輕型汽車國五和國六排放標準規定的試驗項目對比分析

玉環市中等職業技術學校 金嬌榮

最近，國六汽車排放法規正在逐步實施，輕型汽車的排放法規為《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016），重型汽車的排放法規為《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 17691—2018），大致以車輛總質量3.5 t為分界線進行劃分，就達到排放限值的技術難度上來講，輕型汽車要難于重型汽車，本文將以輕型汽車的排放法規GB 18352.6—2016為例進行介紹。

以輕型柴油車為例，根據環境保護部、工業化和信息化部2016年1月14日公布的2016年第4號公告，中國國五排放標準的實施時間要求如下。

（1）東部11省市（北京市、天津市、河北省、遼寧省、上海市、江蘇省、浙江省、福建省、山東省、廣東省和海南省）自2016年4月1日起，所有進口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、輕型柴油客車、重型柴油車（僅公交、環衛、郵政用途），須符合國五標準要求。

（2）全國2017年1月1日起，所有制造、進口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、重型柴油車（客車和公交、環衛、郵政用途），須符合國五標準要求。

（3）全國自2017年7月1日起，所有制造、進口、銷售和注冊登記的重型柴油車，須符合國五標準要求。

（4）全國自2018年1月1日起，所有制造、進口、銷售和注冊登記的輕型柴油車，須符合國五標準要求。

也就是說，對大部分城市來說，國五標準最多執行了不到3年，有的城市甚至只執行了1年，所以國五標準實施的時間確實不算長。2016年下半年，國家發布了GB 18352.6—2016，標準規定：自2020年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合本標準要求，其中Ⅰ型試驗應符合6a階段限值要求；自2023年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合本標準要求，其中Ⅰ型試驗應符合6b階段限值要求；省、自治區、直轄市人民政府可以在條件具備的地區，提前實施本標準，提前實施本標準的地區，應報國務院環境保護主管部門備案后執行。標準規定了實施時間，但同時寫明可以在條件具備的地區提前實施本標準，那么各地區實際是怎么執行的呢？

2018年7月3日由國務院公開發布了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，規定：2020年底前，京津冀及周邊地區、汾渭平原淘汰國三及以下排放標準營運中型和重型柴油貨車100萬輛以上；2019年7月1日起，重點區域、珠三角地區、成渝地區提前實施國六排放標準。該行動計劃的提出為各大城市提前實施國六排放指明了方向，國務院都發話了，地方政府自然只能是快上加快。深圳是全國推行國六排放標準最快的城市，早在2018年3月29日，深圳市人居環境委員會就發布了《深圳市人居環境委員會 深圳市公安局交通警察局關于輕型汽車執行第六階段國家機動車大氣污染物排放標準的通告（征求意見稿）》，指出：“本通告所稱國Ⅵ標準指《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）中的第六階段排放控制要求，其中Ⅰ型試驗應符合6b限值要求；本通告所稱輕型汽車指的是最大設計總質量不超過3 500 kg的M1類、M2類和N1類汽車；2018年7月1日起，我市銷售、注冊和轉入的輕型柴油車應當符合國Ⅵ標準；2019年1月1日起，我市銷售、注冊和轉入的輕型汽油車應當符合國Ⅵ標準。”2018年10月17日，深圳市人居環境委員會、深圳市公安局交通警察局發布《關于輕型汽車執行第六階段國家機動車大氣污染物排放標準的通告》，指出：“本通告所稱國Ⅵ標準指《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）中的第六階段排放控制要求，其中Ⅰ型試驗應符合6b限值要求；本通告所稱輕型汽車指的是最大設計總質量不超過3 500 kg的M1類、M2類和N1類汽車；2018年11月1日（含）起，在我市注冊登記、外地轉入的變更登記和轉移登記的輕型壓燃式發動機汽車應當符合國Ⅵ標準。”2018年12月11日，深圳市經濟貿易和信息化委員會發布了《關于提請給予我市機動車提前實施國六排放標準過渡期的請示》，主要內容如下：“會議中提出對提前執行該政策對我市社會經濟帶來的影響如下：一是目前市民陷入無車可買和放棄指標的兩難境地；二是我市汽車零售額預計2019年上半年我市消費總額增速將比2015年執行汽車限購政策時更嚴峻，可能出現歷史新低；三是二手市場對拉動新車銷售，促進車輛由低排放標準向高排放標準升級、降低機動車尾氣排放具有重要意義；四是受國家汽車政策影響，并疊加貿易戰，環保監管趨嚴、房租人工成功增加等多重因素，我市汽車經銷出現全行業性虧損，將對2019社會消費和經濟增長帶來更大的負面影響。會議請示事項為：一是將我市機動車（新車）執行國六排放標準時間推遲至2019年7月1日；二是對我市二手車流通領域執行國六排放標準給予一年過渡期。”在此背景下，2018年12月27日，深圳市人居環境委員會發布了《深圳輕型汽油車國Ⅵ標準延至明年7月起執行》的通告：“市人居環境委和市公安交警局聯合下發通知，對輕型汽油車國Ⅵ標準執行時間由原定2018年12月31日，調整為2019年7月1日，原定的輕型柴油車國Ⅵ標準執行時間未變。”可見，深圳作為領跑城市，走得最快，也確實最糾結。由此可見，國六排放法規確實很難，各城市實施時間的確認非常糾結。

