车用发动机效率提升和排放控制回顾(下)

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1 柴油机颗粒捕集器(DPF)

Heibel介绍了重型车柴油机颗粒过滤器在碳烟再生方法和灰分影响方面的最新研究动态。发动机排放的氮氧化物(NOx)/颗粒物(PM)>200时，在DPF中积聚的碳烟通常是很少的，因为碳烟会“被动”地被NO2氧化。一般情况下，在车辆行驶20 000 km后，需要采取主动的方法来清洁DPF或使它恢复原始状态。期间，要使DPF的温度升高到450 ℃，并保持约30 min。对于NOx/PM约为75的发动机，应当在车辆每行驶3 000～3 500 km后清除过滤器中积聚的碳烟，并在525～550 ℃下进行20～30 min主动再生，以充分清洁过滤器。Heibel还把“视线”投向了过滤器整个寿命期内的积灰量，并引证了DPF设计的进展情况。“基本型”过滤器能储存900 g的灰分，车辆需要在行驶500 000 km左右时清洁过滤器。最近，有人推出了几种容积减少15%的过滤器，它们能储存1 700 g灰分，且有可能在车辆行驶900 000 km时仍无需清洁颗粒过滤器。

Johannesen介绍了一种DPF高温再生的新方法，该方法是将下游的选择性催化还原(SCR)系统暴露在较低的平均温度下，且该方法消耗的燃油较少。在高温再生期间，不是采用恒定供给燃油的方法进行连贯再生，而是每3 min切断1次燃油供给，以允许在较高温度下由NO2来氧化碳烟。再生所需的燃油耗减少了50%，SCR催化器的峰值温度下降了40～50 ℃，但平均暴露温度下降了150 ℃，而总再生时间仍保持相同。

对于SCR过滤器来说，SCR催化器是要消耗NO2的，而不是由NO2来氧化碳烟，实际上这就是排除了SCR过滤器的被动再生。Walker通过改进涂层的设计和位置减少了这种负面影响，并且没有损害到SCR过滤器的减NOx性能和背压。这种新SCR过滤器中几乎没有碳烟存积。另外，SCR过滤器的灰分积聚也没有对NOx还原效率产生明显可见的影响，清除掉灰分后就可以恢复原有的背压和性能。

关于SCR过滤器是否需要进行主动的高温碳烟再生的问题，Cumaranatunge的研究指出，即使采用碳烟燃烧氧化来进行高温再生，花费的时间也比较长：在600 ℃下将1个SCR过滤器中的碳烟烧尽80%需要30 min。在再生过程中尿素喷射几乎没有什么差异，但是NO浓度则有所不同。即使催化型碳烟过滤器Pt上生成的NO2很少(约10%)，但由于碳烟与催化器之间产生的内部NO与NO2的反复转换，因而它仍能明显地增强碳烟的燃烧。对于SCR过滤器来说，NO2只来自氧化催化器(DOC)，虽然NO2会从SCR过滤器入口的2%降至出口的0.3%，但其排放控制效果仍是最差的状态，而在催化型碳烟过滤器中，NO2会从入口的2%增加到出口的7%。

2 柴油机氧化催化器(DOC)

柴油机DOC和甲烷氧化催化器是稀燃排放控制系统的1个重要部件。DOC能将NO转换成NO2，这对于碳烟燃烧和提高SCR效率十分重要，但是，它还要依靠燃油来帮助DPF再生。甲烷氧化催化器则有所不同，它的催化器易受中毒和耐久性问题的困扰。为此正在开展多项研究工作，以提升这两种催化器的性能和低温工作能力。

Ito和Nagata报道了Pt/Pd/Al2O3柴油机氧化催化器燃油燃烧特性评定工作的进展情况。他们采用基于Kissinger模型的激活能分析法作为评定工具，该方法是利用热斜升率和峰值温度来计算激活能。根据模拟结果他们建议，DOC应采用较小的贵金属颗粒、较大的涂载空穴直径和较大的空穴容积。矾土的活性、碱性与燃油燃烧性能之间的相关性相当小。

