轻型汽车国五和国六排放标准规定的试验项目对比分析

玉环市中等职业技术学校 金娇荣

最近，国六汽车排放法规正在逐步实施，轻型汽车的排放法规为《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 18352.6—2016），重型汽车的排放法规为《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 17691—2018），大致以车辆总质量3.5 t为分界线进行划分，就达到排放限值的技术难度上来讲，轻型汽车要难于重型汽车，本文将以轻型汽车的排放法规GB 18352.6—2016为例进行介绍。

以轻型柴油车为例，根据环境保护部、工业化和信息化部2016年1月14日公布的2016年第4号公告，中国国五排放标准的实施时间要求如下。

（1）东部11省市（北京市、天津市、河北省、辽宁省、上海市、江苏省、浙江省、福建省、山东省、广东省和海南省）自2016年4月1日起，所有进口、销售和注册登记的轻型汽油车、轻型柴油客车、重型柴油车（仅公交、环卫、邮政用途），须符合国五标准要求。

（2）全国2017年1月1日起，所有制造、进口、销售和注册登记的轻型汽油车、重型柴油车（客车和公交、环卫、邮政用途），须符合国五标准要求。

（3）全国自2017年7月1日起，所有制造、进口、销售和注册登记的重型柴油车，须符合国五标准要求。

（4）全国自2018年1月1日起，所有制造、进口、销售和注册登记的轻型柴油车，须符合国五标准要求。

也就是说，对大部分城市来说，国五标准最多执行了不到3年，有的城市甚至只执行了1年，所以国五标准实施的时间确实不算长。2016年下半年，国家发布了GB 18352.6—2016，标准规定：自2020年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准要求，其中Ⅰ型试验应符合6a阶段限值要求；自2023年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准要求，其中Ⅰ型试验应符合6b阶段限值要求；省、自治区、直辖市人民政府可以在条件具备的地区，提前实施本标准，提前实施本标准的地区，应报国务院环境保护主管部门备案后执行。标准规定了实施时间，但同时写明可以在条件具备的地区提前实施本标准，那么各地区实际是怎么执行的呢？

2018年7月3日由国务院公开发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，规定：2020年底前，京津冀及周边地区、汾渭平原淘汰国三及以下排放标准营运中型和重型柴油货车100万辆以上；2019年7月1日起，重点区域、珠三角地区、成渝地区提前实施国六排放标准。该行动计划的提出为各大城市提前实施国六排放指明了方向，国务院都发话了，地方政府自然只能是快上加快。深圳是全国推行国六排放标准最快的城市，早在2018年3月29日，深圳市人居环境委员会就发布了《深圳市人居环境委员会 深圳市公安局交通警察局关于轻型汽车执行第六阶段国家机动车大气污染物排放标准的通告（征求意见稿）》，指出：“本通告所称国Ⅵ标准指《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 18352.6—2016）中的第六阶段排放控制要求，其中Ⅰ型试验应符合6b限值要求；本通告所称轻型汽车指的是最大设计总质量不超过3 500 kg的M1类、M2类和N1类汽车；2018年7月1日起，我市销售、注册和转入的轻型柴油车应当符合国Ⅵ标准；2019年1月1日起，我市销售、注册和转入的轻型汽油车应当符合国Ⅵ标准。”2018年10月17日，深圳市人居环境委员会、深圳市公安局交通警察局发布《关于轻型汽车执行第六阶段国家机动车大气污染物排放标准的通告》，指出：“本通告所称国Ⅵ标准指《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 18352.6—2016）中的第六阶段排放控制要求，其中Ⅰ型试验应符合6b限值要求；本通告所称轻型汽车指的是最大设计总质量不超过3 500 kg的M1类、M2类和N1类汽车；2018年11月1日（含）起，在我市注册登记、外地转入的变更登记和转移登记的轻型压燃式发动机汽车应当符合国Ⅵ标准。”2018年12月11日，深圳市经济贸易和信息化委员会发布了《关于提请给予我市机动车提前实施国六排放标准过渡期的请示》，主要内容如下：“会议中提出对提前执行该政策对我市社会经济带来的影响如下：一是目前市民陷入无车可买和放弃指标的两难境地；二是我市汽车零售额预计2019年上半年我市消费总额增速将比2015年执行汽车限购政策时更严峻，可能出现历史新低；三是二手市场对拉动新车销售，促进车辆由低排放标准向高排放标准升级、降低机动车尾气排放具有重要意义；四是受国家汽车政策影响，并叠加贸易战，环保监管趋严、房租人工成功增加等多重因素，我市汽车经销出现全行业性亏损，将对2019社会消费和经济增长带来更大的负面影响。会议请示事项为：一是将我市机动车（新车）执行国六排放标准时间推迟至2019年7月1日；二是对我市二手车流通领域执行国六排放标准给予一年过渡期。”在此背景下，2018年12月27日，深圳市人居环境委员会发布了《深圳轻型汽油车国Ⅵ标准延至明年7月起执行》的通告：“市人居环境委和市公安交警局联合下发通知，对轻型汽油车国Ⅵ标准执行时间由原定2018年12月31日，调整为2019年7月1日，原定的轻型柴油车国Ⅵ标准执行时间未变。”可见，深圳作为领跑城市，走得最快，也确实最纠结。由此可见，国六排放法规确实很难，各城市实施时间的确认非常纠结。

