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KR102564006B1 - 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법 Download PDF

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KR102564006B1
KR102564006B1 KR1020160168784A KR20160168784A KR102564006B1 KR 102564006 B1 KR102564006 B1 KR 102564006B1 KR 1020160168784 A KR1020160168784 A KR 1020160168784A KR 20160168784 A KR20160168784 A KR 20160168784A KR 102564006 B1 KR102564006 B1 KR 102564006B1
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South Korea
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pressure
engine clutch
engine
piston
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소현준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량에서 엔진 시동 시 엔진과 모터를 연결 또는 연결해제시키는 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터가 작동되는 단계; 상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계; 상기 확인된 변위와 변위별 압력을 통해 압력기울기를 계산하는 단계; 상기 계산된 상기 압력기울기를 통해 상기 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별하는 단계로 구성되어, 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터의 피스톤 압력/변위 특성을 통해 압력기울기를 계산하고, 계산된 압력기울기이 임계값 이상 시 엔진클러치 누유로 진단할 수 있게 하여 상품성을 향상시키도록 하는 것이다.

Description

하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법{Diagnosis method of oil leaking for vehicle engine clutch}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터의 피스톤 압력/변위 특성을 통해 압력기울기를 계산하여 기울기 값으로 엔진클러치의 누유를 진단할 수 있게 하기 위한 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 한 가지 이상의 서로 다른 동력원을 사용해서 구동하는 차량으로, 일반적인 하이브리드 차량은 화석연료를 사용해서 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동되는 전기 모터를 함께 구비한 차량을 말한다.
종래의 하이브리드 차량은 엔진과 모터를 연결하는 엔진클러치가 구비된다.
한편, 종래의 하이브리드 차량의 엔진클러치는 누유 발생 시 엔진과 모터 사이의 동력 단절에 실패하게 되어 구동력 발생 및 차량 발진이 일어나기 때문에, 이를 방지하기 위해 센서를 이용하여 엔진클러치의 누유를 판단하고 있으나 센서를 이용하여 누유 검출을 하는 경우 엔진클러치의 압력과 변위가 상승하게 되면 누유가 발생되더라도 검출되지 않는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 등록특허 제10-0844567호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터의 피스톤 압력/변위 특성을 통해 압력기울기를 계산하여 기울기 값으로 엔진클러치의 누유를 진단할 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 하이브리드 차량에서 엔진 시동 시 엔진과 모터를 연결 또는 연결해제시키는 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터가 작동되는 단계; 상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계; 상기 확인된 변위와 변위별 압력을 통해 압력기울기를 계산하는 단계; 상기 계산된 상기 압력기울기를 통해 상기 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별하는 단계;를 포함함으로써 달성된다.
상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는, 상기 유압 액추에이터의 작동에 따라 가변되는 상기 피스톤의 변위 이동을 확인하는 단계를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는 상기 피스톤의 변위 위치별 압력을 확인하는 단계를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는, 상기 피스톤의 변위 위치에서 최대 압력 위치를 확인하는 단계; 상기 피스톤의 변위 위치에서 최대 변위의 압력을 확인하는 단계를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 압력기울기는 하기의 수학식을 이용하여 계산되도록 하는 것이 바람직하다.
[수학식]
Figure 112016121689378-pat00001
[Grad : 기울기(G), Pmax : 최대 압력(bar), Pend : 최대 변위에서의 압력(bar), L(Pmax) : Pmax에서의 변위(um), L(Pend) : Pend에서의 변위(um)]
상기 계산된 상기 압력기울기를 통해 상기 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판단하는 단계는 상기 계산된 압력기울기가 임계값 이상인 경우 누유로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
누유 판단 시 차량의 계기판에 상기 엔진클러치 누유 경고를 알리는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터의 피스톤 압력/변위 특성을 통해 압력기울기를 계산하고, 계산된 압력기울기가 임계값 이상인 경우 엔진클러치 누유로 진단할 수 있게 하여 상품성을 향상시킨다.
