原创丨中国轻型车排放标准发展历程和污染控制技术对策

中国轻型车排放法规的第一阶段到第五阶段，采用了与欧盟相同的排放测试循环。其中第一、二阶段的实验虽然也是从冷启动开始实验，但前40秒热机怠速过程并不进行排放采样，40秒怠速热机后开始排放采样，实验总持续时间是1220秒，但排放采样时间是1180秒。第三、四、五阶段取消了40秒怠速时间，从冷启动开始直接进行排放采样，实验总时长为1180秒，具体为：

第一、二阶段标准，采用ECE15+EUDC驾驶循环，包括市区（ECE15）和郊区（EUDC）两个部分，试验从热起动阶段开始（采样前运行40 秒的热机循环）；

第三、四、五阶段标准，采用NEDC循环，驾驶循环同样包括ECE15+EUDC两个部分，但删除了40 秒的热机循环，试验从冷启动阶段开始。

图1 表示的是ECE15+EUDC循环，由4个连续重复的195秒城市循环和一个400秒的EUDC高速循环组成，最高车速120km/h，最大加速度1.04m/秒2,平均车速33.6km/h。很明显该循环不是真实的道路驾驶循环，人为设计特征明显。

▲图1 ECE15+EUDC循环

轻型车排放标准不仅包括冷启动排放实验，还包括曲轴箱通风，燃油蒸发，低温冷启动排放实验，耐久性要求，OBD要求等。冷启动排放实验中，根据车辆用途不同（M类、N类），车辆基准质量不同，制定了不同的排放限值，表1列出了第一到到第五阶段排放标准中冷启动排放限值和生效日期。

第一阶段标准实施前，我国轻型汽油车燃油供给系统以化油器为主，排放控制主要以机内净化为主，没有使用任何排放后处理装置。第一阶段排放标准设定的污染控制目标必须使用三效催化器才能满足标准要求。因此从2000年开始，我国新生产轻型汽油车全面淘汰了化油器，进入燃油喷射时代，配合使用含有贵金属铂、铑、钯的三效催化器以有效控制各种排气污染物，同时为防止汽油中铅导致的催化器和排气氧传感器中毒失效，在全国范围内推广使用了无铅汽油，我国也是全球从有铅汽油到无铅汽油切换最快的国家。和标准实施前相比，一阶段标准实施后，汽油车排气中CO、THC和NOx排放降低幅度达到80%以上。除排气排放控制以外，一阶段标准同时还提出了燃油蒸发的排放控制要求，汽车制造商必须使用带有活性碳罐的燃油蒸发控制系统，才能满足排放法规的要求。排放标准的实施，对我国汽车零部件产业也带来巨大冲击，大有力推动了燃油供给系统、排放后处理系统等零部件系统的技术进步。

同第一阶段排放标准相比，第二阶段标准中除将HC+NOx限值降低到原来的一半左右以外，没有实质性的技术进步，汽车制造商除需要进一步控制空燃比精度以外，还需要使用转化效率更高的三效催化剂。

2008年开始实施的第三阶段排放法规，提出了冷启动控制要求，修改了排放测试循环，取消了40秒的怠速阶段，发动机启动后立即进行排放实验，汽车制造商通常需要采取专门的排放冷启动排放控制策略才能满足排放法规的要求，由于需要三效催化器尽快热起来，通常需要采用紧密耦合催化器，将催化器的位置尽可能接近发动机排气出口处，以提高催化器进口温度。对催化器本身，需要提高载体的孔密度，增加贵金属含量，以提高催化器效率，并降低起燃温度，满足排放法规的控制要求。

第三阶段排放标准除加严了表1中的排放限值外，还提出了低温冷启动排放要求，对轻型汽油车，要求在-7±3℃的环境下，进行低温冷启动循环实验，CO和THC排放限值分别为15g/km和1.8g/km，实验循环按ECE15循环进行，实验时间780秒，汽车制造商需采取对应的低温排放控制策略才能满足排放法规的控制要求。

自第三阶段法规起，排放法规要求轻型车使用车载排放监控系统（OBD）实时监测与排放相关的故障：如催化转换器效率下降、失火、氧传感器故障、燃油蒸发系统故障、电控系统故障等，如果发现排放相关故障，需要通过驾驶室仪表盘上的OBD故障指示灯通知驾驶员及时处理维修，在使用环节上，尽早发现排放相关故障，及时准确进行维修。