1 国五和国六排放标准规定的试验项目综述

因为燃烧原理不同，柴油机和汽油机的主要排放污染物有差异。对于柴油机而言，满足排放法规重点要关注的排放污染物是NOx（氮氧化合物）和PM（颗粒物），而且NOx更是重中之重。

按《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》（GB 18352.5—2013）规定，轻型柴油车需要做的试验项目具体包括以下几项。

（1）Ⅰ型试验。常温下冷起动后排气污染物排放试验。

（2）Ⅱ型试验。自由加速烟度试验。

（3）Ⅴ型试验。污染控制装置耐久试验。

（4）OBD系统试验。

GB 18352.6—2016规定，轻型柴油车需要做的试验项目具体包括以下几项。

（1）Ⅰ型试验。常温下冷起动后排气污染物排放试验。

（2）Ⅱ型试验。实际行驶污染物排放试验（RDE）。

（3）Ⅲ型试验。曲轴箱污染物排放试验。

（4）Ⅴ型试验。污染控制装置耐久试验。

（5）Ⅵ型试验。低温冷起动后排气中CO、THC和NOx排放试验。

（6）OBD系统试验。

可以看出，排放标准升级到国六阶段，不仅试验项目增多（Ⅲ型和Ⅵ型），而且有的试验名称也发生了变化（Ⅱ型）。其实对于名称不变的几个试验项目（Ⅰ型、Ⅴ型和OBD），其试验要求也进行了升级。

2 Ⅰ型试验

Ⅰ型试验在带有负荷和惯量模拟的底盘测功机上进行。国五阶段Ⅰ型试验的测试循环为新欧洲行驶循环（NEDC，New European Driving Cycle），该试验共持续1 180 s，由1部（4个城区循环）和2部（1个城郊循环）组成（图1）。国六阶段Ⅰ型试验的测试循环为全球轻型车统一测试循环（WLTC），该试验共持续1 800 s，由低速段（Low，589 s）、中速段（Medium，433 s）、高速段（High，455 s）和超高速段（Extra High，323 s）组成（图2）。

将国五阶段Ⅰ型试验的测试循环（NEDC）与国六阶段Ⅰ型试验的测试循环（WLTC）放在同一张图中，如图3所示。NEDC与WLTC的具体特征参数对比见表1所列，可以看出，WLTC的稳态占比更低，循环时间和里程更长，车速变化更剧烈，加速度也更高，这些都表明了WLTC的难度要高于NEDC。在这种情况下，假设汽车的排放水平不变，运行WLTC的排放结果比运行NEDC的排放结果会更差。也就是说，相对于国五，国六法规从排放循环上增加了排放达标的难度。