또한, 종래에는 검출 영역을 설정하고 검출 영역의 압력을 기준 압력과 비교하여 검출하기 때문에 검출 영역에서 벗어난 영역에서는 누유 감지가 불가능하였으나, 본 발명은 피스톤 변위 위치에 따른 최대 압력과 최대 변위의 압력을 통해 압력기울기를 계산하므로 전 영역에서 누유를 감지할 수 있게 하여 누유 감지 가능성을 높여 검사 신뢰도를 향상시킨다.
또한, 엔진클러치 누유 진단 신뢰도를 향상시킴으로써 엔진클러치 고장으로 인한 차량 주행 사고의 위험을 예방하여 안전성을 증대시킨다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 차량을 도시하는 구조도,
도 2는 본 발명의 하이브리드 차량에 구비된 엔진클러치의 작동 구조를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 하이브리드 차량에 구비된 엔진클러치의 유압 전달 과정을 도시하는 구조도,
도 4는 본 발명의 하이브리드 차량에 구비된 엔진클러치의 유압 액추에이터가 정상조건인 경우와 누유조건인 경우의 압력/변위 특성을 도시하는 그래프,
도 5는 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법을 도시하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에서 유압 액추에이터가 정상조건인 경우와 누유조건인 경우의 압력/변위 특성을 도시하는 그래프,
도 7은 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에서 다이어프램 스프링의 하중에 대한 변형량 특성을 도시하는 그래프,
도 8은 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에서 다이어프램 스프링의 변형 상태를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에서 다이어프램 스프링이 정상조건인 경우의 변형 상태와 압력/변위 특성을 도시하는 도면,
도 10는 본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법에서 다이어프램 스프링이 누유조건인 경우의 변형 상태와 압력/변위 특성을 도시하는 도면.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진클러치의 누유 진단을 시작하는 단계와, 유압 액추에이터의 피스톤 변위 및 압력을 확인하는 단계와, 압력기울기를 계산하는 단계와, 압력기울기를 통해 엔진클러치 누유 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
우선, 하이브리드 차량은 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(1)과 모터(2)가 연결되고, 엔진(1)과 모터(2) 사이에는 엔진클러치(4)가 구비된다.
엔진클러치(4)는 하이브리드 차량의 주행조건에 따라 엔진(1)과 모터(2) 사이의 동력을 연결 또는 차단시켜주는 장치로서, 하이브리드 주행 모드(이하, HEV 모드)로 전환 시에는 엔진(1)과 모터(2)를 연결하고, 전기차 주행 모드(이하, EV 모드)로 전환 시에는 엔진(1)과 모터(2)의 연결을 차단하게 된다.
일례로, 출발과 저속 주행 시에는 엔진(1)의 동력을 사용하지 않고(엔진 정지 상태) 모터(2)의 구동력만으로 변속기(3)에 동력이 전달되기 때문에 엔진(1)과 변속기(3) 사이의 동력연결은 필요가 없으며, 이에 따라 하이브리드 차량은 EV 모드로 주행을 하게 된다.
하지만, 고속 주행과 가속 및 등판 주행 시에는 모터(2)와 엔진(1)이 함께 구동력을 발생시킬 수 있도록 엔진(1)과 변속기(3) 사이의 동력이 전달되어야 하는 바, 이로 인해 하이브리드 차량은 HEV 모드로 주행을 하게 된다
한편, 엔진클러치(4)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 모터(2)의 구동력에 의한 유압의 힘으로 엔진측 디스크와 모터측 디스크가 서로 체결상태 또는 해제상태를 유지하게 되는 바, 모터(2)가 구동하면 스크루(12)가 회전하고, 스크루(12)의 회전에 의해 너트(13)가 직선 이동하며, 너트(13)와 결합된 제1피스톤(14)이 마스터실린더(15)를 따라 이동하게 된다.