另外，在第一到第四阶段排放法规中，要求汽车在80,000km里程的有效寿命期内排放达标，在第五阶段标准中，将有效寿命期提高到160,000km，以覆盖大部分乘用车的使用寿命。

2016年12月23日，生态环境部颁布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》 (GB18352.6 -2016)。与前面经历的五个排放阶段标准不同，自第六阶段开始，我国标准不再跟随欧盟排放标准，而是根据中国环境空气质量控制要求，自主创新建立了中国轻型车排放标准体系，轻型车第六阶段标准的主要特点如下：

（1）燃料中立原则，无论使用汽油、柴油、还是气体燃料，都要满足相同的排放限值；

（2）排放测试循环由NEDC循环切换到WLTC(Worldwide Harmonized Light Duty Vehicle Te秒t Cycle)循环；

（3）增加了实际道路排放RDE(Real Driving Emi秒秒ion秒)测试要求；

（4）修改了燃油蒸发测试规程，昼间实验时间由24h增加到48小时，每24小时进行一次蒸发量测量，取其中最大值作为实验结果；

（5）国六(a)和国六(b)耐久性里程要求分别为160000km和200000km；

（6）修改了低温冷启动排放限值和测试循环，冷启动实验循环由ECE15工况切换到WLTC循环低速段和中速段，新增加了NOx限值要求，并坚持燃料中立原则。

（7）增加了汽油车加油排放控制要求(ORVR)；

（8）大幅度修改了OBD监控要求，主要监控要求由EOBD切换到OBD II。

概括而言，第六阶段排放标准的重点变化主要体现在以下四个方面：

1 冷启动排放试验

冷启动排放试验要求，排放试验在23±5℃的环境下进行，按WLTC循环进行试验，试验的限值分为a、b两类，对应不同的实施时间。其中6a限值在2020年7月1日实施，6b限值在2023年7月1日实施。

图2表示的是冷启动排放试验所用WLTC循环，WLTC循环是UNECE WP29 基于统一全球排放测试循环基础上制定的排放测试循环，测试循环中由低速段、中速段、高速段和超高速段组成，整个测试循环时间持续1800秒，最高试验车速131.3km/h。

▲图2 WLTC循环

6a阶段气体污染物排放限值与欧盟6e阶段中汽油车限值相当，并严于欧盟6e阶段柴油车限值，6b限值明显严于同期实施的欧盟轻型车限值标准。为满足气体污染物控制要求，对三效催化器提出了更加严苛要求，载体目数应达到600目或以上，对催化器贵金属含量、材料、涂敷工艺的要求更高。由于标准中提出了颗粒物质量（PM）和数量（PN）的限值要求，缸内直喷汽油机必须使用颗粒捕集器（GPF）才能满足标准要求。标准实施过程的实践证明，低温环境下，短行程用户车辆的GPF再生遇到了空前挑战。

2 实际道路排放试验（RDE）

第六阶段之前的排放实验均是在实验室内进行的，实验过程中严格控制实验前、实验过程中的环境温度，并按给定的驾驶循环进行排放实验。实验室实验的主要优点是重复性好，便于对新技术使用效果的评估判断，长期以来一直是各国排放标准中的法规认证方法。但由于实验室实验终究是在受控条件下进行，而车辆在实际道路行驶中存在环境温度、海拔高度、道路坡度、驾驶习惯的多样性，实验室实验和实际道路行驶之间排放差异一直是国内外环境管理部门关注和研究的重点话题之一。

2015年披露的“大众柴油车排放门”事件，客观上加速了实际道路排放标准实施的进程，中国适时在第六阶段排放标准中提出了实际道路排放控制要求。第六阶段轻型车排放标准要求RDE实验应在有代表性的市区、市郊和高速路上进行，每类路段的最小长度均为16km。实验过程中利用车载排放测试设备实时记录各种污染物浓度和排气流量，最后积分计算得到g/km的排放量。根据我国的气象地理特点，以及车载排放测量设备的使用要求，第六阶段排放标准中RDE实验的环境温度范围为-7℃——40℃，海拔高度上限为2400m。

