liang chinese jan19 - johnson matthey technology review...*email: [email protected]...

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https://doi.org/10.1595/205651319X15415120642052 Johnson Matthey Technol. Rev., 2019, 63, (1), 21–29

21 © 2019 Johnson Matthey

李刚、袁盈、赵鑫、张明慧、纪亮*中国环境科学研究院 (CRAES)，生态环境部机动车排

污监控中心，北京 100012，中国

*Email: [email protected]

中国重型柴油车第六阶段排放标准已经发布，继续加严重

型柴油车污染物排放控制，是打赢蓝天保卫战的重要保

障。本文从国六标准制订背景、主要技术内容解读入手，

深入分析各项技术要求提出的依据，以及所能带来的影响，

并列举了国六标准与国五标准和欧六标准的主要差别，有助

于相关行业对标准的深入理解。

1 背景

截止2017年底，中国机动车保有量达到3.1亿辆，其中

汽车2.17亿辆，截止2017年底，已经有24个城市的汽车

保有量超过200万辆，其中7个城市已经超过300万辆[1]，

见图1。

研究表明，机动车已成为中国城市大气污染的重要来源。

机动车NOx排放总量已占全国NOx排放总量的32%[2]

（见图2）。北京、上海、杭州、济南、广州和深圳的移动

源排放已经成为PM2.5的首要来源[3]（见图3）。

中国重型柴油车国六排放标准关键技术内容解读最新的严苛排放法规助力中国打赢蓝天保卫战

1%0.02%

64%

32%

3%

工业源

生活源

机动车

集中式

其他

图2 全国NOx排放分担率

564

452

371 359 355322 304 287 271 263 261 247 246 244 240 239 229 228 217 217 215 215 212 210

600

500

400

300

200

100

0

保有量

/万辆

北京

成都

重庆

上海

苏州

深圳

郑州

天津

西安

东莞

武汉

石家庄

青岛

杭州

广州

南京

宁波

佛山

保定

长沙

昆明

临沂

潍坊

沉阳

图1 汽车保有量超过200万的城市


https://doi.org/10.1595/205651319X15415120642052 Johnson Matthey Technol. Rev., 2019, 63, (1)

