Der Filter verstopft sich allmählich, wobei der Motor gegen einen immer höheren Gegendruck arbeitet. Bei Überschreitung eines bestimmten Wertes wird die Regeneration des Filters eingeleitet und der im Filter vorhandene Ruß verbrannt.
Der Wirkungsgrad (gravimetrisch) ist außerhalb der Regeneration höher als 90%.

Die im Magerbetrieb¹ des Dieselmotors entstehenden Stickstoffoxide (NOx) bestehen zum überwiegenden Teil aus Stickstoffmonoxid (NO), welches zunächst zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert wird. In weiterer Folge reagiert das NO2 mit den im NOx-Speicherkatalysator vorhandenen Alkali- oder Erdalkalikomponenten in einer Säure-Base-Reaktion zu Nitraten (NO3-), welche im NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden. Sowohl die Oxidation von NO zu NO2 als auch die Bildung von Nitraten wird durch die katalytische Wirkung der Beschichtung²  des Katalysators unterstützt [1], [2].

Der Temperaturbereich eines NSK, in welchem die Einspeicherung³erfolgt, liegt zwischen 150°C und 500°C mit einem Maximum bei 300°C bis 400°C. Zu niedrigen Temperaturen hin sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidation NO zu NO2, welche jedoch für die Nitratbildung erforderlich ist. Die Einlagerung bei höheren Temperaturen wird dagegen durch die Speichereffizienz des Katalysatormaterials und dem thermischen Zerfall der Nitrate beeinflusst [2].

Nach Erreichen des definierten Füllgrades wird der NSK wieder entleert. Diese Ausspeicherung⁴ erfolgt durch den kurzzeitigen Betrieb des Motors in einem Bereich mit Kraftstoffüberschuss. Dadurch werden die erforderlichen Reduktionmittel (Wasserstoff H2, Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffe HC) bei gleichzeitigem Sauerstoffmangel zur Verfügung gestellt. Die eingespeicherten Nitrate reagieren in einem Temperaturbereich von 280 bis 440°C (Umsatzmaximum bei 350ºC) mit den Reduktionsmitteln zu Stickstoff N2, Wasser H2O und Kohlendioxid CO2 [3], [1].

Aufgrund der zyklischen Ein- und Ausspeicherung wird dieses System als diskontinuierlich bezeichnet.

Die chemischen Grundlagen werden in Abbildung 1 und Abbildung 2 zusammengefasst.

Diese Abgasnachbehandlungstechnologie erfordert einen schwefelfreien Kraftstoff, da im Kraftstoff enthaltener Schwefel (S) ebenfalls im NSK eingespeichert wird. Die Beseitigung des als Sulfat ([SO4]2-) eingelagerten Schwefels mittels Konvertierung zu Schwefeldioxid (SO2) ist im Vergleich zur Entfernung des Stickstoffnitrates nur bei höheren Temperaturen von 600 bis 750°C möglich.

Wird aber neben der eigentlichen Regeneration nicht ergänzend eine Desulfatisierung durchgeführt, blockiert das Sulfat die Einlagerung von Stickstoffnitrat, da es eine höhere thermodynamische Stabilität aufweist [3], [2].

Diese eben beschriebene Funktionsbeeinträchtigung durch den Schwefelanteil des Kraftstoffes (bzw. der Schmiermittel) und die thermisch bedingte Alterung des NSK führen zu einer Reduktion der NOx-Konversionsrate. Im Auslieferungszustand ist von Reduktionsraten im Bereich von 90% auszugehen. Bereits nach 20.000 km kann die Konversionsrate auf 40 bis 60% sinken, bleibt jedoch danach weitgehend stabil [1].

Der NSK eignet sich vorwiegend für die Erfüllung der Euro 6-Grenzwerte leichter bis mittelschwerer Kraftfahrzeuge.

