轻型车国六与国五排放标准比对分析*

丁 莉 邹雄辉 戴春蓓 刘 乐 秦宏宇

（1-上海汽车集团股份有限公司乘用车公司 上海 201804 2-中国汽车技术研究中心有限公司）

引言

随着我国机动车保有量的持续增长，机动车污染物排放量高居世界首位。目前，城市的灰霾问题突出，机动车的NOx、PM和挥发性有机物VOCS（Volatile Organic Compounds）排放污染是重要的污染源。通过加严机动车排放标准能有效限制单车污染物排放量，抑制对环境污染的影响。我国在原有排放标准的框架下，参考欧盟排放体系，借鉴美国排放法规和全球技术法规，逐渐完善后形成了“史上最严的”轻型车排放法规——国六排放标准[1]。该标准于2016年12月23日正式发布，将于2020年7月1日在全国范围内实施。为响应国家政策打赢蓝天保卫战[2]，国内的一些一线城市已经准备提前执行国六排放标准。

国六排放标准的测试程序、排放限值以及测试项目上较国五排放标准[3]发生了较大变化，本文详细对比分析了国五与国六排放标准的差异。

1 国六与国五排放标准差异

国六与国五排放标准相比，差异主要体现在以下8个方面。

1.1 Ⅰ型试验

1.1.1 工况循环差异

与轻型车国五排放标准相比，国六排放标准在测试工况循环上有了本质的变化，从国五的NEDC（New European Driving Cycle）稳态循环转换到WLTC（Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle）瞬态循环。循环曲线和特征参数分别如图1和表1所示。

图1 NEDC循环与WLTC循环曲线

表1 NEDC和WLTC循环特征参数

国五的NEDC稳态循环是由市内（ECE，1部）和市郊（EUDC，2部）两个部分组成，持续时间共1180s，理论行驶里程11.03 km，循环最高车速120 km/h，最大加速度1.04 m/s2，循环平均车速33.6 km/h。

国六的WLTC瞬态循环[4]是基于美国、瑞士、印度、欧盟、韩国和日本6个国家或地区车辆实际行驶工况特征开发的。开发过程涉及到不同的道路类型（城市、乡村、高速公路）以及行驶工况（高峰期、非高峰期、节假日）。WLTC循环被认为是反映车辆实际行驶情况的，由4个部分组成：低速段、中速段、高速段和超高速段。循环持续时间1 800 s，理论行驶里程23.27 km，循环最高车速131.3 km/h，最大加速度1.67 m/s2，循环平均车速 46.5 km/h。

1.1.2 排放限值差异

轻型车国五和国六排放标准中Ⅰ型试验的排放限值如表2所示。

表2 国五和国六排放标准的排放限值

从限值来看，与国五排放标准相比，第一类汽油车国六a的CO限值加严30%，其他污染物的限值不变；国六b的CO、THC和NMHC限值都降低了50%，NOx限值下降42%，PM限值下降33%。国五仅对装直喷发动机的汽车提出PM的限值要求；国六对所有的装点燃式发动机的汽车都有PM值要求，同时新增了PN的限值要求。此外，国六新增了N2O的限值要求。国六还要求企业申报整个测试循环的CO2的排放水平。国六a是国五到国六的过渡段，国六b才是真正的国六标准的排放限值。

1.1.3 测试程序差异

与国五排放标准相比，国六的测试程序发生了巨大变化。主要体现在以下几个方面：

1）道路载荷测量及加载

根据轻型车国五排放标准，计算试验车辆的道路载荷时，采用车辆的基准质量（RM）计算，即车辆的整备质量加100 kg。国六采用试验车辆的平均质量（Mav）与旋转质量（Mr）之和。旋转质量（Mr）根据车辆的基准质量的3%估算。

滑行法测量道路载荷时，国五车辆滑行基准速度是从20 km/h开始，以20 km/h的步长增加到120 km/h。国六更严格，基准速度是以10 km/h的步长，从20 km/h逐渐增加到最高基准速度（130 km/h）。国六法规对车胎的胎纹深度，胎压及使用条件给出了明确说明。