在所有机动车中，重型车是最重要的污染源。中国的重

型车保有量仅为1000万辆，占所有汽车保有量的4.8%，

然而其NOx和PM排放却占所有汽车排放的83.7%和84%（见图4）[3]。控制重型车污染物排放一直以来都是移动源

污染减排的最重要工作。中国自2000年开始，已经陆续

实施了五个阶段的重型柴油车排放标准，到目前为止，和

第一阶段相比，NOx和PM排放已分别加严了78%和94%（见图5）[4]。

为进一步加严重型柴油车污染物排放控制，2018年

6月，生态环境部发布了中国第六阶段重型柴油车排放

标准，标准名称为《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）[5]（以下简

称“国六标准”）。

国六标准提出了更严格的排放限值要求，借鉴国际先进

经验的同时，也根据中国管理需要，增加了相应的技术规

定。不仅如此，国六标准还同时体现了中国移动源环境管

理制度方面的诸多变化，下面将对这些变化和国六标准主

要技术内容进行逐一解读。

2 主要技术内容

2.1 排放限值（标准循环）

国六标准循环排放限值，与欧六排放限值一致，相比国五

标准继续大幅加严，其中NOx限值加严77%，PM限值加

严67%（见图6）。“标准循环”指标准中规定的发动机

特定运行工况，传统意义上，标准循环的排放限值就是标

准的排放限值。

同时，国六标准还提出了粒子数量（ PN）排放

限值的要求。研究表明，采用颗粒捕集器（DPF）

的发动机，其粒子数量排放远小于不采用DPF技术的发

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

保有量 NOx PM

轻型汽车

重型汽车

图4 重型车保有量和排放量占比

0%

–20%

–40%

–60%

–80%

–100%

排放减少

–22%

–44%

–61%

–78%

–58%

–72%

–94%

NOxPM20

0120

0320

0520

0720

0920

1120

13

2015

2017

2019

年份

I II III IV V阶段

图5 重型车排放减排历程

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

41.0

31.129.2 28.0 27.0

24.8 24.621.7

20.3 20.0 20.0 19.2

15.0 15.013.5

机动车排放分担率

, %

深圳

北京

上海

杭州

武汉

长沙

南京

广州

保定

天津

宁波

沧州

石家庄

济南

衡水

图3 主要城市机动车排放分担率



动机（见图7） [6]，因此，规定PN排放限值，将使对

颗粒物减排具有稳定、高效作用的壁流式柴油颗粒捕

集器（DPF）技术得以应用。

另外，国六标准还规定了NH3的排放限值。由于NOx排放限值的加严，必须采用选择性催化还原装置（SCR）对

NOx进行控制。规定NH3排放限值，将使SCR装置末端必

须加装氨气捕集装置，以防止过多的NH3排放到大气中。

国六标准的排放限值，是基于目前最先进的排放控制技

术所能达到的减排效果，国六标准的实施，将促使目前最

先进的排放控制技术（SCR和DPF）的应用。

2.2 实施时间

国六标准适用于柴油车和燃气车辆，基于两类车辆的行业

准备情况不同，实施时间有所差别，见表1，并且根据技

术内容严格程度，分为6a和6b两个阶段进行实施。

城市车辆指主要在城市运行的公交车、邮政车和环

卫车。由于在城市区域，大气污染呈现明显的机动车污染

特征，因此，城市车辆较其他车辆更早实施第六阶段排放

标准。6a和6b两个阶段的主要技术差别见表2。

7月3日，由中华人民共和国国务院印发的《打赢蓝天

保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）[7]，更是

将重点地区（含京津冀及周边地区、长三角、汾渭平原

地区）、珠三角地区、成渝地区的重型车标准实施时间大

幅提前，要求2019年7月1日即开始实施。更高的要求，

紧迫的时间，为标准实施带来了挑战。

表1 中国国六标准实施时间

标准阶段车辆类型实施时间

6a阶段

燃气车辆 2019年7月1日城市车辆 2020年7月1日所有车辆 2021年7月1日

6b阶段燃气车辆 2021年1月1日所有车辆 2023年7月1日

国五国五国六国六

2.5

2

1.5

1

0.5

0

排放限值

, g

(kW

h)–1

排放限值

, g

(kW

h)–1

0.035

0.03

0.025

0.02

0.015

0.01

0.005

0

图6 中国重型发动机六阶段排放限值: (a) NOx限值; (b) PM限值

(a) (b)

