Vidaus degimo variklių (ICE) „downsizing“ koncepcijoje turbokompresorius yra vienas pagrindinių įrenginių, leidžiančių sumažinti emisijas išlaikant variklio galią. Turbina, kaip viena iš pagrindinių turbokompresoriaus dalių, paverčia išmetamųjų dujų energiją mechaniniu darbu, kuris vėliau suka kompresorių. Turbinos naudingumo koeficientas tiesiogiai priklauso nuo termodinaminių parametrų, tokių kaip šilumos perdavimas, dujų srauto pulsacija ir aerodinaminė komponentų geometrija.
Daugumoje lengvųjų automobilių naudojamos radialinės turbinos, kuriose išmetamosios dujos patenka statmenai rotoriaus mentėms ir pasisuka 90 laipsnių kampu prieš išeidamos ašine kryptimi. Nors radialinės turbinos (pvz., GT1548 modelio bazė) yra standartas, ašinės turbinos tampa rimta alternatyva dėl mažesnės rotoriaus inercijos. Tyrimai rodo, kad optimizuota ašinė turbina gali sumažinti inercijos momentą apie 35%, lyginant su tradicine radialine turbina, o tai žymiai pagerina variklio dinaminį atsaką (angl. transient response).
Siekiant stabilizuoti turbinos darbą prie mažų apkrovų, naudojamos VGT (Variable Geometry Turbine) sistemos. Jos leidžia keisti praleidžiamų dujų srautą optimizuojant kampą, kuriuo dujos trenkiasi į rotorių. Išskiriamos kelios VGT variacijos:
Dvigubo įėjimo turbinos (Double-Entry Turbine) yra skirtos išmetamųjų dujų pulsacijų energijai išsaugoti. