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법은 전단질소산화물센서측정단계(S200), 후단질소산화물센서측정단계(S300) 및 전후단질소산화물 비교단계(S400)로 이루어진 선택적촉매저감장치의 이상유무판단방법에서 후단질소산화물센서점검단계(S100)가 추가적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 요소수탱크(600)에 저장되어 있는 요수수는 인젝터(500)에 의해 분사되어 상기 선택적촉매저감장치(100)에 공급된다.
상기 선택적촉매저감장치(100)의 전단과 후단에는 전단질소산화물센서(220) 및 후단질소산화물센서(210)가 설치되어 상기 선택적촉매저감장치(100)를 통과하기 전과 후의 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물의 양을 측정하게 된다.
즉, 상기 전단질소산화물센서(220)를 이용하여 질소산화물을 측정하고 상기 후단질소산화물센서(210)를 이용하여 질소산화물을 측정한 다음 차량ECU(300)에서 전단질소산화물센서(220) 및 후단질소산화물센서(210)에서 측정된 값을 비교하여 상기 선택적촉매저감장치(100)의 이상유무를 판단하게 된다.
그런데, 상기 후단질소산화물센서(210) 자체가 이상이 있는 경우에는 상기 상기 선택적촉매저감장치(100)는 아무런 이상이 없이 정상적으로 동작하고 있음에도 불구하고 상기 후단질소산화물센서(210)의 고장으로 인하여 마치 상기 선택적촉매저감장치(100)에 이상이 있는 것으로 잘못 판단되는 경우가 발생할 수 있다.
도 4는 후단질소산화물센서(210)의 두가지 드리프트를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 엔진 마일리지 증가에 따라 상기 후단질소산화물센서(210)의 특성이 반응드리프트 또는 오프셋드리프트 형태로 변화하게 된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법에서는 엔진 마일리지 증가에 따라 상기 후단질소산화물센서(210)의 내구 특성의 변화 및 이로 인한 측정 오류로 인한 상기 선택적촉매저감장치(100)의 이상유무 오판을 방지하기 위하여 상기 후단질소산화물센서(210)의 이상 유무를 확인하기 위한 후단질소산화물센서점검단계(S100)를 더 포함한다.
도 5는 추단질소산화물센서점검단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 반응드리프트측정단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 오프셋드리프트측정단계를 설명하기 위한 순서도이다.
상기 후단질소산화물점검단계(S100)는 본 발명의 실시예에서는 가장 먼저 후단질소산화물센서점검단계(S100)가 이루이진 이후에 나머지 과정인 전단질소산화물센서측정단계(S200), 후단질소산화물센서측정단계(S300) 및 전후단질소산화물 비교단계(S400)가 이루어지는 것을 예로 들어 설명하지만, 상기 후단질소산화물센서점검단계(S100)는 상기 전단질소산화물센서측정단계(S200), 후단질소산화물센서측정단계(S300) 및 전후단질소산화물 비교단계(S400)의 어느 단계들 사이에서 이루어져도 무방하다.
상기 후단질소산화물센서점검단계(S100)는 반응드리프트측정단계(S110), 오프셋드리프트측정단계(S120) 및 차량ECU판단단계(S130)로 이루어진다.
상기 반응드리프트측정단계(S110)에서는 엔진이 아이들 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 반응드리프트를 측정하고, 상기 오프셋드리프트측정단계(S120)에서는 상기 엔진이 오버런 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 오프셋드리프트를 측정하며, 상기 차량ECU판단단계(S130)에서는 차량ECU에서 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단할 때 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트와 상기 오프셋드리프트를 반영하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단한다.
상기 반응드리프트측정단계(S110)는 엔진아이들상태확인단계(S111), EGR오프단계(S112), 아이들초기값도출단계(S113), 아이들최종값도출단계(S114) 및 반응리프트도출단계(S115)로 이루어진다.
상기 엔진아이들상태확인단계(S111)에서는 상기 엔진이 아이들상태인지를 확인하고 상기 EGR오프단계(S112)에서는 상기 엔진이 아이들된 상태에서 제 1경과시간이 지난 제 1시점에서 EGR을 오프하고, 상기 아이들초기값도출단계(S113)에서는 상기 EGR오프단계 이후 제 2경과시간이 경과한 제 2시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들초기값으로 도출하고, 아이들최종값도출단계(S114)에서는 상기 이이들초기값도출단계 이후 제 3경과시간이 경과한 제 3시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들최종값으로 도출한다.
