4.4.2 汽车的排放控制技术
汽车主要通过泄漏、蒸发、排气三条途径，将运行中产生的有害物质排放到大气中去。泄漏即气缸中的一部分以HC为主的混合气通过活塞环等处的间隙泄漏到曲轴箱中，再通过曲轴箱通风管泄漏到大气中去。蒸发即燃料蒸汽通过油箱和供油系中与大气的连通口，以及在加油过程中的蒸发，将HC带入大气。排气则是发动机做功行程结束后排出的燃烧生成物和未完全燃烧的生成物，主要是NOx、HC和CO。排放控制包括对这三条排泄途径的控制。
泄漏和蒸发主要发生在汽缸吸入的可燃混合气和以容易挥发的汽油做燃料的汽油机上，人们用曲轴箱强制通风和燃油蒸发控制装置来控制这部分排放。人们花费的精力最多、控制难度最大、排放污染物最多的是排气途径。本小节着重讨论以汽油、柴油为燃料的汽车所用的排气污染物控制技术。
1.燃烧过程中污染物的生成机理
燃烧是物质剧烈氧化的过程，对于理想的碳氢完全燃烧而言，其产物应该是二氧化碳、氮气和水。然而，碳氢燃料在燃烧室里的燃烧发生在极为有限的空间和极其短暂的时间，所以是不完全燃烧，必然有燃烧的中间产物排出；由于燃烧室中的燃烧温度很高，在高温下导致生成一些化合物，这些化合物排入大气后，对环境和人体健康造成一定损害；此外，燃料中含有硫、铅等成分也是生成污染物的原因。理想的内燃机燃烧室里的燃烧过程如式（4-14）所示，实际的内燃机燃烧室里的燃烧过程如式（4-15）所示。
参与生成NOx、CO、HC等污染物的原子团种类很多，反应过程十分复杂，准确的化学生成机理尚未弄清，概略的生成机理按生成物的不同分述如表4-11所示。
表4-11 燃料在燃烧室中燃烧的过程中污染物的生成机理
2.汽车排放限值
20世纪中叶，日益增多的汽车给城市造成日益严重的空气污染，甚至在一些城市引发了生态灾害，汽车排放的涌现效应开始显现，迫使受害深重的城市管理当局开始实施汽车排放限值，以保障市民的呼吸权和容纳更多的汽车，后来发展为全国统一的基本限值和地方特别限值并存的管理模式。随着各国汽车保有量增多，越来越多的国家实行了全国统一的基本汽车强制性排放限值。由于大气污染具有全球关联性和汽车国际贸易之需要，制定全球统一的基本汽车强制性排放限值势在必行。
1）美国、欧洲、日本的汽车排放限值体系
以原创性划分，汽车排放限值（标准）分为美国、欧洲、日本三大体系，其他国家基本采用其中一种体系或混合采用不同的体系，多数国家采用了欧盟体系，有的国家采用美国体系，而日本体系很少被他国采用。完善的汽车排放限值体系是包含对象的分类、限定条件下的排放限值和试验方法、发动机谱系和机源、型式核准程序、基准燃料技术条件、生产一致性检测、在用车符合性、试验结果报告的格式、型式核准执行日期等内容的逻辑严密的体系。
（1）美国
美国最初依据普通法（common law）对使用机动车侵权采取“个人干扰诉讼”（private nuisance action）的方式维护受损者的权益，法院认定不法或不当使用自己的财产造成他人身体不悦为侵权行为。但消极地事后追偿并不能积极预防损害的发生，于是各州政府在20世纪中期对汽车污染采取了某些管制行动。
1955年，美国联邦制定Air Pollution Control Act of 1955（《1955年空气污染控制法》），以提供补助款和技术协助的温和方式介入控制空气污染，1960年制定Motor Vehicle Act of 1960（《1960年汽车法》），仍仅授权联邦政府进行汽车废气污染机理及防治的研究。1963年，美国国会颁布Clean Air Act of 1963（《1963年清洁空气法》）授权联邦卫生、教育与福利部部长就各种空气污染物对健康的影响提出名为“标准文件”（criteria document）的研究报告，据此制定建议性的空气质量标准，供各州参考。直至1965年制定Motor Vehicle Air Pollution Control Act of 1965（《1965年汽车空气污染控制法》）才首次授权卫生部长制定全国通行的汽车排放限值[53]。