1 國五和國六排放標準規定的試驗項目綜述

因為燃燒原理不同，柴油機和汽油機的主要排放污染物有差異。對于柴油機而言，滿足排放法規重點要關注的排放污染物是NOx（氮氧化合物）和PM（顆粒物），而且NOx更是重中之重。

按《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》（GB 18352.5—2013）規定，輕型柴油車需要做的試驗項目具體包括以下幾項。

（1）Ⅰ型試驗。常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗。

（2）Ⅱ型試驗。自由加速煙度試驗。

（3）Ⅴ型試驗。污染控制裝置耐久試驗。

（4）OBD系統試驗。

GB 18352.6—2016規定，輕型柴油車需要做的試驗項目具體包括以下幾項。

（1）Ⅰ型試驗。常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗。

（2）Ⅱ型試驗。實際行駛污染物排放試驗（RDE）。

（3）Ⅲ型試驗。曲軸箱污染物排放試驗。

（4）Ⅴ型試驗。污染控制裝置耐久試驗。

（5）Ⅵ型試驗。低溫冷起動后排氣中CO、THC和NOx排放試驗。

（6）OBD系統試驗。

可以看出，排放標準升級到國六階段，不僅試驗項目增多（Ⅲ型和Ⅵ型），而且有的試驗名稱也發生了變化（Ⅱ型）。其實對于名稱不變的幾個試驗項目（Ⅰ型、Ⅴ型和OBD），其試驗要求也進行了升級。

2 Ⅰ型試驗

Ⅰ型試驗在帶有負荷和慣量模擬的底盤測功機上進行。國五階段Ⅰ型試驗的測試循環為新歐洲行駛循環（NEDC，New European Driving Cycle），該試驗共持續1 180 s，由1部（4個城區循環）和2部（1個城郊循環）組成（圖1）。國六階段Ⅰ型試驗的測試循環為全球輕型車統一測試循環（WLTC），該試驗共持續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）組成（圖2）。

將國五階段Ⅰ型試驗的測試循環（NEDC）與國六階段Ⅰ型試驗的測試循環（WLTC）放在同一張圖中，如圖3所示。NEDC與WLTC的具體特征參數對比見表1所列，可以看出，WLTC的穩態占比更低，循環時間和里程更長，車速變化更劇烈，加速度也更高，這些都表明了WLTC的難度要高于NEDC。在這種情況下，假設汽車的排放水平不變，運行WLTC的排放結果比運行NEDC的排放結果會更差。也就是說，相對于國五，國六法規從排放循環上增加了排放達標的難度。