SCR PmKat DPF SCRT

PM, mg kWh-1

PN,

(kW

h)–1

1E+14

1E+13

1E+12

1E+11

1E+10

1E+09

New

Used

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

图7 不同控制技术发动机的颗粒物排放情况版权所有（2014）ACEA



2.3 发动机标准排放测试循环

发动机台架排放测试是标准中的最基本排放要求，是发

动机定型时的基本试验，包括瞬态试验和稳态试验两部

分。国六标准与欧六标准一致，均采用了全球统一的重型

发动机测试循环，包括瞬态循环（WHTC）和稳态循环

（WHSC），实现了与全球统一机动车法规的接轨。

2.3.1 瞬态循环

本标准的瞬态工况采用全球统一重型发动机瞬态循环

（WHTC），含1800s的瞬态工况数据，如图8所示。

国六标准采用的WHTC工况，相比国五标准采用的ETC工况，整体的转速和扭矩都较低，见图9。

具有更高负荷的ETC工况，在实施国四标准时已发

现缺陷，尤其是对于城市中运行的车辆，其实际运行

时通常是低速、低负荷的状态，导致排气温度偏低，

这使得氮氧化物还原系统（如SCR）不能有效工作，

致使NOx排放远高于排放限值要求。为解决国四、

国五阶段城市车辆的NOx高排放的问题，原环境保护部

在原有国四、国五标准基础上，补充了一项新的标准

《城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值及测量方

法（WHTC工况法）》（HJ689-2014） [8]，该标准

采用的就是负荷更低、更能代表城市车辆运行特点的

WHTC工况。

表2 中国国六标准6a和6b两个阶段的主要技术不同点

技术要求 6a阶段 6b阶段

PEMS方法的PN要求（6.4.2条）无有

远程排放管理车载终端数据发送要求（6.12.4条）

无有

高海拔排放要求（E.5和K.4条） 1700 m 2400 m

PEMS测试载荷范围（EA.3.1和K.8.3.1条）

50%-100%

10%-100%

时间, s

120

100

80

60

40

20

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

归一化转速

/扭矩

, %

转速扭矩

图8 WHTC试验循环

归一化转速, % 20 40 60 80 100 120

归一化扭矩

, %

120

100

80

60

40

20

0

WHTC ETC

图9 WHTC工况和ETC工况对比



国六标准采用的WHTC工况，不仅具有更低负荷的

特点，同时还引入了冷启动排放测试，发动机排放结果由

冷启动和热启动测量值加权计算而来，冷启动排放占14%权重，热启动排放占86%权重。

WHTC工况平均负荷低，同时增加了冷启动测试，综合

导致发动机整体平均排气温度更低，能够更加有效的考核

排放控制装置在低速低负荷工况下是否起作用。

2.3.2 稳态循环

国六标准的稳态循环，采用全球统一的重型发动机稳态

循环（WHSC）。WHSC和国五标准的ESC均是13工况，

但他们的工况点和相应的权重均不同，WHSC的工况点负

荷更低，而ESC工况点相对负荷更高，见图10。WHSC更有利于测试低速、低负荷时的排放状况。

由于高速高负荷的情况下排气温度较高，排放后处理装

置的转化效率通常比较高；在低速低负荷下排温较低，排

放后处理装置的转化效率较低甚至不起作用。因此，较为

注重低速低负荷排放的WHTC和WHSC测量工况，将更有

助于考核SCR催化器的低温性能。这对整机行业的标定，

以及后处理行业的技术提升都提出了更高的要求。

2.4 发动机非标准循环排放试验（WNTE）除标准循环排放测试外，国六标准和欧六标准一样也规定

了发动机非标准循环（WNTE）排放测试要求，即在WNTE控制区内（见图11和12），随机选择3个区域，在每个区

域随机选择5个工况点，对于气态污染物，每个区域的5个工况点的算数平均值应满足标准要求；对于颗粒物，15个工况点的算数平均值应满足标准要求，限值如表3所示。

在国五标准实施以前，标准仅考核发动机在认证

工况（即标准循环工况）下的排放，对于标准工况以外的

排放状况不进行考核。WNTE测试要求的引入将有有效防

止车辆仅在标准测试循环下排放达标。

2.5 整车实际道路车载法排放试验（PEMS）国六标准规定了整车实际道路车载法排放试验，是对整车

提出的排放测试要求。车载法排放测试，是将便携式排放

测试设备（PEMS）安装到车辆上，在车辆实际行驶的过

程中，对车辆污染物排放进行测量的方法。

由于各类车辆实际行驶时运行的区域有所差别，依据车

辆类别，划分不同的试验路线，包括市区路、市郊路和高

速路，按总行驶时间百分比来分配，如表4所示，允许实

际构成比例有±5%的偏差。

整车实际道路行驶时的污染物排放测试，包括气态污染

物（NOx、CO）和颗粒物粒数（PN），同时测量CO2排

放量。欧美法规的PEMS试验也规定了碳氢化合物（THC）的测量和限值要求，但考虑到重型柴油车的THC排放通

常很低，而法规推荐测量THC的氢火焰离子法（FID）需

要使用存在安全隐患的压缩氢气，且测量设备成本和操

作要求都较高，经综合考虑后，国六标准的PEMS测试