1966年，美国加利福尼州发布汽车排放限值标准，用七工况法检测汽车排放，开汽车排放限值之先，以后加州的汽车排放限值一直走在美国各州及世界各国之先。1968年，美国联邦采用七工况法开始控制汽车排放。1970年，为迅速改善日益恶化的空气质量，修改了《清洁空气法》，提出了“环境标准”（ambient standards）和“排放标准”（emission standards）两种控制标准。是年，美国建立联邦环境保护署（EPA）。在理论上，环境标准是以健康为基础的标准，即只考虑保障健康的需要，不问实行的成本是否经济；排放标准是以技术发展水平为基础的标准，将当前技术极限能力所能实现的经济成本作为主要考虑因素。汽车排放限值即属后者，这类限值虽在制定时必须考虑技术的现实水平，但不以目前的水平为限，常常预估若干年后的发展制定限值，即所谓“技术催生标准”（technology-forcing standards），形象地讲，就是跳起来能摘到的果子。美国在严格排放限值的过程中，充满了厂商与环保署的博弈。1972年联邦采用LA-4C（FTP-72）试验程序，开始对NOx实施控制，1975年改用LA-4H（FTP-75）试验程序，以后加严了排放限值。
美国汽车排放限值标准体系包含轻型车、载货车及摩托车标准，重型发动机和车辆标准，非公路用发动机和车型标准，以及燃料含硫标准。限值以g/mile表示。加州是美国唯一允许自立排放标准的州，联邦也允许各州自主采用加州标准。1990年，美国国会通过Clean Air Act Amendments of 1990（《1990年清洁空气法修正案》），据此确定了轻型汽车的两个排放限值标准——Tierl和Tier2。1991年6月发布Tierl，于1994—1997年分阶段实施。Tier2于1999年12月发布，2004年起分阶段实施。EPA于2014年3月定稿进一步减少乘用车、轻型载货车、中型乘用车和部分重型车排气污染物和蒸发排放的Tier3，Tier3与更低硫含量的汽油标准结为同一体系。Tier3计划在2019—2025年实施，标准包括允许用超清洁车型的积分抵消超标排放的柔性规定。
相关链接
国际收割机公司诉讼案
Clean Air Act Amendment of 1970（《1970年清洁空气法修正案》）规定，自1975年型始，新车的HC、CO和NOx的排放量必须降至1970年型允许排放量的10%，此为典型的“技术催生标准”。虽然国会想借空气法迫使汽车厂采用最先进的技术来减少污染，但国会还是为他们预留了一扇“逃避”之门——通过了一项允许制造厂向EPA提出缓期一年实施的动议，授权环保署长视理由批准缓期实施的申请。
1972年，国际收割机公司（IHC）、福特、克莱斯勒和沃尔沃以能够达标的有效技术无从获得，或技术未经验证为由，向EPA提交了缓期实施1975年型汽车排放限值的申请。联邦环保署长认为，经他调查，尚不能得出减排的技术无从获得或不可用的结论，因而否决了企业的申请。尽管当时试验的汽车中，尚无一辆达到预定的标准，但环保署长还是预测，三年后汽车能够达标。
IHC为此向法院提起诉讼。法院审理后支持EPA的论点，认为问题的关键不在能够达标的技术能否在提出缓期申请的1972年获得，而在1975年时能否得到。但法院不赞同环保署长到时将会有达标技术，无需缓期实施的决定，指出环保署长的论据缺乏统计学上的可靠性，而且决定含有经济和生态风险。法院在此案的判决后果中宁可看到，国会和行政机关在最后时刻不得不对未达标的企业采取宽容的态度渡过短暂的危机，也不愿看到汽车公司因执行标准造成成本高涨、油耗增高而在竞争中失利，经济受创的结局；况且，法院认为，一个事后被证明是不必要的缓期实施给环境带来的风险不大。其时逢石油危机，也迫使法院不能做出支持EPA的判决。
法院作出不支持环保署长决定的判决之后，环保署长同意延缓达标的期限，并提出比减少90%污染物宽恕得多的临时限值。1974年，国会再次修改《清洁空气法》，将达标的期限延至1977年，并留有再次延期至1978年的后路。1975年，EPA批准了再次延期。后来，《清洁空气法》再度修改，经环保署长同意，将减少90%污染物的限值延期至1983年施行。
这种法庭拥有最终裁定权的治理正是法治社会区别于非法治社会的基本特征。
（2）欧洲
欧洲实施汽车排放限值晚于美国和日本，UNECE和EC于1970年分别实施了ECE-R 15和70/220/EEC。欧洲的汽车排放限值并行ECE和EEC两套标准，ECE系自愿采用标准，日内瓦协议签署国既可全盘采用，也可以选择采用，因此不便作为欧洲统一的强制排放限值。EEC标准由作为欧洲推进经济、政治一体化的具有一定超国家职能的国际组织发布的指令，具有强制性和共同认可的法律效力，后为欧洲政治和经济实体联盟——欧盟发布的指令，因而是欧盟国家统一的排放限值。其实，ECE和EEC基本是由同一专家群制定的，其实质内容没有区别。