圖1 國五階段Ⅰ型試驗運轉循環（NEDC循環）

圖2 國六階段Ⅰ型試驗運轉循環（WLTC循環）

圖3 NEDC與WLTC的對比

表1 NEDC與WLTC的具體特征參數對比

3 Ⅱ型試驗

Ⅱ型試驗也是在帶有負荷和慣量模擬的底盤測功機上進行。國五階段Ⅱ型試驗為自由加速煙度試驗，測量方法和限值可參考《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》（GB 3847—2005），從這個標準的時間（2005年）就可以看出，國五階段Ⅱ型試驗已有16年歷史了，實現起來還是比較容易的。國六階段Ⅱ型試驗為實際行駛污染物排放試驗（RDE），其行駛路線要求見GB 18352.6—2016的附錄“D.3.2.5 行駛路線要求”。

從國六階段Ⅱ型試驗的環境條件和試驗行駛路線要求，可以發現一個問題：這個試驗涉及范圍特別廣，好像什么情況都包含在內了。高低海拔、高低溫度、市區、市郊、高速，試驗中所有情況都遇到了，但凡有一種試驗條件中排放做不好，排放就不能通過。圖4所示是柴油機的MAP示意圖，橫坐標為柴油機的轉速，縱坐標為柴油機的轉矩，圖中標出了NEDC、WLTC、RDE的排放區控制范圍對比。從圖4中可以看出，NEDC的排放區集中于低速低負荷區域，WLTC的排放區大于NEDC，而RDE的排放區范圍已基本覆蓋整個MAP。以NEDC為例，國五柴油機的Ⅰ型試驗做NEDC，這個循環的車速比較低，加速度也比較低，這就意味著用較小的發動機轉速和轉矩就能完成該循環（即圖4中的紅色區域），作為汽車生產廠家，只要專注于優化這一區域的排放水平即可，其余區域的排放差一些也沒關系，只要紅色區域排放優化好了就能達到排放限值要求。但到國六階段，這一套就行不通了，本來國六階段Ⅰ型試驗采用WLTC后，排放控制區就已經擴大了，國六階段的Ⅱ型試驗則更狠，排放控制區更大，所有小技巧通通失效，只有一條路可走，那就是把發動機全部工況的排放都做好。

就Ⅱ型試驗來看，試驗項目完全改變，國六階段Ⅱ型RDE要求廠家對發動機的所有工況進行全面優化以降低排放，這是整個國六法規在排放方面的最大難點，也必將成為汽車生產廠家最頭痛的問題。

4 Ⅲ型試驗

國五階段Ⅲ型試驗不做要求。國六階段Ⅲ型試驗為曲軸箱污染物排放試驗。眾所周知，燃燒后的廢氣有一部分經過了活塞和氣缸之間的間隙進入曲軸箱。國六階段Ⅲ型試驗要求在已經進行了Ⅰ型試驗的汽車上按規定的各種運轉工況下進行測試，要求測得的曲軸箱內的壓力均不超過測量時的大氣壓力。由于國五階段對Ⅲ型試驗不做要求，進入曲軸箱的那部分廢氣便可以從曲軸箱經過一個油氣分離器后直接排入大氣，反正接到排氣管上的尾氣污染物測試裝置也檢測不到。但是，國六階段增加了這個Ⅲ型試驗，這種情況下，唯一的解決辦法就是把這部分廢氣引到進氣系統重新燃燒，來降低對大氣的污染。就Ⅲ型試驗來看，國六階段新引入了曲軸箱污染物排放試驗，這是國五階段所沒有的，考慮更加細致周全。