상기 반응드리프트도출단계(S115)에서는 상기 아이들초기갑과 상기 아이들최종값 및 상기 제 2시점과 상기 제 3시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트 값을 도출한다.
상기 오프셋드리프트측정단계(S120)는 엔진오버런상태확인단계(S121), 오버런초기값도출단계(S122), 오버런최종값도출단계(S123) 및 오프셋드리프트도출단계(S124)로 이루어진다.
엔진오버런상태확인단계(S121)에서는 상기 엔진이 오버런상태인지를 여부를 판단하고, 오버런 상태에서 배기가스 중 질소산화물이 없는 조건에서 상기 후단질소산화물센서(210)에서의 측정값을 도출하여 오프셋드리프트를 확인하게 된다.
오버런초기값도출단계(S122)에서는 상기 엔진이 오버런된 상태에서 제 4경과시간이 지난 제 4시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런초기값으로 도출하고, 오버런최종값도출단계(S123)에서 상기 오버런초기값도출단계 이후 제 5경과시간이 경과한 제 5시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런최종값으로 도출하며, 오프셋드리프트도출단계(S124)에서는 상기 오버런초기갑과 상기 오버런최종값 및 상기 제 4시점과 상기 제 5시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 오프셋드리프트 값을 도출하게 된다.
100 : 선택적촉매저감장치 210 : 후단질소산화물센서
220 : 전단질소산화물센서 300 : 차량ECU
500 : 인젝터 600 : 요소수탱크

Claims (4)

  1. 자동차의 질소산화물을 처리하기 위한 선택적촉매저감장치의 전단에 위치하는 후단질소산화물센서 및 상기 선택적촉매저감장치의 후단에 위치하는 후단질소산화물센서를 이용하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단하는 방법에 있어서,
    상기 전단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 전단질소산화물센서측정단계;
    상기 후단질소산화물센서를 이용하여 질소산화물을 측정하는 후단질소산화물센서측정단계;
    상기 전단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값과 상기 후단질소산화물센서측정단계에서 측정된 값을 비교하는 전후단질소산화물 비교단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 후단질소산화물센서의 이상 유무를 확인하기 위한 후단질소산화물센서점검단계;를 더 포함하여,
    상기 후단질소산화물센서점검단계는:
    엔진이 아이들 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 반응드리프트를 측정하는 반응드리프트측정단계;
    상기 엔진이 오버런 상태에서 상기 후단질소산화물센서의 오프셋드리프트를 측정하는 오프셋드리프트측정단계; 및
    차량ECU에서 상기 선택적촉매저감장치의 이상 유무를 판단할 때 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트와 상기 오프셋드리프트를 반영하여 상기 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 차량ECU판단단계:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응드리프트측정단계는 :
    상기 엔진이 아이들상태인지를 확인하는 엔진아이들상태확인단계;
    상기 엔진이 아이들된 상태에서 제 1경과시간이 지난 제 1시점에서 EGR을 오프하는 EGR오프단계;
    상기 EGR오프단계 이후 제 2경과시간이 경과한 제 2시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들초기값으로 도출하는 아이들초기값도출단계;
    상기 초기값도출단계 이후 제 3경과시간이 경과한 제 3시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 아이들최종값으로 도출하는 아이들최종값도출단계; 및
    상기 아이들초기갑과 상기 아이들최종값 및 상기 제 2시점과 상기 제 3시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 반응드리프트 값을 도출하는 반응드리프트도출단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오프셋드리프트측정단계는 :
    상기 엔진이 오버런상태인지를 확인하는 엔진오버런상태확인단계;
    상기 엔진이 오버런된 상태에서 제 4경과시간이 지난 제 4시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런초기값으로 도출하는 오버런초기값도출단계;
    상기 오버런초기값도출단계 이후 제 5경과시간이 경과한 제 5시점에서 상기 후단질소산화물센서의 측정값을 오버런최종값으로 도출하는 오버런최종값도출단계; 및
    상기 오버런초기갑과 상기 오버런최종값 및 상기 제 4시점과 상기 제 5시점 사이의 시간간격값을 이용하여 상기 후단질소산화물센서의 상기 오프셋드리프트 값을 도출하는 오프셋드리프트도출단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 엔진오버런상태확인단계에서는 상기 엔진이 오버런상태이면서 배기가스 중 질소산화물이 없는 상태인지를 확인하는 것을 특징으로 하는 선택적촉매저감장치의 이상유무를 판단하는 방법.
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