자동차 연료공급 장치에 대한 국내외 특허 출원 및
기술개발 동향

1. 서 론
국내 기계공업 분야에서 '90년대 이후 수출의 최첨병으로 자리매김한 자동
차 산업은 해당 국가의 기계공업 수준의 평가 기준이며, 대외적으로 국내 산
업계 전반에 걸쳐 통상압력이 가중되고 있는 현시점에서 기술집약적 산업인
자동차 산업의 지속적인 기술개발은 국제경쟁력 제고에 가장 핵심적인 요소
로 인식되고 있다. 이와 관련하여 최근 국내 자동차 업계들의 기술개발 노력
은 양적으로 놀라운 신장('92년 4356건, '95년 44438건으로 3년간 10배 이상
출원 증가)을 보이고 있으며 내용면에서는 조향장치, 동력전달장치, 차체 분
야 등의 출원이 주종을 이루고 있는 가운데 특히 석유 에너지 고갈에 따른
연비 향상과 환경오염을 개선하기 위한 연구개발이 두드러지고 있어, 본고에
서는 이같은 산업계의 기술개발 추세에 맞추어 이들 기술과 직접 관련이 있
는 연료분사장치와 이를 포함한 연료공급 계통에 대하여 최근 5년간 특허청
에 출원된 관련 분야 출원을 중심으로 국내외 자동차 업계의 연료공급 계통
에 대한 출원 및 기술개발 동향을 비교 분석하였다.

2. 연료공급계통 출원동향
2.1 연료공급계통의 정의
일반적인 자동차 엔진의 연료공급계통은 연료탱크로 부터 연료파이프를 통
하여 연료필터, 연료펌프를 거친 연료가 에어클리너를 거쳐 흡기관을 통해
공급되는 공기와 함께 연소실로 공급되는 과정을 의미하나, 본 자료에서는
상기 과정과 더불어 연료분사장치를 포함한 계통까지를 의미한다. 따라서,
가솔린 엔진의 경우 연료펌프를 거친 연료는 연료분배파이프의 일단에 고정
된 연료분사기(Fuel Injector)에 의해 연소실 내부로 주입되며 디젤엔진의 경
우는 피스톤에 의해 고온 압축되어진 공기에 분사펌프로 압축된 연료를 분
사노즐을 통해 연소실로 공급하는 자연착화 이전 단계까지의 과정을 포함한
다.

2.2 출원 동향
최근 5년간 특허청에 출원된 자동차 연료공급계통에 대한 연도별 특·실
출원은 표 1)에 제시된 바와 같이 '92년 191건에서 '95년 912건으로 이 기간
중 연평균 증가율은 74%로 이는 전체 특·실 출원 연평균 증가율 28%를 크
게 상회하는 것이다. 특히 '95년도에는 전년 대비 120%의 증가율을 보이고
있으며 표 1)이 '96년 10. 31일 기준 통계치이므로 주로 3/4분기에 집중되는
국내 동분야의 출원 동향을 고려하면 '96년도에도 이러한 증가 추세는 더욱
상승되었을 것으로 예상된다. 한편, 특·실 출원중 특허의 출원 비율은 동기
간중 약 43%를 유지하고 있으나 국내 특허와 외국 출원의 상호 비율은 '92
년 국내 특허의 비율이 44%로 외국 출원에 비해 상대적으로 작은 비중을 차
지하였으나 '93년부터 이러한 추세는 반전되어 '95년의 경우 전체 특허 출원
중 국내 출원의 비중이 78%까지 증가하였다.




표 1) 자동차 연료공급계통 분야의 출원 추이('96년 10월 31일 기준)

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┃구┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ '92 ┃ '93 ┃ '94 ┃ '95 ┃ '96.10.31┃
┃분┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┣━╋━┯━┯━╋━┯━┯━╋━┯━┯━╋━┯━┯━╋━┯━┯━┫
┃특┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃
┃ ┠─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─┨
┃허┃39│49│88┃52│35│87┃115 61 176┃26│93 419┃312 73 385┃
┣━╋━┿━┿━╋━┿━┿━╋━┿━┿━╋━┿━┿━╋━┿━┿━┫
┃실┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃내│외│계┃
┃ ┠─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─╂─┼─┼─┨
┃용┃93│10 103┃133 5 138┃239 1 240┃92│ 1 493┃420 3 423┃
┣━╋━┷━┷━╋━┷━┷━╋━┷━┷━╋━┷━┷━╋━┷━┷━┫
┃계┃ 191 ┃ 225 ┃ 416 ┃ 912 ┃ 808 ┃
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3. 국내·국외 업계의 분야별 출원 및 기술개발 동향
연료공급계통의 국내 출원 및 연구개발은 자동차의 타분야와 마찬가지로
자동차 3사(현대, 기아, 대우)를 중심으로 이루어지고 있으며, 이들 3사의 비
중은 92.6%를 차지하고 있다. 자동차의 연료공급계통을 크게 연료분사장치와
그외의 계통(연료탱크, 연료 펌프, 연료필터, 연료파이프, 에어클리너 및 흡기
관)으로 세분화하여 출원동향을 분석해 보면 표 2)에 도시된 바와 같이 국내
의 경우 연료공급계통에 있어서 에어클리너 및 흡기관의 구조 변경 개선을
위한 출원이 상대적으로 높은 반면, 국외 출원의 경우 표 3)과 같이 분사장
치의 출원 비중이 연도별 평균 50%의 수준으로, 12% - 23%의 국내 출원에
비해 상대적으로 크게 나타나고 있음을 알 수 있다.