EEC排放限值标准即大家常说的欧x（Euro x）。欧盟的汽车排放限值分乘用车暨轻型载货车、重型车两类，前一类用阿拉伯数字表示限值的阶段，后一类用罗马数字表示限值的阶段。在实施欧1之前，当时的欧洲经济共同体已根据70/220/EEC实施了汽车排放限值。1991年6月26日，欧共体理事会（Council of European communities）发布91/441/EEC指令，修改70/220/EEC，宣布共同体于1992年7月1日开始对乘用车实施欧1排放限值，1993年发布的93/59/EEC引入乘用车和轻型载货车的欧1排放限值。94/12/EC和96/69/EC引入欧2，98/69/EC引入欧3，715/2007/EC引入欧5、欧6。88/77/EEC是欧洲经济共同体初始的重型车排放限值，1991年10月1日发布91/542/EEC修改88/77/EEC，引入了欧Ⅰ、Ⅱ排放限值。1999/96/EC引入欧Ⅲ、欧Ⅳ、欧Ⅴ，595/2009引入欧Ⅵ。每次新阶段排放限值公布后都有若干修改，使之完善。1999/96/EC规定，所有装置压燃发动机和天然气或液化石油气的点燃式发动机的新型汽车自2005年10月1日起，其余车型自2006年10月1日起，均应装置车载诊断（OBD）系统或车载测量（OBM）系统，用以监视在用车的排放。2001/27/EC明确禁止使用失效的排放控制装置和不合理的排放控制策略。2005/55/EC引入排气污染物控制系统耐久性期限。欧Ⅵ引入颗粒数（PN）限值，加严了对OBD的要求，引入了停车怠速和使用试验。表4-12—表4-15罗列了自实施欧1以来各类汽车排放限值的演变。表4-16罗列了欧盟的排放控制装置耐久性有效寿命期限。
表4-12 欧盟乘用车（
类）排放限值的演进
（续表）
表4-13 欧盟轻型商用车排放限值的演进
（续表）
（续表）
表4-14 欧盟重型柴油发机排放限值（稳态试验）的演进
表4-15 欧盟重型柴油和气体燃料发动机排放限值的演进（瞬态试验）
表4-16 欧盟汽车排气污染物控制系统的耐久性期限
2015年前，欧洲用欧盟委员会（European Commission）和代表汽车工业界的三大行业组织——欧洲汽车制造商协会（ACEA）、日本汽车制造商协会（JAMA）、韩国汽车制造商协会（KAMA）签订的减排CO2的自愿协议限制CO2排放。欧洲第一个对新轿车CO2排放的强制性限值出台于2008年，规定至2015年，在欧洲销售的新轿车总体平均（fleet-average）CO2排放降至130g/km，分别约相当于汽、柴油油耗5.6L/100km和4.9L/100km。2013年6月，欧洲议会通过法案，2021年新轿车总体平均CO2排放降至95g/km，分别约相当于汽、柴油油耗4.1L/100km和3.6L/100km。欧委会估计，从130g/km降至95g/km，将减排碳4.22亿t。据欧洲交通与环境联合会（T&E）计算，平均每车每年节约油费500欧元。
（3）日本
日本实行汽车排放限值从控制CO开始，1967年开始用四工况法检测CO，那时汽车排放控制在道路车辆安全法规中体现。1973年开始改用市区10工况热起动法检测，将控制延伸到HC和NOx，并规定用碳罐收集法检测汽油蒸发限值。1975年起增加了城郊11工况冷起动试验法，同时提高了10工况限值。日本的汽车排放限值经多次升级，2000年起，三次提升轻型载货车的排放限值：2000—2002年（新短期标准）、2005—2007年（新长期标准）和2009—2010年（后新长期标准）。2009年提出、2014年实施的标准相似于欧6。对重型车的限值也做了三次提升：2003—2005年（新短期标准）、2005年（新长期标准）和2009年（后新长期标准）。1991年11月用10～15工况试验对国产轿车检测，1993年4月用于进口轿车检测。2005年法规引入JC08工况试验，到2011年逐步推进到最严格的试验。2005年的标准规定采用0.005%硫含量燃油试验，2009年标准规定用0.001%硫含量的燃油试验。对于商用车，轻型载货车和客车已全面采用JC08工况试验，重型车采用JR05试验。
日本的限值以g/km为计量单位，早期的限值有平均限值和最高限值之分，“平均”是型式核准要满足的限值和产品族的平均值，“最高”是产品族中单车要满足的限值，也是年销量不足2000辆的车型型式核准要满足的限值。
2）中国汽车排放限值体系