Toops等人在开展低温DOC方面的研究工作。之前的研究显示，CuOx-CoOy-CeO2(CCC)配方具有极好的CO点火性能(T50(转换效率达到50%时的温度)约为150 ℃)，因而它能减少CO对HC氧化的抑制作用。最新的配方是将CuOx-CoOy-CeO2与Pt2O3进行物理混合，在CO、丙烯和丙烷混合气中，这种催化器对丙烯的点火特性为：T50为250 ℃，T90约为240 ℃。在表面积较大的SiO2上涂载Pd/ZrO2催化涂层的研究工作也有所进展。这种催化器在HC+CO混合气中的T50为250 ℃，但T90的温度相对较高，为375 ℃。

图1 涂载在ZSM-5沸石上的新Pd/Pt/TiO2催化剂的甲烷氧化曲线

对于甲烷氧化催化器，Osman等人介绍了一种新催化器系族。一种涂载在ZSM5沸石(SiO2∶Al2O3=80∶1)上的Pd(5%),Pt(2%),TiO2(12%)催化剂对甲烷的氧化性能为T50=235 ℃,T10=200 ℃，但这是在无水分的稀气体中测得的结果。该催化器中的TiO2能灵活地提供氧，沸石则是一种能改善平衡的青铜酸。所有这四种组分对于提高催化器的活性是必需的。图1所示为这种催化器的一些试验结果。虽然性能令人印象深刻，但是，耐久性试验只在250 ℃的空气中进行了50 h，硫中毒问题还需要作进一步的试验。然而，在这次试验研究中，甲烷催化器的某些引人注目的成分得到了验证。

3 汽油机排放控制

3.1 颗粒物排放

如前所述，欧洲国家、中国和印度都在收紧颗粒数(PN)排放法规的限值。为了应对这些排放法规，2016年人们对影响PM排放的各种因素(如燃油、发动机改进、后处理系统汽油机颗粒过滤器(GPF)、以及试验条件和设备等)进行了试验研究，并取得了较大的进展。

燃油的成分和品质必然会影响到燃烧特性和最终的PM排放。燃油中添加一些抗挥发的组分或添加一些能促进碳烟初生粒子形成的组分(如芳香族化合物)，会导致PM排放增加。另一方面，有些组分(诸如含氧乙醇或那些能改善挥发性的组分)则能减少PM排放。

Yinhui等人用6种混合燃油研究了燃油品质对PM排放的影响。研究显示，芳香族化合物含量较高与PM排放增加具有直接的关系，而减少稀族烃含量和采用乙醇混合燃油有助于减少PM排放。这一点对于中国尤为重要，因为据报道，中国国六汽油的芳香族化合物含量要比欧洲国家和美国的高。Chan等人也指出采用E10混合燃油时，在联邦测试工况(FTP)循环中冷起动阶段的PM排放量有所减少。然而，乙醇燃油的混和方式也会对PM排放产生影响，采用飞溅混和时能使PN排放量减少，采用配比混和时则会导致PN排放量增加。

对喷油器积炭对PM增加的影响进行了定量研究。Wen等人利用1台经国五认证的1.6 L自然吸气直喷汽油机，观察了喷油器的积炭形态及其对喷油束形状和PM排放的影响。他们对积炭喷油器和洁净喷油器的喷油情况作了比较，结果发现，积炭喷油器的喷雾锥角减小了2.3～3.3°,喷油束贯穿距增加了10%，且油滴速度有所增加，所有这些预料会增加燃油的撞壁。在车辆行驶了13 000 km后，分别在采用积炭喷油器和洁净喷油器的情况下按新欧洲行驶循环(NEDC)进行了排放测定。结果显示，采用积炭喷油器时的PM质量排放量是采用洁净喷油器时的4.76倍。

Guinther和Smith详细研究了积炭形成的原因。他们利用1辆专门开发的试验车辆，观察研究了发动机在高负荷下运行后进气门的积炭情况。发现进气门的积炭主要是曲轴箱通风系统中的机油粘附在气门上导致的。研究还发现，采用机油添加剂能使积炭减少高达34%，采用洗涤添加剂有可能清除喷油器顶端的积炭。