中，对柴油车的THC排放测试未做强制要求。对于颗粒

物，欧六目前还未规定明确的PEMS排放限值要求，中国

根据自身的大气环境污染情况，认为有必要在第六阶段

标准中进行要求，且考虑到PEMS-PM设备不及PEMS-PN设备成熟，因此PEMS标准中规定了PN测试及排

放限值。

整车PEMS测试的环境条件要求，国六标准考虑了中国自

身的实际情况，其中海拔要求与欧洲有所不同。中国有三

分之一的国土面积处于海拔2000米以上，因此，为满足高

海拔地区机动车排放污染控制的需要，国六标准将PEMS测试的海拔范围提高到2400米（从国六b阶段开始实施），

能够把昆明、西宁等省会大城市涵盖在内。

归一化转速, %

归一化转矩

, %

0 20 40 60 80 100

怠速

100

75

50

25

0 15%

22%

11% 13% 5%

8%

13%

11% 5%

10%

10%

10%

7%

5%

8%

5%

5%

5%

8%9%WHSCESC

4% 4%

2% 2% 3%

图10 WHSC和ESC对比



整车道路车载法试验的数据分析方法，参考欧六法规采

用功基窗口法，其测试结果是结合台架试验的做功计算出

排放的滑动窗口平均值。车辆可在10%~100%载荷条件

下进行试验，但所选载荷应保证发动机的循环平均功率在

发动机额定功率的10%以上。最终测试结果，要求90%以上的有效窗口满足排放限值。PEMS排放限值考虑了车

辆实际运行时的各种工况条件、环境条件、驾驶员驾驶习

惯、设备误差等而确定，气态污染物是WHTC限值的1.5倍，PN限值是WHTC限值的2倍。

国六标准中的整车PEMS测量方法，主体上参照了欧六法

规，同时结合中国情况和已开展的试验研究，对欧盟的方

法进行了部分修改，满足欧六法规的车辆，不能确保一定

Engine speed, rpmn30 nHigh

Engi

ne t

orqu

e, N

m

30% Maximum

torque

1/3 1/31/3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Engine rated speed <3000 rpm

1/3

1/3

1/3

WNTE area

图11 WNTE控制区（＜3000rpm）

WNTE area

30% Maximum

torque

Engine speed, rpmn30 nHigh

Engi

ne t

orqu

e, N

m

Engine rated speed ≥3000 rpm

1/3

1/3

1/3

1/4 1/4 1/4 1/4

图12 WNTE控制区（≥3000rpm）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



可以满足中国国六标准，国六标准的车载法排放测试，可

以说是全球最严格的排放要求。PEMS测试中，国六标准

相比欧六法规的主要差别如表5所示。

利用便携式排放测试系统（PEMS）进行整车实际道路测

试，是国六标准测量方法的一个重大改进。长期以来，重

型车一直以发动机试验考核排放达标情况，缺乏对整车排

放的检验方法，大大增加了执法难度。国六标准增加了整

车道路车载法（PEMS）试验，直接明确了整车企业责任，

为整车监督检查提供方法，填补了整车监督执法的测量方

法空白。

2.6 排放油耗联合测试要求

在以往标准实施过程中发现，存在车辆电子控制单元采用

不同版本进行不同的试验，比如：采用“排放版本”通过

排放测试，而采用“油耗版本”通过油耗测试的情况。采

用油耗版标定的车辆，油耗较低，而排放往往较高，不能

满足排放标准的要求。图13是国六编制组开展的两套标

定的排放和油耗测试数据，试验在整车底盘测功机上进行，

结果充分说明了油耗版和排放版两套标定的差异情况，采用油耗版标定，其污染物排放远远高于排放版标定，是排放版标定的两倍。

因此，国六标准规定了“排放油耗联合测试”的相关要

求。当车辆进行整车油耗的测量时，应同时按本标准规定

进行污染物排放测量，排放的气态污染物及颗粒物应满足

国六标准的整车车载排放限值要求，并将试验结果进行信

息公开。该规定的提出，可有效解决排放油耗两张皮的问

题，促使车辆同时满足排放和油耗两项要求。

2.7 其他主要技术要求

除前文描述的各项技术要求外，中国国六标准参考欧六标

准，还加严了耐久性要求、OBD要求和NOx控制要求等。

同时，相比欧六，根据中国机动车排放监管新形势，新思

路，国六标准还增加了一些管理规定，包括：

——远程排放管理车载终端技术要求，为今后主管部门推

行远程排放管理提供技术保障；

——在整车上进行OBD功能检查的方法，确保主管部门

能有效监管整车OBD的功能；

——根据中国地理条件，将海拔要求增加至2400米，将

昆明、西宁等大城市涵盖进来；

——增加了永久故障代码要求，防止OBD系统存储的故

障信息被人为清除，确保主管部门监管中能够有效发现故

障车辆；

——增加了排放控制装置质保期的要求，以保证合理的用

户权益；

——增加钒基SCR的规定，要求OBD对钒基SCR进行温

度监控，防止含钒化合物的排出；

——增加排气管口位置和朝向要求，便于在用车排放检

验，以及遥感设备的观测和PEMS测试的开展。

3 总结

重型车国六标准的制定和发布，是贯彻落实《“十三五”