我国以移植或修改采用欧洲的汽车排放限值体系为主，逐渐完善了汽车排放限值体系。为贯彻《环境保护法（试行）》，城乡建设环境保护部于1983年发布了《汽油车怠速污染物排放标准》（GB 3842—83）、《柴油车自由加速烟度排放标准》（GB 3843—83）、《汽车柴油机全负荷烟度排放标准》（GB 3844—83）、《汽油车怠速污染物测量方法》（GB 3845—83）、《柴油车自由加速烟度测量方法》（GB 3846—83）、《汽车柴油机全负荷烟度测量方法》（GB 3847—83），由此拉开了中国大陆汽车排放污染物控制的序幕。上述六项标准于1984年4月1日起实施，1984年遂成为中国大陆汽车排放控制的元年。当时仅限制汽油机的CO、HC排放，HC浓度用正乙烷当量值表示。柴油机只限制全负荷烟度，柴油车只限自由加速烟度。当时限制的污染物不够全面，检测的工况也十分有限，不能全面控制汽车排放的污染物。
1987年制定的《汽车及工程机械用柴油机排放标准》（GB 2687—87）首次制定了13种稳定工况下的排放物浓度的加权统计限值，并首次对NOx的排放给出了限值。以后又陆续制定或修改了汽车排放污染物限值标准，其中，1993年发布的GB 14761由7个子标准组成体系，较为全面地规定了蒸发、泄漏、排气的污染物浓度的限值，并按汽车基准质量规定了认证试验和产品一致性检测限值。1999年发布了GB 14761的修订版，把限值提高到欧Ⅰ相同的水平。2001年后，汽车排放污染物限值国家标准由国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布，2001年发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》（GB 18352—2001）首次规定了污染物排放控制装置的耐久性要求。我国现行的汽车排放限值标准共8种，见表4-17。
表4-17 我国现行的汽车排放限值标准
（续表）
表4-18 重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值和型式核准实施日期
(https://www.daowen.com)
（适用于设计车速大于25km/h的M2、M3、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类机动车装用的汽油发动机及其车辆，引自GB 14762—2008表1、表2）
表4-19 中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段的ESC和ELR试验限值
注：①对每缸排量低于0.75dm3，及额定功率转速超过3000r/min的发动机。
②环境友好汽车（enhanced environmentally friendly vehicle）。
（适用于设计车速大于25km/h的M2、M3、N1、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类机动车装的压燃式（含气体燃料点燃式）发动机及其车辆，引自GB 17691—2005表1、表3）
燃气发动机用ETC测定气态污染物，Ⅳ、Ⅴ阶段的传统柴油机或EEV机型用ESC、ELR和ETC共同测定气态污染物，安装了NOx催化器和（或）颗料物捕捉器的柴油机应附加ETC试验。中国ETC试验限值如表4-20所示。
表4-20 中国ETC试验限值
注：①仅对NG发动机。
②不适用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段的燃气发动机。
③对每缸排量低于0.75dm3及额定功率转速超过3000r/min的发动机。（引自GB 17691—2005表2）
GB 20890—2007规定，自2007年10月1日起，按GB 14762—2002或GB 17691—2001第二阶段，或按GB 17691—2005第三阶段排放标准申请型式核准和生产一致性检查的汽车，若采用了排气后处理装置，其排放控制装置应满足表4-21的规定的耐久性要求。
表4-21 耐久性要求和试验规定
注：①耐久性要求中的行驶里程和实际使用时间两者以先到为准。
②允许最短试验里程指采用道路试验方法时最短耐久性运行试验里程。
③仅包括GVM＞3500kgM1类汽车。
（引自GB 20890—2007表1）
3.汽车排放控制技术
目前，贯穿全过程的控制技术已使汽车排放的有害物质可以降低到欧6（Ⅵ）水平了。所有控制汽车排放的技术都是通过改良燃料品质、改进发动机结构和净化处理燃烧后的废气三条路径来实现的。针对发动机的改进技术也可称为“机内净化技术”，废气净化处理技术也可称为“机外净化技术”，故汽车排放控制技术可归纳为燃料改良、机内净化和机外净化三类。开发清洁的汽车新能源就是从燃料源头控制排放的策略。由于三者可以为达成控制目标而互补协同，因而有多种控制技术路线可选。这里讨论石油燃料汽车的排放控制技术。在从燃料改良到燃后处理的时序中，后期的控制策略和效果与之前的控制策略相关。达到欧Ⅲ排放标准的发动机应采用电子控制喷射技术路线，对燃油也有更高级的要求。