气道喷油与缸内直接喷油相结合的双喷油系统已实现了商业化应用，因为它具有良好的燃烧性能和减少PM排放的潜力。Golzari等人研究了双喷油系统对发动机燃烧、效率和排放的影响，采用了1台增压直喷汽油机在3种发动机转速和中等负荷工况条件下进行了试验研究。试验时采用了70%气道喷油和30%直接喷油的双喷油组合。与早先典型的单一直接喷油策略相比，结果如下：

(1)在转速为1 000 r/min，制动平均有效压力(BMEP)为0.883 MPa负荷下，采用双喷油策略能使指示燃油消耗率降低约9%，但在较高转速时，燃油耗要稍差些。

(2)正如预料的那样，在70%燃油预混合的情况下，排气温度明显降低。但是，由于预喷燃油与后喷燃油混合不均匀，CO排放增加了35%～85%。另外，转速1 000 r/min时双喷油的NOx排放增加了约30%，在所有转速下碳氢化合物(HC)排放均有所增加。

(3)双喷油时，排气温度稍有降低(约降低25～30 ℃)。

由于冷起动时燃油的挥发性较低,燃油撞在较冷的壁面,以及燃油蒸发时间少,因而会产生较高的PM排放。寒冷的环境温度也会产生相同的影响。Badshab等人在0 ℃以下的低气温条件下研究了11台气道喷油(PFI)车辆(包括混合动力电动车)、10台汽油直喷(GDI)车辆和2台配装GPF的柴油机车辆冷态起动时的PM排放特性。如图2所示，当车辆按NEDC试验时，几乎所有的汽油机车辆(包括PFI车)的PM排放都超过了欧洲法规要求的6×1011/km的PN限值。有趣的是，在起初180 s内，GDI车辆的平均PN值几乎完全相同(尽管PFI车辆的PM尺寸要小得多，都在23 nm以下)。

图2 各种GDI车辆、PFI车辆和柴油机车辆在低气温下进行冷态起动NEDC试验时的PM排放量

正在进一步探索对GDI发动机的多环芳香烃(PAH)排放物的认识。PAH 的初生物最有可能对碳烟的生成起一定的作用。Kalavakis等人的试验发现，1辆 2014年皮卡车PM上粘附的PAH排放物总量是1辆同功率PFI卡车的14倍，而前者的气态PAH排放物则是后者的4倍。有证据表明，PAH有可能被吸附在碳烟上，可以采用GPF把这些碳烟清除掉。他们发现，其中两辆GDI车排放的PAH为2环和3环PAH排放物，另一辆试验车排放的PAH中含有致癌物组分。气相PAH的排放量非常大(0.1 mg/mile*为了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定单位——编注。)，而采用GPF可以减少PAH排放量的50%。

GPF越来越受到人们的关注。GPF 的性能正在不断得到改进，一些研究已经证实，GPF可以在整个车辆使用期内使尾管的PM排放量低于法规的限值。GPF对燃油经济性的影响是需要考虑的关键问题。有些研究表明，配装GPF后，排气系统的背压仍可以保持原有的水平。Chan等人发现，在整个FTP 75和US06试验循环中，GDI车辆在有、无催化型GPF时CO2的排放量差别不大。Lambert等人在研究灰分对GPF性能的影响时发现，车辆在行驶了130 000 mile后，燃油耗并没有明显增加，尽管由于灰分积聚导致背压增加了约2倍。Graig等人用普通GPF和有催化涂层的GPF代替传统车身下安装的三效催化器(TWC)后，按FTP 75和US06试验循环测定了尾管的PM排放。结果显示，尾管的PM排放量为0.27～0.40 mg/mile,可以满足美国加利福尼亚州法规1 mg/mile的PM限值。配装普通GPF时的燃油经济性与配装车身下TWC时的水平相当。改变GPF的直径和催化涂层的水平后，用600/3空穴的紧耦合催化器代替900/2空穴催化器还可以有助于减少压力降。