圖4 柴油機的MAP示意圖

5 Ⅴ型試驗

Ⅴ型試驗為污染控制裝置耐久性試驗。任何東西用久了都會性能變差，甚至損壞，車上裝的排氣污染物控制裝置也一樣。隨著車輛的排氣污染控制裝置使用時間的不斷增長，汽車的排氣污染物會越來越高。Ⅴ型試驗的作用是用于測試車輛在經過長期使用之后，其排氣污染物是否仍然能夠滿足排放法規規定的排放限值要求。國五階段和國六階段的Ⅴ型試驗的試驗方法一樣，只是國標規定的劣化系數及耐久性里程不一樣。試驗過程是在跑道、道路或底盤測功機上的運行過程應符合規定的里程累積循環（AMA）。

耐久性試驗由11個運行循環組成，每個循環的行駛里程為6 km。在前9個循環中，汽車在每一循環中途停車4次，每一次發動機怠速15 s；正常的加速和減速；每個循環中途，有5次減速，車速從循環速度減速到32 km/h，然后，汽車再逐漸加速到循環車速；第10個循環，汽車在89 km/h等速下運行；第11個循環的開始，汽車從停止點以最大加速度加速到113 km/h，到該循環里程一半時，正常使用制動器，直至汽車停止，然后怠速15 s和開始第二次最大加速。按照該循環進行耐久性試驗時，國五階段和國6a階段的耐久性里程不得少于16萬km，國6b階段的耐久性里程不得少于20萬km，2023年7月1日前適用16萬km的過渡限值。由此可見，國6b階段的試驗里程比國五階段增長了25%，難度有一定程度的增加。簡單地講，就是讓車跑上16萬km或20萬km，在試驗過程中時不時地測量車輛的排放，看其是不是在全過程中都能滿足國家排放標準要求。同時根據試驗過程中排放變差的情況定義一個劣化系數，用新車的排氣污染物除以劣化系數，即可推算出跑完耐久里程后舊車的排氣污染物。這里就會遇到一個問題，那就是耐久試驗里程太長，按1個月跑2萬km算，國五和國6a階段的耐久試驗需要8個月，國6b階段的耐久試驗需要10個月。為解決該問題，法規推薦了一個劣化系數，廠家可以選擇不做耐久試驗，直接應用推薦的劣化系數。但為了保證產品質量，法規推薦的劣化系數比實測的劣化系數要高很多。因此，汽車生產廠家有兩條路可走，一是節省時間用法規推薦的劣化系數，問題是排放要做得更好；二是花時間做試驗，測劣化系數，其好處是排放認證更容易過。以柴油機主要污染物NOx的法規推薦劣化系數為例，國五階段是1.1，國六階段是1.5，提升了36%，這對整車生產廠家造成了極大的壓力。

6 Ⅵ型試驗

國五階段Ⅵ型試驗不做要求。國六階段Ⅵ型試驗為低溫冷起動后排氣中CO、THC和NOx排放試驗，試驗在帶有負荷和慣量模擬的底盤測功機上進行。試驗循環由Ⅰ型試驗的低速段和中速段兩部分組成，試驗應在-7 ℃±3 ℃的環境溫度下進行。由于排氣污染物控制裝置起作用是需要一定溫度的，比如柴油機用的SCR裝置要達到大約200 ℃以上才能開始處理NOx，那么，試驗溫度越低，排氣污染物控制裝置的溫度提升越慢，相應的排氣污染物就越多。國六階段Ⅵ型試驗的目的就是保證車輛在較低的環境溫度下仍然有較好的排放水平。

7 OBD系統試驗

OBD是用于控制車輛排放的一種在線監測診斷系統，它能夠檢測到影響車輛排放的故障的發生，并通過存儲相關的故障代碼指示故障可能發生的區域及原因。要求當與排放相關的部件或系統出現故障導致排放超過規定的閾值前，OBD系統應指示出故障。從排放法規上給出的OBD閾值可以看出，國六階段的OBD閾值相較于國五階段有明顯下降。其實OBD的難度并不僅僅體現在OBD閾值上，更重要的是對于各種各樣監控項目，既不能誤報錯，也不能漏報錯。國五以前的OBD監控項目都是復制的歐洲標準，而國六法規里除了復制歐洲標準外，還借鑒了美國標準。