汽油发动机和柴油发动机都采用了上述三类控制技术，但由于燃烧不同的燃油和发动机的构造不同，控制的方式各有不同。
1）汽油机排放控制技术
（1）汽油品质改良
汽油中的铅曾是提高辛烷值的添加物，含铅废气污染空气，损害健康被认识之后，1973年，按第一个清洁燃料纲要，EPA制定了逐步减少汽油中铅含量的标准。1995年，含铅汽油在美国的销量仅占0.6%，年销量不足1814t，1996年1月1日起，美国清洁空气法禁止向公路车辆销售含铅汽油[54]。按照清洁燃料纲要，EPA出台了汽油挥发性标准，要求增加汽油中的氧含量，陆续控制了汽油中的丁二烯、丙烯醛、甲醛和硫的含量。1971年，日本开始逐渐减少汽油中的铅含量，1975年完成汽油无铅化[55]。WB的一份文件中说，1970年，迫于东京的空气受到铅污染，日本成为最先着手减少汽油中铅含量的国家之一。这份文件说，20世纪80年代初，日本仅1%～2%的汽油含铅，又说，到1986年，日本生产出无铅汽油，或者使用无铅汽油。20世纪80年代初，欧共体开始控制汽油中的铅含量，直到1987年，一些成员国仍不同意在所有新轿车上装置催化排气净化器，但德国、荷兰、丹麦等国主张强化汽车排放控制。一些西欧国家走在了欧盟管控汽油含铅量的前面，奥地利于1993年禁止生产含铅汽油，1994年后，瑞士全面使用无铅汽油[56]。我国于2000年1月1日停止生产含铅汽油。至2008年，全世界只有少数国家还未禁止使用含铅汽油。
美国的Tier标准体系和日本的汽车排放限值标准体系都包含燃料品质标准。汽油的清洁化随排放限值的严格而推进，改良从提高辛烷值和组分优化两方面进行。提高辛烷值可以增强汽油的抗爆性，有了高辛烷值的汽油，汽油机才可以采用高压缩比。高压缩比的汽油机可减少油耗并减少CO2的排放。由于汽油的标号是以辛烷值来标示的，故提高辛烷值就是提高汽油的标号。欧洲的车用燃料品质标准由欧洲标准化委员会（CEN）制定。第一个燃料品质标准发布于1993年3月16日，当年被欧共体全体成员国接受。标准被持续修改，逐步完善。CEN汽车燃料标准分3个子体系：汽油标准EN228、柴油标准EN590、LPG标准EN 589。无铅汽油中致癌的苯、有毒的铅、导致呼吸道疾病和酸雨的硫都随排放标准的严格而下降。降低铅和硫的含量，催化剂才不会被毒化而丧失活性。芳烃是具有较高辛烷值和热值的组分，但燃烧后会导致生成苯，并会增加CO2排放，烯烃也是较高辛烷值的组分，但挥发到大气中会促成光化学烟雾的形成，它们也在控制之列。
（2）机内净化技术
HC、CO和NOx是汽油机排放的主要污染物。HC主要是由于燃烧不完全产生的；混合气加浓时，CO排放会急剧增加；NOx则是在合适的温度下，氮气和氧气化合的产物。针对汽油机排放的主要污染物的生成机理，机内净化采用了精准控制空燃比、合理组织燃烧室内的气体流动，缸内直喷稀薄燃烧和废气再循环等策略。
依靠计算机管理系统可以对进入缸内的混合气的空燃比按工况进行精确控制，控制信号取自进气流量、气缸的压力和排气中的氧含量，在冷机起动和负荷变化时实时调整空燃比，使汽油尽可能完全燃烧，以减少HC和CO的排放。一些公司采用了“多点喷射稀燃”技术，在每缸的进气歧管上安装喷嘴，提高喷油精度，并在进气口内设置气涡流控制阀，形成气涡流，可使混合气浓度分层，让靠近火花塞的混合气浓度较高，容易点燃，使发动机中的稀混合气维持稳定燃烧，从而降低HC的排放量。另外，可以在活塞、活塞环的结构上采取消除狭缝效应的技术措施改善与缸壁接触处的燃烧，避免火焰熄灭。
直喷是将汽油直接喷射到燃烧室而非在进气歧管里喷射。在发动机管理系统的控制下，直喷汽油机可用多种运行模式，既可以形成均匀混合气，又可以形成分层混合气，还可以多次喷射。直喷稀燃可以降低油耗，减少CO2排放，改善动力特性。
废气再循环（EGR）是针对降低NOx排放采取的技术措施，就是把一定量的废气送入到进气系中，吸入气缸燃烧。由于废气中含有一定量的比热容较高的气体，如H2O、CO2等，在燃烧过程中，这部分比热容高的气体温升较小，降低了最高燃烧温度，抑制了NOx生成。加之废气对新鲜混合气的稀释，降低了混合气中的氧气浓度，破坏了NOx的生成条件，抑制了NOx的生成。
（3）燃烧后处理技术