滑行时，国五要求试验车辆装载至其基准质量；国六则取试验前后，试验车辆、司机和设备的总质量的平均值，该平均值要不小于道路载荷系族中循环能量H或L的车辆的测试质量。

相比国五排放标准，国六还提供了扭矩仪测量法、道路载荷系族计算法和风洞法等额外的道路载荷确定方法。

2）底盘测功机道路载荷加载

底盘测功机上设置试验车辆的道路载荷时，国五采用的是试验车辆对应的当量惯量，每个基准速度点，测量值和底盘测功机的载荷数值的偏差在±5%以内。国六设置底盘测功机的当量惯量时，采用的是试验车辆的测试质量（TM）和等效转动惯量的和，且在每个基准速度点，测量值和底盘测功机的载荷数值的偏差在±10 N以内。相比国五的道路载荷设置，国六加载的模拟惯量更接近试验车辆的运行状况，且更严格。

试验车辆的测试质量（TM）的计算公式如下：

TM=RM+MOP+MRVL（1）

式中：RM为试验车辆的基准质量，kg；MOP为试验车辆的选装装备质量，kg；MRVL为试验车辆的代表性负荷质量；客车的代表性负荷为车辆最大负载的15%，kg。

3）换挡程序

对于手动换挡试验车辆，国五的换挡时刻取决于NEDC循环曲线的速度和加速度，各车型的换挡时刻统一。国六标准为手动挡车型提供了一套完整的换挡点计算方法，手动挡车型的换挡点是根据循环速度段中，克服行驶阻力和加速度的需求功率与所有可能挡位下发动机可提供功率间的平衡来确定。相对国五的换挡过程，国六的换挡灵活且复杂，更利于体现车辆的真实驾驶性，但同时增加了试验过程的不确定性。

1.2 Ⅱ型试验

国六排放标准用实际行驶污染物排放试验（RDE试验）取代了国五的双怠速试验或自由加速烟度试验，要求所有试验车辆都必须进行该项试验，且NOx、PN和CO的试验结果应小于Ⅰ型试验排放限值与符合性因子的乘积。符合性因子见表3。

1.3 Ⅲ型试验

国五和国六标准的Ⅲ型试验（曲轴箱污染物排放试验）的试验方法相同。运行工况如表4所示。另外，国六增加了对装配压燃式发动机车辆的试验要求。

表3 符合性因子

表4 Ⅲ型试验的运行工况

1.4 Ⅳ型试验

与国五相比，国六的Ⅳ型试验（蒸发污染物排放试验）增加了对燃用汽油的混动车辆的试验要求。试验总时长增加近1倍，同时试验过程变化大，试验要求更严格。车辆的预处理由国五NEDC循环的1个1部和2个2部变成国六WLTC循环的低速+中速+2个高速段组成。国六增加至少12 h的高温浸车和由国六的低速+中速+2个高速段和4个2 min怠速组成的高温行驶，以测试车辆的热浸损失。国六热浸试验的浸车温度为38±2℃，热浸试验的环境温度在33～41℃之间，高于国五热浸试验的环境温度。昼夜换气损失由国五的24 h增加到48 h。国六Ⅳ型试验的试验流程如图2所示。

国六Ⅳ型试验的排放值经劣化系数0.06 g/test修正后，要求满足Ⅳ型试验的排放限值（如表5所示）。对第一类车，国六Ⅳ型试验的结果最高为0.64 g/test，仅从排放限值来看，较国五的2.0 g/test加严68%。

1.5 Ⅴ型试验

国五与国六的Ⅴ型试验（污染控制装置耐久性试验）耐久里程累积方法相同，都可以采用实车耐久和台架老化耐久，但测试试验由国五的Ⅰ型试验转换为国六的Ⅰ型试验。国六a的耐久里程与国五相同，为16×104km，国六b的耐久里程为20×104km。国六耐久里程有个过渡期，在2023年7月1日之前，国六b的耐久里程可为16×104km。此外，国六推荐的乘法劣化系数较国五更严格（如表6所示），同时国六还提供了加法劣化系数供企业选用。

1.6 Ⅵ型试验

表5 国六Ⅳ型试验的排放限值

表6 I型试验劣化系数

与国五相比，国六Ⅵ型试验（低温下冷起动后的污染物排放试验）的预处理循环由国五的NEDC循环转换为WLTC循环的低速+中速段，同时测试循环由NEDC循环的1部转换为WLTC循环的低速+中速段。国六加入了对NOx排放污染物的限值要求，同时THC和CO排放污染物限值加严33%。国五和国六Ⅵ型试验各污染物排放限值如表7所示。