이때, 제1피스톤(14)이 마스터실린더(15)의 우측으로 이동하게 되면 슬레이브실린더(16)로 유압이 전달됨에 따라 제2피스톤(17) 및 피스톤로드(18)는 슬레이브실린더(16)로부터 돌출되고, 그 결과 해제상태에 있던 엔진클러치(4)는 체결상태로 전환되어서 엔진(1)과 모터(2) 사이의 동력을 연결하게 된다.
반대로, 제1피스톤(14)이 마스터실린더(15)의 좌측으로 이동하면 슬레이브실린더(16)로부터 유압이 빠져나가게 됨에 따라 체결상태에 있던 엔진클러치(4)는 해제상태로 전환되고, 이로 인해 엔진(1)과 모터(2) 사이는 동력연결이 해제된다.
한편, 상술한 바와 같은 엔진클러치(4)는 엔진(1)과 모터(2) 사이의 동력을 단절시키는 노멀 오픈(normal open) 타입과, 엔진(1)과 모터(2) 사이의 동력을 연결시키는 노멀 클로즈(normal close) 타입이 있다.
이 중 노멀 클로즈 타입은 모터(2)에서 고장이 발생하더라도 엔진(1)의 동력으로 차량을 구동할 수 있어 고장 시 동력 확보가 가능하게 한다.
그러나, 노멀 클로즈 타입은 엔진(1)과 모터(2) 사이의 동력을 단절시킨 후 엔진 시동 시 도 1에 도시된 바와 같이 엔진클러치(4) 고장으로 인해 동력 단절에 실패할 경우 엔진 구동력이 발생하고 그 구동력이 그대로 전달되어 차량 발진이 발생할 수도 있다.
한편, 엔진클러치(4)의 고장은 대부분 엔진클러치(4)의 유압 액추에이터에서 누유가 발생되는 경우이며, 누유가 발생되면 유압 액추에이터에서 압력이 정상적인 수준에 도달하지 못하므로 엔진클러치(4)의 스프링 장치(5, 도 3 참조)를 밀어주는 동력이 충분하지 않기 때문에 엔진(1)과 모터(2)의 동력 단절에 실패하게 된다.
따라서, 종래에는 엔진클러치(4) 누유를 판별하기 위해 유압 액추에이터에 구비된 압력센서와 위치센서를 통해 측정된 압력이 일정 압력 이하일 경우 정상적인 압력 수준이 아니므로 누유로 판단했으나, 이 경우 압력의 낮은 정도를 확인하는 산출 방법이므로 누유가 발생하더라도 일정 압력 이상이면 누유 검출이 불가능했다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 엔진클러치(4)가 정상 작동할 때는 유압 액추에이터의 피스톤 변위가 상사점을 기준으로 양의 기울기와 음의 기울기를 가지게 되고, 엔진클러치(4)에서 누유가 발생되는 경우에는 피스톤 변위가 양의 기울기를 가지게 되지만 종래의 누유 검출 방법으로는 누유가 발생되더라도 압력과 변위가 상승하게 되면 누유를 검출할 수 없는 문제점이 있었으며, 이를 해결하기 위해 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터의 피스톤 압력/변위 특성을 통해 압력기울기를 계산하여 기울기 값으로 엔진클러치의 누유를 진단할 수 있게 한다.
한편, 본 발명은 하이브리드 차량에서 엔진 시동 시 엔진과 모터를 연결 또는 연결해제시키는 엔진클러치의 누유 진단을 시작한다(S10).
이때, 엔진이 작동하게 되면 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터도 작동하게 되는데, S10 단계의 누유 진단은 유압 액추에이터가 작동하면서 시작된다.
누유 진단 시작 이후 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인한다(S20).
이때, 유압 액추에이터의 피스톤 변위와 압력을 확인하는 이유는 엔진클러치에 적용되는 스프링 장치가 피스톤과 연결되어 유압에 의해 이동되고, 스프링 장치의 변위와 피스톤의 변위가 유사하므로, 압력 측정이 가능한 피스톤의 변위와 압력을 확인하여 유압 액추에이터의 누유 여부를 판단할 수 있기 때문이다.