有关人员正在定量研究灰分和碳烟对GPF性能的影响。Lambert的研究显示，GDF壁上积聚少量碳烟和灰分能使过滤效率有较大提升，过滤效率可以从清洁状态下的60%提高到积聚0.08 g/L碳烟时的90%和积灰1 g时的80%。研究还显示，较高的催化涂层涂载量对于提高过滤效率并不是那么有效。在1辆3.5 L GDI车辆上对车身下安装的GPF进行的研究显示，车辆行驶150 000 mile后收集到的灰分中只有50%来自机油源，其余灰分来自腐蚀性材料(20%)和上游TWC的催化涂层。图3所示为车辆累计行驶130 000 mile和150 000 mile后灰分的成分和它们的分布状况。灰分中60%左右分布在通道壁上，40%左右灰分为堵塞物。

图3 车辆累计行驶130 000 mile(车辆1)和150 000 mile(车辆2)后GPF中的灰分成分和它们的分布状况

灰分除了对提升过滤效率和压力降有影响外,还能在增强碳烟氧化活性上起到一定的作用。碳烟氧化速率的增加是由Ca(或Mg)/(磷+Zn)之比决定的，而不是由Ca或Mg的绝对值决定的。有人通过排列组合研究法研究了润滑油品质对灰分的影响以及灰分对GPF性能的影响，为了加快灰分在过滤器上的沉积，他们采用将硫酸盐灰分、洗涤剂金属(Ca，Mg)和磷含量不同的机油与燃油混合的办法进行了试验。该研究的主要结论是：(1)机油配方对碳烟的氧化速率有明显影响，例如，硫酸盐灰分含量高的机油能使碳烟氧化速率更快。(2)机油的配方会对积炭引起的压力降产生影响，例如，硫酸盐含量较高的机油会导致较大的压力降，含钙基洗涤剂的机油能使过滤器较早地从床过滤转变为滤饼过滤。(3)在有少量积灰时过滤效率会快速增加，这种情况与机油的配方关系不大。

研究人员还在开发将GPF和TWC结合成一体的催化型颗粒过滤器。这种正在开发的催化型颗粒过滤器既可以紧耦合安装，也可以在车身下安装。有些研究已经证实，用催化型GPF代替直通式TWC，能够获得满意的有害气体排放性能。Graig等人采用涂铑(Rh)的车身下安装的GPF研究了1辆涡轮增压汽油直喷车的排放性能。试验结果显示，在美国FTP 75试验循环中，在上游紧耦合TWC完成大部分NOx转换的同时，GPF会再帮助完成18%～30%的NOx转换。这一附加的NOx转换率对于满足特超抵排放车(SULEV)30 mg 非甲烷有机气体(NMOG)和NOx的排放目标十分重要。Chan等人研究了1辆GDI车在装和不装催化型GPF时的排放情况。在FTP 75试验中尾管的CO、总碳氢化合物(THC)和NOx分别额外降低了86%、38%和34%，在US06试验循环中，它们分别额外减少了58%、54%和88%。催化型GPF有助于在US06试验循环中的积极行驶工况下减少NOx的排放。在中国，研究人员用1台1.4 L GDI发动机试验验证了有催化涂层GPF的耐久性。在经过160 000 km试验后，发动机的排放量没有发生变化，TWC的性能完好，点火温度只是稍有升高(约15 ℃),在整个试验运行期内TWC始终能保持在大约85%的高过滤效率。Rose等人对普通GPF进行了耐久性试验，结果显示，这两辆车采用不同的机油(机油的灰分相差2倍)运行时，在100 000 km运行期间的PN排放性能有所改善。另外，在使用这两种机油时，GPF的背压完全相同。

针对GPF是否需要采取主动方式再生的问题，相关的研究仍在继续进行。之前研究显示，通过切断燃油就能发生被动碳烟氧化，因为这时氧浓度很高。Chan提出了类似的看法。他们证实，在FTP 75和US06试验循环的某些减速工况期间，当氧浓度达到约20%时就会发生被动再生。发现在US06试验循环的公路行驶工况下会发生被动再生，但在FTP 75试验的城市行驶工况下发生被动再生的机会非常有限。