人们虽然在缸内净化上想出了许多办法，但仍难以满足日益严格的排放限值；并且，对一种有害物质的净化措施，有可能导致另一些有害物质增加，为此，采用了燃烧后处理技术进一步净化。三元催化技术是目前最常用的机外净化技术，后处理装置称为“三元催化器”或“三效催化器”。所谓“三元”指HC、CO、NOx三种有害物质，所谓“三效”意指可同时净化三种有害物质的处理装置。
三元催化器利用废气自身组分的化学特性进行氧化还原反应，废气中的HC和CO还原性较强，NOx具有一定的氧化性能，在催化剂的作用下，三者均可发生氧化还原反应。HC和CO分别被氧化为H2O和CO2，NOx被还原为N2。一般的三元催化器中含有铂（Pt）和铑（Rh）两种催化剂，铂用作催化HC和CO的氧化反应，铑用作催化NOx的还原反应。钯（Pd）比铂和铑便宜，起燃活性好，被用来取代铂作氧化催化剂，也可以钯、铑、铂合用，已制出全钯催化剂，可降低催化剂的成本。
催化剂涂敷在蜂窝状陶瓷或金属载体上，表面粗糙，以尽可能增大活性面积，提高反应效率。
汽车起动时，加浓的混合气燃烧后排出的废气中HC浓度很高，但催化器却处于常温状态，催化剂活性差，致使大量有害物质排出。有效的解决方法是提高催化器的升温特性和降低催化剂的活性温度。人们正在用各种催化加热、辅助催化、捕集等技术来降低这一特殊工况的有害物质排放。还原NOx需要CO、HC、H2做还原剂，稀燃废气中这些还原气体含量不足，被氧化后，就不能还原NOx，而标准又对NOx的排放限值提出了越来越严格的要求，研制直接分解NOx的催化剂就具有了重要的实用意义。此外，提高催化剂的耐久性和降低催化剂的成本都是当前重要的研究课题。
2）柴油机排放控制技术
柴油机主要排出HC、CO、NOx、PM等污染物。柴油机以扩散燃烧为主，油气混合的时间极其短暂，柴油的挥发性又不好，在油气混合还不均匀的情况下即边混合边燃烧，这是柴油机产生排气污染物的特殊性。在混合气过浓处，柴油燃烧不完全，在混合气过稀处，火焰难以传递，这些因素造成了HC的生成。喷油器喷射结束后的滴油也是生成HC的原因。虽然柴油机吸入缸内的空气充足，但由于油气混合不均，局部可能缺氧，导致生成CO。不过，柴油机排出的HC和CO比汽油机少得多，相对汽油机而言，柴油机减排的重点在于NOx、PM。
NOx的生成主要与温度和缸内氧浓度有关。缸内的过量氧和可达2000℃的高温为大量生成NOx创造了条件。局部缺氧形成的烟粒吸附一些大分子HC构成PM的主要成分，柴油含硫生成的硫酸盐也是构成PM的成分。
（1）柴油品质的改良
十六烷值是度量柴油压燃着火延迟时间的指标，十六烷值低，着火延迟期长，NOx排放增加。EN590规定的十六烷值已由1993年的≥49（适用于欧Ⅰ）增至2009年的≥51（适用于欧Ⅴ）。研究表明，PM的硫酸盐含量与柴油中的硫含量正相关，因此EN 590硫含量限值（m/m）从1993年的≤0.2%大幅降低到2009年的≤0.001%，此举也减小了硫对催化剂的毒害，提高了催化后处理装置的耐久性。芳烃影响柴油的密度和黏度，芳烃过高会使雾化变差，引起排放中的PM增加，也需要控制。
联合国环境规划署（UNEP）一直致力于推进燃料的清洁化，除了清洁燃料对于保护大气环境具有不可替代的作用之外，还因为一些国家未能与排放限值同步推进燃料的清洁化，需要国际力量的帮助与协调。至2008年，还有相当数量的国家（主要在亚、非、拉洲）仍在使用含硫量大于0.05%（适配欧Ⅱ标准）的柴油，其中有已经宣布施行欧Ⅲ的国家。
（2）机内净化技术
废气涡轮增压和中冷技术是提高柴油机单位排量功率（升功率）和降低燃料消耗的有效措施，在控制排放的初级阶段，也是改善排放的关键技术措施，在为实现欧Ⅲ以后限值而采取的技术措施中，仍是基础措施。利用废气的动能将进气增压后，增加了氧气的进入量，使燃料充分燃烧，CO和HC排放及油耗均有降低，但经增压后，进气温度升高使空气密度下降，降低了增压器的实际效率。中冷器将升温的空气冷却，提高进气密度，使燃烧更加完全，油耗进一步下降。同时，中冷还降低了最高燃烧温度，可使NOx排放下降。达到欧Ⅱ排放标准以上的柴油机都采用了增压中冷。
可变几何参数涡轮增压器（VGT）和串联二级增压系统是增压器技术的发展。VGT可根据工况连续调整进气量，它的增压比和转速调控不再与发动机的转速相关，低速时可提供较大的扭矩并减少排放，能够根据不同的工况提供适合的扭矩，甚至在换挡时也能对燃料经济性及时作出反应。串联二级增压系统将两个增压器串联连接，用来改善扭矩特性，提高升功率，降低低速工况的排放。管理系统可根据工况选择一个增压器运转，或者两个增压器同时运转，也可分配两个增压器之间的动能。许多重型柴油机和一些轿车发动机上都采用了串联二级增压系统。