한편, 엔진클러치에 적용되는 스프링 장치는 다이어프램 스프링(100)으로 도 7에 도시된 바와 같이 하중에 따른 변형량이 비선형적인 특징을 가진다. 이때 다이어프램 스프링(100)은 도 8에 도시된 바와 같이 외력 발생에 따라 격막용수철(110)이 이동하게 되는데, 최대하중점인 상사점을 지나고 나면 하중이 줄어들게 되고, 하중/변위의 구배(기울기)가 음의 기울기를 가지기 때문에 안정적으로 스프링의 변위를 유지할 수 있게 된다.
이와 같은 다이어프램 스프링(100)의 비선형 하중/변위 특징 때문에 다이어프램 스프링(100)이 적용된 엔진클러치 작동 시 피스톤의 압력/변위도 도 9에 도시된 바와 같이 상사점을 기준으로 상사점 이전에는 양의 기울기를 가지며, 이후에는 음의 기울기를 가지게 된다.
이때, 유압 액추에이터에서 누유가 발생하여 피스톤을 밀어주는 압력이 부족한 경우 도 10에 도시된 바와 같이 다이어프램 스프링(100)의 변위가 상사점에 도달하지 못하기 때문에 압력/변위가 정상 상태인 경우와는 다르게 양의 기울기를 가진 선형으로 나타난다.
따라서, 다이어프램 스프링(100)이 적용된 엔진클러치의 유압 액추에이터의 압력/변위 곡선의 구배 특성이 상사점을 전후로 양의 기울기와 음의 기울기로 구분되기 때문에 상사점 이후의 압력/변위가 음의 기울기가 아닌 경우 누유로 판단할 수 있는 것이다.
한편, 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계(S20)는 피스톤의 변위 이동을 확인하는 단계(S21)와, 위치별 압력을 확인하는 단계(S22)와, 최대 압력 위치를 확인하는 단계(S23)와, 최대 변위의 위치를 확인하는 단계(S24)를 포함한다.
피스톤의 변위 이동을 확인하는 단계(S21)는 유압 액추에이터 작동에 따라 유압에 의해 가변되는 피스톤의 변위를 확인한다.
위치별 압력을 확인하는 단계(S22)는 가변되는 피스톤의 변위별 압력을 확인한다.
최대 압력 위치를 확인하는 단계(S23)는 확인된 피스톤 변위 위치에서 압력이 제일 높은 지점의 압력과 변위를 좌표값으로 확인한다.
최대 변위의 위치를 확인하는 단계(S24)는 피스톤의 변위 위치에서 최대 변위 위치의 압력과 변위를 좌표값으로 확인한다.
확인된 변위와 변위별 압력을 통해 압력기울기를 계산하는 단계(S30)는 이전단계(S20)에서 확인된 변위와 압력에 대한 좌표값을 통해 압력기울기를 계산하여 엔진클러치가 누유인지 판단할 수 있게 한다.
압력기울기는 아래의 수학식1을 통해 계산된다.
Figure 112016121689378-pat00002
이때, Grad는 압력기울기(G), Pmax는 최대 압력(bar), Pend는 최대 변위에서의 압력(bar), L(Pmax)는 Pmax에서의 변위(um), L(Pend)는 Pend에서의 변위(um)이다.
이는 기울기 값을 산출하는 공식인 y축 증가량 / x축 증가량을 변경한 것으로, 음수 값이 나오면 음의 기울기를 가지게 되고 양수 값이 나오면 양의 기울기를 가지게 된다.
그 후 압력기울기를 계산하는 단계(S30)에서 계산된 압력기울기를 통해 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별한다(S40).
이때, 엔진클러치의 누유 판별 기준은 압력기울기가 임계값 이상 시 누유로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 임계값을 0으로 설정하여 압력기울기가 0 이상인 경우 누유로 판단하고, 음수(-)인 경우 피스톤이 정상적으로 작동하고 있는 것으로 판단한다.