最新开展的研究是观察新技术对PM排放的影响。Storey观察了起动停车技术对排放的影响。在采用和不采用起动停车系统的情况下，观测了1辆GDI车燃用乙醇(20%)和异丁烷(12%)飞溅混合燃油时PM的排放特征。他们的研究结果显示，采用起动停车系统时，PM质量排放量和PM排放量与常规发动机的相同或比它更低，燃用E20混合燃油时，PM和PAH的排放量最低。

S.Zinola等人用1台GDI发动机在发动机试验台上进行了试验运行，模拟了NEDC试验循环中 混合动力电动车(HEV)上发动机停机和起动时的运行情况。尽管发动机的运转时间仅为试验循环的28%，但PN排放量却比发动机在传统运行工况下的PN排放量高4.5倍。由此可见，还有大量工作需要去做，但是，随着起动停车系统和混合动力电动车的扩大应用，这一问题会在今后的实际运行中暴露出来。

3.2 TWC

较低的排气温度和更低的污染物排放法规正在激励人们在以下两方面开展TWC的研究工作：(1)催化器创新，用更便宜的催化剂替代铂系贵金属催化剂；(2)改善低温催化活性。对于车身下安装的催化器,由于它的温度较低而适合于引入一些经得起老化的新材料,因而这种催化器更重视减少铂系贵金属的用量,另外,由于紧耦合催化器对排放物的转换效率要求更高,因而也强调要减少铂系贵金属的用量。

Hashimoto等人用Ba/Zn/CeO2代替Al2O3作为载体，验证了它对提高催化器转换效率的有效性。将车身下安装的催化器第一层配方钯/Al2O3/储氧量(OSC)中的Al2O3用Ba/Zn/CeO2替代后，使得1辆2011年型Civic(部分零排放车(PZEV) 1.8 L 4缸)车在LA4试验循环中的NMOG+NOx排放量减少了10%。Zn能减少氧的结合能，并能提高氧的有效利用率和改善CO的低温氧化，而Ba则能减少CO2的吸附，CO2吸附会限制氧的有效利用率。这种催化器已经实现了商业化应用，并已被用于2016年款Civic车。

Hanaki等人探索了在车身下安装的催化器中用Fe/CeO2催化剂代替铂系贵金属基催化器的效果。发现添加CeO2能降低氧与Fe的结合能，并能提高氧的有效利用率和CO氧化的反应活性。还确认了它对波动氧化还原条件的响应能力。研究的主要工作是要保持老化后的性能，有证据显示，Fe与钒土反应后产生的铝酸盐会导致老化状态下性能下降。因此，采用了一种过氧化物结构来抑制铁晶体结构的变化。发现在Rh涂载量仅比传统催化器涂载量增加10%的情况下，老化后的催化器仍能在额外城市行驶工况(EUDC)中保持相同的性能。由此可以证明，完全有可能减少铂系贵金属的用量。

无铂系贵金属或少铂系贵金属TWC能够在满足未来BS6排放法规中发挥重要作用。因此，Golden等人在车身下安装的TWC和紧耦合TWC中试验验证了铂系贵金属涂载量较少的先进尖晶石氧化物的耐久性。

另外，根据Ball和Moser的观察，为了达到42 mg/mile的非甲烷总烃(NMHC)+NOx排放量，所需的铂系贵金属费用会随催化器的安装位置不同而有1倍之差(约为35～70美元)。相反，一种成本为45美元的铂系贵金属可能会因催化器的设计不同而达到不同的NMHC+NOx排放量(105～30 mg/mile)。

基底材料的设计能在改善冷起动排放性能中起到一定的作用。当一种车身下安装的催化型GPF采用低热损失基底材料时，它在FTP试验循环中的NMHC+NOx排放量比采用标准基底材料时的排放量减少了10%～12%。被试验的系统装了两个紧耦合催化器，发现大部分排放物转换都在第一个紧耦合催化器中发生。在紧耦合催化器中采用高空穴率基底材料时，系统的NMHC+NOx排放量达到了25 mg/mile。