In Abbildung 3 ist der Aufbau einer modernen Abgasnachbehandlungsanlage mit NOx-Speicherkatalysator wiedergegeben. Der zum schnellen Erreichen der optimalen Betriebstemperatur motornah verbaute Oxidationskatalysator wurde mit dem daran anschließenden Partikelfilter im selben Gehäuse verbaut. Der NOx-Speicherkatalysator befindet sich im Unterboden des Fahrzeuges. Zudem wurde ein Schwefelwasserstoff-(H2S)-Katalysator vorgesehen, welcher mögliche H2S-Emissionen während der Desulfatisierung verhindert [5].

Das in Abbildung 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls eine motornahe Anordnung des Katalysators. Dieser arbeitet aufgrund seiner relativ hohen Edelmetallbeschichtung als NOx-Speicherkatalysator und im Normalbetrieb des Motors zusätzlich als Oxidationskatalysator. Der Partikelfilter befindet sich im selben Gehäuse unmittelbar darauffolgend. Durch die Wirkung des NOx-Speicherkatalysators als Oxidationskatalysator kann die Partikelmasse vermindert werden. Zusätzlich wird nach dem NOx-Speicherkatalysator verbleibendes NO2 im Partikelfilter zu NO reduziert.

Abhängig von der NH3-Gleichverteilung, der Abgastemperatur, der Raumgeschwindigkeit und dem Verhältnis von NO zu NO2 werden unterschiedliche Konversionsraten erreicht. Das Temperaturoptimum liegt dabei zwischen 200 und 300°C [1]. Die maximalen Temperaturen heutiger Systemen erreichen zwischen 500 und 600°C. Für zukünftige Anwendungen werden kurzfristige Spitzentemperaturen von bis zu 800°C erwartet, sodass der Einsatz temperaturstabiler Komponenten zu einem der primären Entwicklungsziele wird [4].

Die je nach NO zu NO2 Verhältnis unterschiedlichen chemischen Reaktionen im SCR-Katalysator werden in Abbildung 3 wiedergegeben. Es sind dabei in drei Basisreaktionen zu unterscheiden. Als Standardreaktion wird jene chemische Umsetzung bezeichnet, welche ohne NO2, also nur unter Anwesenheit von NO und NH3 bzw. Sauerstoff (O), erfolgt. Eine schnellere und aktivere Umsetzung wird bei einem Verhältnis von 1:1 zwischen NO und NO2 erreicht. Herrscht NO2-Überschuss (liegt also ein Verhältnis zwischen NO2 und NO von über 1 vor) läuft die Reaktion langsamer ab und führt zeitgleich zu NH3-Verlusten (erhöhter NH3-Verbrauch). Das bedeutet, dass die Konvertierung von NO bzw. NO2 zu N2 mehr NH3 erfordert als im Fall der Standardreaktion bzw. der schnellen Reaktion.

Demnach besteht das Ziel darin, das NO- zu NO2-Verhältnis mittel Vorkatalysator stets am Optimum von 1:1 zu halten [5].

Der beschriebene Aufbau eines SCR-Systems entspricht dem maximalen Detaillierungsgrad. Wie den folgenden Beispielen zu entnehmen ist, werden Serienumsetzungen weniger komplex dargestellt.

In Abbildung 5 ist der Aufbau einer modernen Abgasnachbehandlungsanlage mit SCR-Katalysator wiedergegeben. Analog zu den Konzepten mit NOx-Speicherkatalysator wird  zum schnellen Erreichen der optimalen Betriebstemperatur der Oxidationskatalysator und der Partikelfilter motornah verbaut.

Das Dosierventil zur Eindüsung des Harnstoffs befindet sich unmittelbar nach dem Partikelfilter, da hier die Temperaturen, welche für die Verdampfung der Harnstoffwasserlösung notwendig sind, vorherrschen und eine möglichst lange Durchmischungs- und Gleichverteilungsstrecke bis zum am Unterboden angeordneten SCR-Katalysator gewährleistet wird. Der im Bereich der Hinterachse untergebrachte Harnstofftank beinhaltet eine ausreichende Menge an Harnstoff, um diesen lediglich bei den Fahrzeugservices füllen zu müssen [7].