한편, 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별하는 단계(S40)는 누유 판별 시 압력기울기가 양수인지 판단하는 단계(S41)와, 압력기울기가 0이상 시 엔진클러치가 누유인 것으로 판단하는 단계(S42)와, 압력기울기가 음수인 경우 엔진클러치가 정상인 것으로 판단하는 단계(S43)를 통해 누유 판단을 수행하도록 한다.
예를 들어, 유압 액추에이터의 피스톤 압력과 변위가 도 6에 도시된 A선도와 같은 경우 상사점 이후의 최대 압력 Pmax는 200, 최대 변위에서의 압력 Pend는 100, 최대 압력에서의 변위 L(Pmax)는 600, 최대 변위에서의 변위 L(Pend)는 1400으로 확인되는 경우 압력기울기는 -1/8로 음의 기울기 값이므로 정상 상태임을 알 수 있게 된다.
또한, 도 6에 도시된 B선도와 같은 경우 최대 압력 Pmax와, 최대 변위에서의 압력 Pend가 80, 최대 압력에서의 변위 L(Pmax)와, 최대 변위에서의 변위 L(Pend)가 1400이므로 수학식1에 의해 계산된 압력기울기는 0이 되어 누유 상태임을 알 수 있게 된다.
다만, 도 6의 B선도가 도면 상으로는 양의 기울기를 가지지만 계산된 압력기울기가 0인 이유는 본 발명의 수학식1이 일반적인 x축, y축 증가량에 대한 기울기가 아닌 최대압력과 최대변위에 따른 압력과 변위에 의한 것이므로 도면으로 보여지는 기울기와 계산된 압력기울기는 차이가 있게 된다.
한편, 압력기울기가 0이상 시 엔진클러치가 누유인 것으로 판단하는 단계(S42)에 누유로 판단되는 경우에는 다음 단계(S44)로 진행하여 차량의 계기판에 엔진클러치 누유 경고를 알리도록 하여 엔진클러치 고장으로 인한 차량 주행 사고 위험을 예방할 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 하이브리드 차량에서 엔진 시동 시 엔진과 모터를 연결 또는 연결해제시키는 엔진클러치의 누유 진단을 시작하여, 엔진클러치의 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와 압력을 확인하는 단계를 거쳐 압력기울기를 계산하여 계산된 압력기울기 값을 통해 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별하도록 함으로써 엔진클러치 누유 감지 가능성을 높여 검사 신뢰도를 향상시킨다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 차량에서 엔진 시동 시 엔진과 모터를 연결 또는 연결해제시키는 엔진클러치에 구비된 유압 액추에이터가 작동되는 단계;
    상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계;
    상기 확인된 변위와 변위별 압력을 통해 압력기울기를 계산하는 단계;
    상기 계산된 상기 압력기울기를 통해 상기 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판별하는 단계;를 포함하고,
    상기 압력기울기는 하기의 수학식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
    [수학식]

    [Grad : 기울기(G), Pmax : 최대 압력(bar), Pend : 최대 변위에서의 압력(bar), L(Pmax) : Pmax에서의 변위(um), L(Pend) : Pend에서의 변위(um)]
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는, 상기 유압 액추에이터의 작동에 따라 가변되는 상기 피스톤의 변위 이동을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는, 상기 피스톤의 변위 위치별 압력을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유압 액추에이터에 구비되는 피스톤의 변위와, 변위별 압력을 확인하는 단계는, 상기 피스톤의 변위 위치에서 최대 압력 위치를 확인하는 단계; 상기 피스톤의 변위 위치에서 최대 변위의 압력을 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 계산된 상기 압력기울기를 통해 상기 엔진클러치가 누유인지 정상인지 판단하는 단계는 상기 계산된 압력기울기가 임계값 이상인 경우 누유로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    누유 판단 시 차량의 계기판에 상기 엔진클러치 누유 경고를 알리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진클러치 누유 진단 방법.
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