3.3 稀燃汽油机NOx控制

可以预料，稀燃GDI发动机与理论空燃比GDI发动机相比，燃油经济性能够提高5%～15%。Parks等人的报道称，无论是在稀气分层燃烧模式下，还是在稀气均匀燃烧模式下，PM排放都很高。被动SCR再生是人们正在研究的一种减少稀燃NOx排放的方法。采用这种方法时，上游TWC会在周期性的短暂浓燃条件下生成NH3，下游的SCR催化器则会利用这些NH3来还原前期储存下来的NOx。为了实现被动NOx控制，需要依靠调整浓燃期来生成氨，这时会导致PM排放增加。尽管这种燃烧策略具有瞬变的本质，GPF 仍能以超过95%的过滤效率来非常有效地捕集颗粒物。

Nakayama等人开发了一种无铂系贵金属车身下安装的NOx催化器，该催化器的上层为铜沸石，底层为Ni/CeO2。前者有助于以SCR为基础的NOx转换，后者有助于利用排气中的CO来还原NO。它通过上游的TWC来生成SCR转换NOx所需的NH3，该TWC为采用Pd/Rh/Pd 3层配方的催化器。图4所示为底盘测功器试验所得的结果。在1台2.4 L自然吸气满足PZEV的发动机上，这种新型车身下安装的催化器在LA4试验循环中的NOx转换率达到了85%，在US06试验循环中的NOx转换率达到了40%。

图4 Cu沸石为上层和Ni/CeO2为底层的无贵金属车身下安装的催化器，在LA4和US06试验循环中NOx转换率分别为85%和40%

Pridhodko等人为实现稀NOx被动SCR控制而进行的浓-稀燃调整研究发现，减少浓-稀燃循环的时间对于减少稀燃期的NH3氧化是有益的。面临的挑战是HC和CO的逸出，以及对硫的耐受度。

4 总结

4.1 排放法规

欧洲提出了第三阶段实际行驶排放(RDE)法规，其要点是要求采用随车安装的便携式排放测量系统(PEMS)测定汽油直喷车辆在街道和公路上行驶时的PN排放量。实测的排放量可以不大于测功器试验认证值(6×1011/km)的1.5倍，它应包括反映这些排放颗粒主要来源的冷起动PN排放量。该法规从2017年9月开始到2018年9月逐步实施，未来它会推动GPF的使用。轻型车柴油机的RDE NOx排放法规随后将会出台。

中国和印度最终决定,将从2020年开始实施新一轮轻型车排放法规。中国将分两步实施轻型车排放法规,第二步的目标是,到2023年排放限值要比欧6标准收紧约30%～40%。到2023年,中国也将实施RDE法规。

美国加利福尼亚州仍然准备提出1项议案，要求到2023—2024年将轻型车的NOx排放限值收紧高达90%。美国环保署还打算制订一项统一的标准，并将会在2年后提出1份草案。

美国环保署确定，2025年轻型车温室气体(GHG)排放标准是能够实现的，他们决定继续执行2012年起实施的GHG标准。在重型车方面，他们最终决定了2021—2027年的第二阶段GHG排放标准，要求发动机的CO2排放量比2017年到期的第一阶段排放标准减少5%,并首次要求拖挂车也应执行减排标准。欧洲将于2018—2019年提出一项监测重型车CO2排放的综合计划。

4.2 发动机技术

内燃机的不断改进延缓了电动汽车的发展。分析表明，未来的汽油机技术正在挑战电动汽车油井到车轮(WTW)的CO2排放水平。各种轻型车发动机技术(诸如阿特金森循环、自动起停系统、主动停缸和可变压缩比)都在投入市场实际应用，这些技术能使发动机的燃油耗比汽油直喷基本型发动机的燃油耗降低20%。有些技术，例如专用废气再循环(EGR)、汽油压缩着火和二行程对置活塞结构等都在向前发展,它们能使燃油耗再额外降低20%。混合动力车辆的CO2排放水平已达到和低于欧洲2021年和美国2025年法规的GHG排放限值。