표 2) 분야별·연도별 국내 출원동향


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┃ 구 분 ┃ '92 │ '93 │ '94 │ '95 │'96.10.31 ┃
┣━━━━━━━━╋━━━┿━━━┿━━━┿━━━┿━━━━━┫
┃ 분사장치 ┃ 19 │ 42 │ 44 │ 136 │ 135 ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃에어클리너 및 ┃ 69 │ 91 │ 211 │ 488 │ 327 ┃
┃흡기관 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃연료공급 파이프 ┃ 13 │ 19 │ 62 │ 111 │ 173 ┃
┃및 연료필터 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃연료의 열 및 ┃ 21 │ 25 │ 21 │ 35 │ 28 ┃
┃화학적 처리장치 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃연료의 무화 또는┃ 1 │ 1 │ 4 │ 4 │ 3 ┃
┃균질화 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃2차 공기 또는 ┃ 7 │ 3 │ 5 │ 39 │ 51 ┃
┃2차 연료공급 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 기타장치 ┃ 2 │ 4 │ 6 │ 7 │ 15 ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
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이는 연소 효율 향상을 위한 선진국들의 자동차 연료공급 관련 기술개
발이 단순 연료 공급 계통에 대한 기계적 구조 변경 또는 화학적 처리
를 통한 간접적인 개발보다는 배기가스에 직접적인 영향을 미치는 연료
분사 장치에관련된 개발에 주력하고 있음을 시사하는 것으로 파악된다.



표 3) 분야별·연도별 국외 출원동향


┏━━━━━━━━━┳━━┯━━┯━━┯━━┯━━━━━┓
┃ 구 분 ┃'92 │'93 │'94 │'95 │ '96.10.31┃
┣━━━━━━━━━╋━━┿━━┿━━┿━━┿━━━━━┫
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 분사장치 ┃ 34 │ 17 │ 31 │ 43 │ 41 ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 에어클리너 및 ┃ 5 │ 5 │ 11 │ 15 │ 7 ┃
┃ 흡기관 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 연료공급 파이프 ┃ 8 │ 4 │ 4 │ 22 │ 18 ┃
┃ 및 연료필터 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 연료의 열 및 ┃ 4 │ 3 │ 2 │ 4 │ 2 ┃
┃ 화학적 처리장치 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 연료의 무화 또는 ┃ 1 │ - │ 2 │ - │ - ┃
┃ 균질화 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 2차 공기 또는 ┃ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 6 ┃
┃ 2차 연료공급 ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
┃ 기타장치 ┃ 1 │ 4 │ 5 │ 1 │ 2 ┃
┃ ┃ │ │ │ │ ┃
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한편, 디젤엔진과 '80년대 후반후터 상용화된 가솔린 엔진의 연료분사 장치
의 구체적인 세부 기술분야의 최근 5년간 국내외 출원 추이는 표 4)와 같다.
국내 출원의 경우 분사노즐의 분구 직경, 단면 형상 또는 길이 방향 배열에
특징이 있거나 분사되는 연료에 와류를 형성하기 위한 소용돌이식 형태등
분구의 형상 변경과 연료딜리버리 파이프 구조 및 이에 인젝터를 고정시키
기 위한 방법의 개선과 연료분사 시기, 연료분사량과 분사율 검출을 위한 연
료분사 장치의 시험등에 관한 출원 비중이 높은 경향을 보이고 있다. 반면에
국외 출원은 전기적으로 작동하는데 특징이 있거나 특정의 시간-압력 또는
시간-연료량의 관계를 가지고 주기적 송출을 하는 것을 특징으로 하는 출원
이 상대적으로 우위를 점하고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상은 보다 향상
된 연소효율을 점하기 위한 기술개발의 측면에서 국외 출원의 연료분사 장
치는 주로 전문업체(독일의 BOSCH, 영국의 LUCAS, 미국의 DDC, 일본의
ZEXEL등)에 의해 엔진의 연소상태에 따른 분사량과 분사시기의 설정 등에
주안점을 둔 엔진제어에 관련된 신기술 개발에 따른 것으로 판단되며, 향후
엔진제어에 관한 국내외 출원 경향 분석과 함께 조사가 이루어지면 이러한
경향에 대해 보다 정확한 기술개발 동향을 파악할 수 있을 것으로 추측된다.
또한 연소효율 향상과 배가가스중 유해성분 배출 감소를 위한 연료분사장치
의 전반적인 국외 기술개발의 최근 기술동향에 있어, 특히 디젤엔진의 경우
고압의 평균유효분사압력(MEIP : Mean Effective Injection Pressure)을 얻기
위한 기술개발의 일환으로 연료펌프와 분사노즐의 일체화 또는 고압펌프의
개발 등에 관한 출원 비중이 증가하고 있는 추세이다.