图1 国五阶段Ⅰ型试验运转循环（NEDC循环）

图2 国六阶段Ⅰ型试验运转循环（WLTC循环）

图3 NEDC与WLTC的对比

表1 NEDC与WLTC的具体特征参数对比

3 Ⅱ型试验

Ⅱ型试验也是在带有负荷和惯量模拟的底盘测功机上进行。国五阶段Ⅱ型试验为自由加速烟度试验，测量方法和限值可参考《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》（GB 3847—2005），从这个标准的时间（2005年）就可以看出，国五阶段Ⅱ型试验已有16年历史了，实现起来还是比较容易的。国六阶段Ⅱ型试验为实际行驶污染物排放试验（RDE），其行驶路线要求见GB 18352.6—2016的附录“D.3.2.5 行驶路线要求”。

从国六阶段Ⅱ型试验的环境条件和试验行驶路线要求，可以发现一个问题：这个试验涉及范围特别广，好像什么情况都包含在内了。高低海拔、高低温度、市区、市郊、高速，试验中所有情况都遇到了，但凡有一种试验条件中排放做不好，排放就不能通过。图4所示是柴油机的MAP示意图，横坐标为柴油机的转速，纵坐标为柴油机的转矩，图中标出了NEDC、WLTC、RDE的排放区控制范围对比。从图4中可以看出，NEDC的排放区集中于低速低负荷区域，WLTC的排放区大于NEDC，而RDE的排放区范围已基本覆盖整个MAP。以NEDC为例，国五柴油机的Ⅰ型试验做NEDC，这个循环的车速比较低，加速度也比较低，这就意味着用较小的发动机转速和转矩就能完成该循环（即图4中的红色区域），作为汽车生产厂家，只要专注于优化这一区域的排放水平即可，其余区域的排放差一些也没关系，只要红色区域排放优化好了就能达到排放限值要求。但到国六阶段，这一套就行不通了，本来国六阶段Ⅰ型试验采用WLTC后，排放控制区就已经扩大了，国六阶段的Ⅱ型试验则更狠，排放控制区更大，所有小技巧通通失效，只有一条路可走，那就是把发动机全部工况的排放都做好。

就Ⅱ型试验来看，试验项目完全改变，国六阶段Ⅱ型RDE要求厂家对发动机的所有工况进行全面优化以降低排放，这是整个国六法规在排放方面的最大难点，也必将成为汽车生产厂家最头痛的问题。

4 Ⅲ型试验

国五阶段Ⅲ型试验不做要求。国六阶段Ⅲ型试验为曲轴箱污染物排放试验。众所周知，燃烧后的废气有一部分经过了活塞和气缸之间的间隙进入曲轴箱。国六阶段Ⅲ型试验要求在已经进行了Ⅰ型试验的汽车上按规定的各种运转工况下进行测试，要求测得的曲轴箱内的压力均不超过测量时的大气压力。由于国五阶段对Ⅲ型试验不做要求，进入曲轴箱的那部分废气便可以从曲轴箱经过一个油气分离器后直接排入大气，反正接到排气管上的尾气污染物测试装置也检测不到。但是，国六阶段增加了这个Ⅲ型试验，这种情况下，唯一的解决办法就是把这部分废气引到进气系统重新燃烧，来降低对大气的污染。就Ⅲ型试验来看，国六阶段新引入了曲轴箱污染物排放试验，这是国五阶段所没有的，考虑更加细致周全。