1.7 Ⅶ型试验

加油过程污染物排放试验（Ⅶ型试验），即ORVR车载加油油气回收系统试验是国六标准新增的部分，适用于所有装备汽油发动机的车型，包括使用汽油发动机的混合动力汽车。试验主要由车辆预处理阶段、I型试验和加油控制系统处理行驶阶段、加油排放测试3个阶段组成。加油过程污染物排放试验规程如图3所示。

表7 国五和国六Ⅵ型试验的排放限值

车辆预处理阶段包括放油及加油、浸车、预处理行驶（Ⅰ型试验测试循环）和预处理炭罐。

Ⅰ型试验和加油控制系统处理行驶阶段包括：Ⅰ型试验行驶、加油控制系统处理行驶、放油及加油和浸车。其中整体控制系统车辆的加油控制系统处理行驶工况由WLTC循环的低-低-中-低速段组成，非整体控制系统的工况则为一个完整的Ⅰ型试验测试循环。

加油排放测试阶段是将汽车放置于密闭室，对该车加油和测量排放。

Ⅶ型试验的限值为0.05 g/L。考虑Ⅶ型试验的劣化修正值0.01 g/L，试验结果应不高于0.04 g/L。

1.8 OBD系统试验

国六的OBD系统是在美标OBD II（2013）基础上适度放宽监测要求，阈值借鉴欧六c，同时将NMHC与NOx限值合并形成的。第一类车的国五和国六OBD阈值如表8所示。由表可知，国六的OBD阈值较国五加严，其中NMHC+NOx加严超过50%，PM加严76%。

图3 加油过程污染物排放试验规程

表8 第一类车的国五与国六标准的OBD阈值

国六OBD系统新增了很多诊断功能，演示项目增多，相比国五规定的4项故障演示试验要求，国六更加严格。国六规定的演示项目有：排气传感器（氧传感器）、EGR系统、VVT系统、燃油系统、失火、二次空气系统、催化器效率、加热型催化器系统、冷起动排放降低策略、蒸发系统以及其它排放控制系统。其中包括3个必选项（催化器、氧传感器和失火的形式检验试验）和2个任选项。

国六的OBD实际监控频率（IUPR）较国五严格。国五要求各项的最低监测频率不小于0.1，国六的最小监测频率取决于监控项目，其中与排放相关项目的最小监测频率为0.336，如催化器、氧传感器、EGR等，二次空气系统、强制曲轴箱通风系统、GPF、冷起动、冷却系统及综合部件的最小监测频率为0.1。具体项目的最小监测频率如图4所示。

图4 国五与国六实际监测项目最小监测频率对比

2 讨论

从试验过程和排放限值方面，国六排放标准较国五全面加严，涵盖面更广泛，有利于提高车辆的污染物排放控制水平，降低机动车排污对环境的影响。企业应对排放标准升级需升级对应的控制技术。国六排放限值加严，使得引入更先进的燃油供给系统成为必然，如多孔喷油器和高压喷射[5]、多次喷射技术[6]、混合喷射技术等[7]；后处理器成本增加，包括增加贵金属含量，增大催化器载体体积，提高催化器的耐久性能。法规对所有车辆提出PM和PN的限值要求是引入GPF的契机，这将进一步加大后处理器布局的难度和成本。蒸发排放加严和ORVR试验的引入，使得燃油系统需要重新设计改造，同时增加对炭罐的标定，导致整车成本加大。OBD监控项目增加，导致电控系统的硬件增多，软件升级，标定周期加长，造成开发成本增加。

3 结论

轻型车排放标准的升级有效限制单车污染物排放量，控制主要污染物的排放总量，抑制机动车排气污染物对环境污染的影响。轻型车国六排放标准与国五排放标准的差异主要在于：

1）国六排放标准较国五标准限值加严，国六b较国六a的排放限值进一步加严至少30%；试验测试循环转变为更接近实际行驶状况的瞬态循环WLTC。

2）法规首次提出实际道路试验排放要求，减小了道路实际排放与试验室排放的差异。

3）重视加油过程污染物排放的影响，增加对挥发性有机物VOCS排放的控制。

4）OBD的监控项目增多，监测频率增大，有效地监控汽车的尾气排放。