重型车发动机技术也在快速向前发展。有效热效率(BTE)为50%的发动机已经在4种不同的干线货运卡车上得到了验证，这些卡车的货运效率或燃油耗比2010年基本型卡车的水平提高了115%或50%。美国能源部正在启动一项由4家公司参与的超级卡车2的新4年计划，每家参与公司将设计一款BTE达55%的发动机，为此，每家参与公司都在提出各自独有的技术途径，其中包括考虑采用分开循环技术的发动机。在代用燃料方面，人们对沼气和天然气发动机，以及电动道路系统卡车的GHG排放和成本进行了分析研究。

4.3 稀NOx控制

SCR催化器的热稳定性正在不断改善，一种令人关注的铜沸石催化器的性能达到了当今市场上最好催化器的水平，它能在900 ℃环境下12 h性能保持稳定不变。SCR催化器正在不断取得进步，它能通过改变车辆标定来满足欧洲RDE法规，并且能在温度较低时依靠碳烟来抑制硝酸铵的生成。对稀NOx收集器中Rh的氧化状态有了更进一步的了解，可以通过提高还原剂的喷射脉冲频率来改善稀NOx收集器的高温性能。

轻型车采用柴油机混合动力有助于减少NOx排放，因而可以采用价格比较低廉的NOx控制系统。为了满足新一轮更严格的排放法规，可以采用被动NOx吸附器、点火SCR催化器、SCR过滤器、以及低温NO2和尿素管理等技术手段来减少重型车的NOx排放。对氧化钒和铜沸石催化器系统的低温性能、DOC的要求、硫耐受度问题和系统的总成本进行了分析比较。

4.4 DPF

重点介绍了重型车DPF的再生策略。有种低温高NOx对策是在450 ℃高温下利用NO2来对过滤器再生，而一种主动高温再生策略则是在550 ℃下利用氧来实现过滤器的再生。有一种新的高温脉冲再生方法是采用3 min供油/断油循环进行再生，它能使下游SCR催化器的峰值温度降低40～50 ℃，并能使再生的燃油消耗减少约50%。

SCR过滤器比催化型碳烟过滤器(CSF)更难再生，即使采用高温氧化再生也是如此，因为SCR催化器要消耗NO2。在CSF中，尽管在高温再生中没有来自DOC的NO2可以被利用，但是由催化器积炭而生成的NO2能帮助碳烟的氧化。新的涂层设计有助于SCR过滤器利用NO2来进行被动再生。

4.5 氧化催化器

在排气中存在CO的情况下，柴油机HC的点火温度现在大约为225～250 ℃。一种4组分甲烷氧化催化器的T10活性温度(转换效率为10%时的温度)降到了225 ℃。虽然这种催化器还没有在排气流中进行过耐久性试验，但它们所含的组分Pt、Pd、TiO2和ZSM-5沸石都已在排气催化系统中得到了商业化应用。

4.6 汽油机排放控制

大多数的车辆排放研究工作或许都会涉及到汽油机的PM处理。人们针对燃油和润滑油对PM排放的影响、积炭成因，以及喷油策略展开了广泛的研究。有证据显示，GDI发动机的PAH排放物要比PFI发动机的PAH多出好几倍。GPF正在不断发展，耐用性有所提高。

通过GPF的耐久性试验显示，它的性能有所提高，尤其是在积灰方面。车辆采用各种润滑油进行240 000 km行驶试验后，GPF的性能没有出现明显的问题，车辆的燃油消耗与使用新鲜颗粒过滤器时的燃油消耗也没有什么明显的差异。CSF正在显露其较好的性能。

为了满足美国Tier 3排放法规的要求，许多实验室正在研发各种三效催化器的技术，其中包括减少铂系贵金属用量的方案选择和稀燃NOx控制策略等。