표 4) 연료분사 장치의 세부 기술분야 출원추이


┏━━━━━━━━━┳━━━┳━━━┳━━━┳━━━┳━━━┓
┃ ┃ '92 ┃ '93 ┃ '94 ┃ '95 ┃ '96 ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 10.31┃
┃ 기 술 분 야 ┣━┯━╋━┯━╋━┯━╋━┯━╋━┯━┫
┃ ┃내│외┃내│외┃내│외┃내│외┃내│외┃
┣━━━━━━━━━╋━┿━╋━┿━╋━┿━╋━┿━╋━┿━┫
┃전기적 작동 또는 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┃주기적인 연료분사 ┃ 3│12┃11│ 3┃ 6│ 6┃ 5│11┃ 5│ 7┃
┃를 위한 장치 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃분사노즐 구조 및 ┃11│11┃13│ 7┃ 7│13┃82│18┃72│21┃
┃배열 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃연료펌프 구조 및 ┃ 1│ 5┃ 6│ 5┃16│ 5┃18│ 8┃16│ 8┃
┃배치 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃연료 분사장치의 ┃ -│ 5┃ 6│ -┃ 3│ 3┃ 5│ 2┃ 6│ 2┃
┃특수처리 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃인젝터의 고정장치 ┃ 3│ -┃ 4│ 2┃ 5│ 2┃13│ 1┃12│ 1┃
┃및 타장치와 결합 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┃구조 ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃ │ ┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃연료분사 시험장치 ┃ 1│ -┃ 1│ -┃ 4│ -┃ 2│ 1┃ 8│ 1┃
┠─────────╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─╂─┼─┨
┃ 기타 세부장치 ┃ -│ 1┃ 1│ -┃ 3│ 2┃11│ 2┃14│ 1┃
┣━━━━━━━━━╋━┿━╋━┿━╋━┿━╋━┿━╋━┿━┫
┃ 합 계 ┃19│34┃42│17┃44│31┃136 43┃135 41┃
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4. 결 론
연료분사장치를 포함한 연료의 공급 계통에 관한 국내의 특허 출원 및 기
술 동향에 대해 최근 5년간 특허청에 출원된 관련 분야 출원을 중심으로 국
내외 자동차 관련 연료 공급 계통에 대한 출원 및 기술개발 동향을 비교 분
석한 결과, '92년 부터 '96년 10월 현재 출원 증가율은 전년 대비 연평균
74%의 증가율을 보이고 있으며, 특·실 출원중 특허의 출원 비율은 동기간
중 약 43%를 유지하고 있다. 동기간중 출원된 관련 기술분야의 세부 추이
현황은 국내의 경우 흡기관 구조 변경 개선에 관한 출원 비중이 높은 반면,
국외 출원의 경우 연료분사 장치 관련 출원이 상대적으로 높았으며, 분사장
치 자체의 기술분야에서도 주로 분구의 형상 변경과 인젝터를 고정시키기
위한 방법 개선에 관한 출원 비중이 높은 국내의 현황에 비해 국외 출원은
연소제어 및 고압의 연소 환경 개선을 위한 분사장치의 개발에 관한 출원이
주종을 이루고 있다. 따라서, 자동차의 연료공급 계통에 대한 첨단기술과 관
련된 미래지향적 기술의 개발능력 확보 및 선진 자동차 업계와의 개발 경쟁
력을 갖추려면 연료공급계통의 가장 핵심적인 요소인 연료분사장치 관련 연
구개발에 더욱 노력해야 할 것이다.