由于RDE的排放控制要求，汽车制造商不得不扩大排放控制区的标定范围，不仅在实验室规定的排放控制区内需要满足要求，在实际道路运行工况覆盖的所有工况点上，都需要进行精细标定，以满足标准的控制要求，真正实现了从实验室到实际道路排放管理的飞跃。

3 蒸发污染物和加油排放要求

汽油车燃油蒸发和加油排放是汽油车VOC秒排放的主要来源，也是城市大气中VOC秒的重要来源。由于排放法规对排气中THC排放的持续加严，燃油蒸发和加油排放产生的THC（VOC秒）排放逐渐超过排气产生的THC排放成为主要污染源，因此第六阶段排放标准中进一步加严了对燃油蒸发的控制要求，并提出了对加油排放的回收要求。

规定燃油蒸发实验在需要蒸发密闭室中进行，燃油蒸发昼夜温度变化区间定义在20~35℃，与第六阶段之前的标准规定相同，但第六阶段标准将燃油蒸发试验昼间试验由24h增加到48h，模拟连续两昼夜的燃油蒸发排放，昼间试验与1h热浸试验结果之和不得超过0.7g，与第五阶段标准规定的2g限值相比，第六阶段大幅度加严了燃油蒸发限值，需要增大碳罐容积，采用吸附和脱附性能更好的活性炭，进一步优化脱附策略才能满足法规要求。

加油污染物排放污染是汽油车加油过程中由于加入汽油，将油箱上方空间油气混合气挤压，排入大气产生的污染，在没有采用任何回收措施得情况下，加入一升汽油产生的挥发污染物在1-1.2g左右，第六阶段标准要求新生产汽油车使用车载油气回收装置（ORVR）回收加油过程产生的挥发污染，加油过程产生的蒸发污染物不得超过0.05g/ L（燃油）。

4 OBD监测要求

与第三、四、五阶段排放标准相比，第六阶段排放标准不再沿用EOBD的监控要求，而是在参考借鉴美国加州（CARB OBD II）成功经验的基础上，提出了中国OBD(COBD)的要求。和前五阶段相比的重要改进是加严了对催化剂效率、发动机失火的诊断要求，新增加了燃油蒸发系统小孔泄露（1mm和0.5mm）诊断要求，进一步明确了燃油系统诊断要求、曲轴箱通风系统诊断要求、冷启动策略诊断要求、冷却系统诊断要求、可变气门系统诊断要求、增压系统诊断要求、废气再循环系统诊断要求、综合部件诊断要求等，对各项诊断的要求更加明确具体，提出了诊断的监测频率（IUPR率）要求。

另外，国六标准明确规定了量产车OBD功能验证（PVE）要求，具体分为三个阶段：

1.标准化验证生产企业应该在车型生产后的两个月内，完成标准化验证，以确认所有车辆满足COBD中有关秒AE J1978扫描工具与要求的排放相关信息之间具有正确通讯的要求；

2.监测要求验证在开始正常生产后的六个月内，生产企业应对其中一辆（或多辆）量产车辆（测试车辆）的OBD系统进行全面评估，验证该车型能够满足COBD的各项功能要求。

3.IUPR率的验证和报告在车辆开始正常生产后12个月内进行，生产企业应按照要求收集能够代表该OBD系族的IUPR率，以验证其是否能够满足标准规定的IUPR率要求。

中国轻型车已经成功实施了第一阶段到第六阶段的排放法规，排放控制技术也由第一阶段前的以化油器、机内净化为主，迅速切换到理论空燃比闭环电控结合三效催化器的排放控制阶段。并且随着法规的不断加严，三效催化器自身技术也不断进步，载体目数也由原来的200-300目发展到目前600目以上，催化换效率持续提高，从最初仅以控制汽油车气体污染物为主，逐步过渡到气体污染物和颗粒物质量、数量的联合控制，颗粒捕集器已成为轻型柴油车和缸内直喷汽油车必备的排放控制装置。除排气排放控制要求不断加严以外，排放标准也不断加严对燃油蒸发、加油过程产生污染物的排放要求。

目前我国正在制定第七阶段排放标准，第七阶段排放标准除在原来基础上继续加严污染物控制，还将引入对CO2的排放控制要求，实现对污染物和温室气体的协同控制。

                               （作者系北京理工大学教授）