Die Entwicklung des Dieselmotors in Schienenfahrzeugen wird durch weitere Reduzierung der Emissionsgrenzwerte und die Forderung nach gesteigerter Energieeffizienz bestimmt. Derzeit werden zur Einhaltung der geforderten Emissionsgrenzwerte zwei Strategien verfolgt: Optimierung des Motors auf minimale Partikelemission und nachmotorische Minderung der Stickoxide oder innermotorische Minimierung der Stickoxide mit nachmotorischer Partikelreduktion (Partikelfilter). Die Emissionsstufe EU IIIB (ab 2011/2012) sieht maximale Partikelemissionen von 0,025 g/kWh vor, was eine Reduzierung gegenüber der Emissionsstufe EU IIIA (2005/2009) um etwa 90 % bedeutet, und maximale Stickoxidemissionen von 4 g/kWh. Um diese Werte erreichen zu können, müssen Triebwagen mit Partikelfiltern und einer NOx-Nachbehandlung nachgerüstet werden. Die wichtigsten innermotorischen Stellschrauben für Energieeffizienz und Emissionsreduzierung sind die Einspritztechnik (Common-Rail-Einspritzung, Einspritzverlaufsformung durch Mehrfacheinspritzung, flexible Ventilsteuerzeiten), Ladeluftkühlung, Brennraumoptimierung und Abgasrückführung. Zur Verringerung der NOx-Emissionen kommen selektive, geregelte katalytische Reduktionssysteme (SCR) zum Einsatz, mit denen NOx-Reduktionen von mehr als 90 % erzielbar sind. Ergänzend zu Rußpartikelfiltern (ständige Regeneration mit NO2) werden Dieseloxidationskatalysatoren zur Oxidation von CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu CO2 und Wasser eingesetzt, um ein optimales Verhältnis von NO2 und Ruß einzustellen. Die Regelung und Überwachung des Systems erfolgt mit Hilfe von Sensoren über das Motormanagement. Weitere Optionen für eine Emissionsreduzierung werden durch Verwendung alternative Kraftstoffe (Biodiesel, Diesel-Wasser-Emulsionen, Biomasse, Erdgas) erwartet, wobei insbesondere Hybridantriebe für eine deutliche Senkung der CO2-Emissionen sorgen könnten. In der Diskussion sind hier Kombinationen von Dieselantrieben mit Elektroantrieben und Energiespeichern (Nutzung von Bremsenergie) oder eine Nutzung der Abgaswärme durch nachgeschaltete Dampfprozesse. Ein Beispiel für die Diesel-Hybridtechnik ist das Voith Eco Pack (Voith AG, Heidenheim, DE), das aus hydrostatischem Antriebssystem mit Turbogetriebe, einem hydropneumatischen Speicher zur Speicherung der Bremsenergie und einer elektronischen Steuerung besteht. Die gespeicherte Bremsenergie kann zum Antrieb von Hydrostatikaggregaten während einer Start-Stopp-Phase (Ein-/Ausfahrt in Bahnhöfe ohne laufenden Dieselmotor, Boost-Betrieb für zusätzliche Beschleunigung) genutzt werden. Analysen von Simulationsläufen lassen pro Jahr und Fahrzeug (Laufleistung 150000 km) Einsparungen von 15000 l Kraftstoff (39,5 t CO2) erwarten, außerdem reduziert sich der Bremsenverschleiß um 25 %. Systeme zur Abgaswärmerückgewinnung verbessern die Energieeffizienz und bieten Möglichkeiten zur Abwärmenutzung für die Bordstromversorgung der Züge.