图4 柴油机的MAP示意图

5 Ⅴ型试验

Ⅴ型试验为污染控制装置耐久性试验。任何东西用久了都会性能变差，甚至损坏，车上装的排气污染物控制装置也一样。随着车辆的排气污染控制装置使用时间的不断增长，汽车的排气污染物会越来越高。Ⅴ型试验的作用是用于测试车辆在经过长期使用之后，其排气污染物是否仍然能够满足排放法规规定的排放限值要求。国五阶段和国六阶段的Ⅴ型试验的试验方法一样，只是国标规定的劣化系数及耐久性里程不一样。试验过程是在跑道、道路或底盘测功机上的运行过程应符合规定的里程累积循环（AMA）。

耐久性试验由11个运行循环组成，每个循环的行驶里程为6 km。在前9个循环中，汽车在每一循环中途停车4次，每一次发动机怠速15 s；正常的加速和减速；每个循环中途，有5次减速，车速从循环速度减速到32 km/h，然后，汽车再逐渐加速到循环车速；第10个循环，汽车在89 km/h等速下运行；第11个循环的开始，汽车从停止点以最大加速度加速到113 km/h，到该循环里程一半时，正常使用制动器，直至汽车停止，然后怠速15 s和开始第二次最大加速。按照该循环进行耐久性试验时，国五阶段和国6a阶段的耐久性里程不得少于16万km，国6b阶段的耐久性里程不得少于20万km，2023年7月1日前适用16万km的过渡限值。由此可见，国6b阶段的试验里程比国五阶段增长了25%，难度有一定程度的增加。简单地讲，就是让车跑上16万km或20万km，在试验过程中时不时地测量车辆的排放，看其是不是在全过程中都能满足国家排放标准要求。同时根据试验过程中排放变差的情况定义一个劣化系数，用新车的排气污染物除以劣化系数，即可推算出跑完耐久里程后旧车的排气污染物。这里就会遇到一个问题，那就是耐久试验里程太长，按1个月跑2万km算，国五和国6a阶段的耐久试验需要8个月，国6b阶段的耐久试验需要10个月。为解决该问题，法规推荐了一个劣化系数，厂家可以选择不做耐久试验，直接应用推荐的劣化系数。但为了保证产品质量，法规推荐的劣化系数比实测的劣化系数要高很多。因此，汽车生产厂家有两条路可走，一是节省时间用法规推荐的劣化系数，问题是排放要做得更好；二是花时间做试验，测劣化系数，其好处是排放认证更容易过。以柴油机主要污染物NOx的法规推荐劣化系数为例，国五阶段是1.1，国六阶段是1.5，提升了36%，这对整车生产厂家造成了极大的压力。

6 Ⅵ型试验

国五阶段Ⅵ型试验不做要求。国六阶段Ⅵ型试验为低温冷起动后排气中CO、THC和NOx排放试验，试验在带有负荷和惯量模拟的底盘测功机上进行。试验循环由Ⅰ型试验的低速段和中速段两部分组成，试验应在-7 ℃±3 ℃的环境温度下进行。由于排气污染物控制装置起作用是需要一定温度的，比如柴油机用的SCR装置要达到大约200 ℃以上才能开始处理NOx，那么，试验温度越低，排气污染物控制装置的温度提升越慢，相应的排气污染物就越多。国六阶段Ⅵ型试验的目的就是保证车辆在较低的环境温度下仍然有较好的排放水平。

7 OBD系统试验

OBD是用于控制车辆排放的一种在线监测诊断系统，它能够检测到影响车辆排放的故障的发生，并通过存储相关的故障代码指示故障可能发生的区域及原因。要求当与排放相关的部件或系统出现故障导致排放超过规定的阈值前，OBD系统应指示出故障。从排放法规上给出的OBD阈值可以看出，国六阶段的OBD阈值相较于国五阶段有明显下降。其实OBD的难度并不仅仅体现在OBD阈值上，更重要的是对于各种各样监控项目，既不能误报错，也不能漏报错。国五以前的OBD监控项目都是复制的欧洲标准，而国六法规里除了复制欧洲标准外，还借鉴了美国标准。