生态环境保护规划》[9]中十三五期间“实施国六标准”要

表3 发动机非标准循环（WNTE）排放限值单位：mg (kWh)–1

污染物 CO THC NOx PM限值 2000 220 600 16

表4 各类车辆的试验路线构成

车辆类型市区道路

（车速≤55 km*h–1）

市郊道路（车速≤75 km*h–1）

高速路（车速＞75 km*h–1）

M1、N1 34% 33% 33%

M2、M3、N2（城市车辆除外）

45% 25% 30%

城市车辆 70% 30% —

N3 20% 25% 55%

表5 国六和欧六PEMS测量方法的主要差别

项目欧六c 国六a 国六b

试验条件海拔高度上限：1700 m大气压下限：82.5 kPa

海拔最度上限：1700 m大气压下限：82.5 kPa

海拔最度上限：2400 m大气压下限：73 kPa

测试项目 NOx、CO、THC（柴油车）、 NMHC和CH4（气体燃料车）和CO2

NOx、CO、THC（对柴油车为可选项）、PM（可选项）和CO2，以及NOx浓度限值

NOx、CO、THC（对柴油车为可选项）、PM（可选项）、CO2 和PN

（对气体燃料车为可选项，以及NOx浓度限值

车辆载荷 50%-100% 50%-100% 10%-100%

35

30

25

20

15

10

5

0

油耗版标定

排放版标定24

30

10

5

油耗L (100 km)-1 排放g (kWh)-1

图13 不同版本标定的油耗和排放对比



求的重要保障，对防治重型车排放污染，推进中国汽车产

业升级，助推国产汽车与国际接轨具有非常重要的意义。

汽车产业技术性强，生产链长，汽车类社会消费品零售额

超过4万亿，约占社会消费品总零售额11%，标准制定实

施影响重大。

国六标准在世界最先进水平基础上，同时加入了中

国特有要求，成为世界最严，这与中国严峻的重

型车污染防治形势相符，同时也对汽车产业提出了

更高的要求。

目前距离《打赢蓝天保卫战三年行动计划》提出的，重

点地区、珠三角地区、成渝地区提前实施标准的要求，已

经仅剩一年不到的时间，这不仅要求生产企业要加快研发

进度和生产安排，确保按时实施标准，同时也对主管部门

的监管提出了更高的要求，主管部门进一步加大监管力度、

完善联合执法制度、建设一体化监控体系等举措也正在落

实。只有在全行业全社会的共同努力下，才能确保重型车

国六排放标准顺利实施,有效削减污染物排放，助力打赢蓝

天保卫战。

致谢

这项工作得到了中国国家重点技术研发计划（No. 2016YFC0208004）的支持。

参考文献

1. 刘欢.中国公安部：截至2017年底全国机动车保有量达

3.10亿辆[EB/OL]. 2018.1.15

2. 全国环境统计公报（2015年）. 中华人民共和国生态环

境部，2017.2.23

3. 2018中国机动车环境管理年报. 中华人民共和国生态环

境部，2018

4. GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机

及汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV、V阶段）》. 中华人民共和国环境保护部. 2005.5.30

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7. 《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）. 索引号：000014349/2018-00096.国务院. 2018.7.3

8. HJ689-2014《城市车辆用柴油发动机排气污染物排放

限值及测量方法（WHTC工况法）》. 中华人民共和国环

境保护部. 2014.1.6

9. 《“十三五”生态环境保护规划》（国发〔2016〕

65号）. 索引号：000014349/2016-00234. 国务院. 2016.12.5

作者

李刚，工程师，毕业于中国清华大学，于2007年加入中国环境科学研究院（CRAES）。李刚一直致力

于制定移动源环境保护标准及相关研究工作。他参与制定了许多移动源排放标准。他也是重型柴油车

排放标准（国六）的主要作者之一。

袁盈是CRAES的教授。自1980年代以来，她一直致力于研究和管理交通污染源的排放控制，包括研

究和制定车辆排放标准和法规，研究发动机排放控制和测试技术以及可替代车用燃料。她负责或参与

制定中国的机动车，非道路发动机和船用发动机的第一阶段至第六阶段的排放法规。

赵鑫毕业于中国中北大学，于2007年加入CRAES。她的工作主要集中在环境标准的制定和标准的技术

管理上。近年来，她从事机动车排放控制技术和环境管理政策的研究。



张明慧毕业于北京交通大学。她于2006年加入CRAES环境标准研究所。在研究所的十多年里，她的

工作主要集中在环境标准的制定和相关方法标准的管理上。

纪亮是CRAES的副教授。自2003年以来，她一直致力于研究和开发移动源排放标准和法规。她负责

或参与制定国三至国六的排放法规，用于机动车，非道路发动机和船用发动机。她还专注于排放法规

的影响评估。

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