多气门技术已在柴油机上广泛应用。四气门（两进两排）或五气门（三进两排）可增大进、排气通量，增加循环进气量，低速时还可关闭一个进气道来提高缸内漩流速度，以利用进气惯性来增加低速时的进气量，因而有利于减少有害物质的排放。一般而言，柴油机的过量空气系数比汽油机大，在柴油机上使用EGR可取得比汽油机更好的减排NOx效果。
高压喷射可使柴油更好地雾化，与空气良好地混合，降低PM的排放。柴油机的喷油压力已从不超过50MPa提升到了200MPa左右，执行欧6二阶段时，高性能系统的喷射压力达250MPa，以满足进一步降低NOx排放的要求。
自从电控技术被引入发动机控制之后，精准控制缸内燃烧就成为机内净化技术的核心。机载ECU不仅根据工况实时控制喷油时间、次数、油量，可在一个循环中多次喷射，还可综合控制进气量及其他变量。所谓“精准”，即在准确的时机，喷射精确的油量，提供精当的空气之意。精准的程度正在日渐提高。在从欧Ⅱ向欧Ⅲ升级中，电子控制被用于柴油机，同时，柴油机的供油和喷射系统出现了三种不同的技术路线：单体泵（EUP）、泵喷嘴（UI）和高压共轨（CRDI）。单体泵即一缸一泵，油泵与喷油器分离的结构型式，它的优势在于油泵既可集中布置，也可分散布置。泵喷嘴将喷油泵和喷油器合为一体，省去了高压供油管，可获得较高的喷油压力。传统的供油系统的喷油压力随柴油机的转速降低而降低（供油量减少），不利于低速工况下的柴油雾化。高压共轨技术弥补了这一缺陷。所谓“共轨”（common rail），即集中布置的油泵向高压蓄压器供油，各缸喷油器共用一根管形高压蓄压器之意，从而使喷油压力与发动机转速基本无关。高压共轨相对欧Ⅱ机型改动较少，比较容易布置。
（3）燃烧后处理技术
实行欧Ⅳ以后，仅用增压中冷和电控喷射已不能满足排放限值，柴油机有了机外净化的技术需求，除需用氧化催化剂将废气中的CO、HC以及PM中的可溶有机物（SOF）转换为CO2和H2O之外，还需要用捕集器过滤PM，可能还需要用氨（NH3）将NOx还原为N2。
柴油机排出的废气中含有的干碳烟和SOF不易被转换，且柴油中的硫燃烧后生成SO2，如果SO2被氧化剂氧化为SO3，SO3最终会形成硫酸盐颗粒，故柴油机机外净化需要对SO2氧化活性较低的氧化剂。含铂的单体陶瓷催化剂被选为促使CO、HC和SOF氧化的催化剂。柴油机达到欧Ⅴ排放一般还需对NOx作催化转换，尿素（CO（NH2）2）被选作NOx的选择性还原剂，NH3在催化剂的作用下与NOx反应，反应生成N2、H2O和CO2。
各种类型的过滤器都达到了较高的净化水平，许多过滤器的拦截效率达到了90%以上。目前捕集技术面临的难题并不是继续提高拦截的效率，而是如何清除沉积其内的颗粒。PM的沉积，会堵塞过滤器，使排气背压迅速上升，致使柴油机在不长的工作时间内即出现性能恶化，由此引出了捕集器再生的课题。捕集器再生的原理是使颗粒发生氧化反应变成为CO2气体，然后随废气排入大气。PM能否发生氧化反应的关键取决于其温度与它的着火温度，适当提高废气温度和降低PM的着火温度都有利于氧化反应的发生，这样一来，如何能使废气温度高于PM的最高着火温度就成为捕集器再生的关键技术。
再生系统分为主动再生系统和被动再生系统。主动再生系统具有检测PM在过滤器中集聚状况的功能，一旦检测到排气背压超过阈值，即启动再生功能，用外部能源（废气之外）加热使集聚的PM迅速氧化，但主动再生系统需要外供能量，结构复杂，成本高。被动再生系统采用排气节流等方法提高排气温度，在汽车运行中烧掉集聚在过滤器中的PM。但这样做又会增加油耗，故实际应用较少。用催化剂降低PM的着火温度是目前较有实用前途的再生方法。催化剂的供给途径有二，在滤芯表面浸渍或将金属化合物催化剂加入到柴油中。虽然用催化剂可降低对滤芯材料的耐热性要求，但前一种方法只有与催化剂接触的PM才能在较低的温度下着火燃烧，仍不太理想，后一种方法会不会造成二次污染尚待评估。
斯堪尼亚开发出了一种与EGR组合可满足欧Ⅴ和EEV限值的颗粒过滤器，可有效阻拦废气中的PM、HC、CO，其中集成的催化器可烧毁集聚的阻拦物，且免维护。
（4）控制排放的技术路线
自实行欧Ⅲ以来，柴油机的排放控制技术路线即出现了分歧，柴油机结构大一统的格局开始被打破。各公司采用的电控喷射系统因油泵、喷油器的布置位置和结构，以及输送油路型式不同，出现了三种主流技术路线。实现欧Ⅳ、欧Ⅴ需要借助后处理技术，出现了多种机内净化技术和机外净化处理技术的组合，排放控制技术路线更趋多样化。由于这些控制策略各有所长，亦有所短，都没有经过足够长时间使用的检验，哪种技术路线对未来的竞争有利还扑朔迷离，从而出现了对排放控制技术路线的研究，也促进了新控制技术的开发，这样，对排放控制技术路线的研究就成为博弈的策略而受到关注。在2008年汉诺威商用车展上，欧洲主要重型车用柴油机满足欧V的技术路线就不少于九条，为了不把所有的鸡蛋都放在一个篮子里，许多公司并行采用了几种技术路线。
从欧1/Ⅰ到欧4/Ⅳ，各类汽车的CO、HC、NOx、PM、烟度等排放限值均不同程度下降；从欧4/Ⅳ到欧5/V，CO的限值没有再下降，重点降低了NOx、HC和PM的排放限值（参见表4-12—表4-15）。今后减排的重点将放在NOx、PM和HC＋NOx上。NOx是高温燃烧的产物，而HC和PM由不完全燃烧所致，这样，减排NOx和减排HC、PM就形成了跷板的两端，采用机内净化与机外后处理相结合乃平衡跷板的策略。以柴油机为例，虽然具体的技术路线有多种，但从原理上可归结为三类：EGR＋机外催化或捕集、充分燃烧＋SCR、超高压喷射＋EGR。EGR＋DOC技术路线用EGR降低燃烧温度，稀释混合气氧浓度的方法控制NOx生成的条件，达到减排NOx的目的，但由于燃烧不够充分，使得PM、HC、CO等不完全燃烧物增加，于是在机外增设氧化催化器，用降低着火温度的方法烧毁PM，氧化HC、CO。与之相对，出现了另一条充分燃烧＋SCR的技术路线，高温燃烧产生的NOx在机外采用选择性催化还原（SCR）处理，即向废气喷射尿素，将NOx还原为N2和H2 O。两种基本技术路线均能达标欧Ⅳ、欧V限值，但两者的购置成本、使用成本、对发动机技术状态的要求、燃料经济性、后处理装置的耐久性，对社会的供给保障系统的要求都有所差异，例如，采用EGR的柴油机需要提高燃油的喷射压力，以改善混合气质量，在高比热容的状况下，让燃料尽可能完全燃烧。一般而言，EGR的油耗要比SCR高，SCR有赖于社会化的尿素供给体系。两条技术路线被不同的企业采用，形成了两者VS的局面。在多数同行采用SCR技术路线的情况下，斯堪尼亚独行特立，采用了XPI＋VGT＋EGR满足欧V的技术路线。这一策略最显著的优势就是在底盘上无需装置尿素箱和催化装置，更无需社会化的尿素供给系统的支持，这条策略有赖于斯堪尼亚和康明斯（Cummins）共同开发的的关键技术——超高压喷射（＞220MPa）。
电子控制的引入为发动机控制领域赢得了前所未有的自由，不仅可实现基于减排某些污染物的控制，也可以实现基于整车的动力性、经济性的控制，或者基于综合优化的控制，可以实施对包括喷油系、增压器、节温器、风扇在内的集成控制，也可以对工作缸数量在内的各个相关因素实施综合调控，如通过灭缸[57]（cylinder cutout，）调控工作缸的数量。今后，发动机控制技术路线可能更趋多元化。
3）均质充气压缩点火（HCCI）技术
柴油机因压缩比高，故热效率较高；由于采用涡轮增压，利用废气动能做功，故可提高效率；由于过量空气系数大于1（量调节），故燃烧较充分。无论从节能的角度，还是从环保的角度审视，柴油机都比汽油机有利。随着现代科学和技术的引入，以及两种技术的相互促进和交融，柴油机和汽油机仍然是其他形式的车用动力源非常强劲的竞争对手。HCCI综合了柴油机和汽油机的优势，既能用火花塞点燃缸内的雾状油气混合工质，也能在某些工况下，压燃均匀混合的油气工质。HCCI发动机的压燃点火发生在燃烧室内各处的工质被同时压缩到自燃的临界点时，因而克服了燃烧起始于火花塞或喷口处，然后火焰向燃烧室各处扩散带来的低效和高污染物排放，同时，HCCI商业化遇到的障碍主要是精准控制技术，不涉及社会和经济因素，可能是近期解决能源和环境矛盾的高性价比方法，因而几家跨国大公司都在研发HCCI技术。
4）车载诊断系统
满足欧Ⅲ限值的汽车可能被强制要求装置车载诊断系统（OBD）。GB 18352.3—2005规定符合国Ⅲ的第一类轻型车自2008年7月1日起型式核准必装OBD，2010年7月1日起其他轻型车型式核准也必装OBD。GB 17691—2005规定适用该标准的型式核准车型从2010年1月1日起应装OBD或OBM。OBD能诊断并记录排放控制系统的故障代码，一旦出现故障，系统即向驾驶人报警，并通过通讯系统通报管理部门。管理部门可通过该系统下达维修指令；如愈期拒不执行，管理部门可在后台限制功率。OBM具有实时测量和记录汽车排放超标数据的能力。OBD和OBM的实际应用才能保障减排的有效性，但为此会增加使用成本，会在管理者和相关人之间引起一场博弈。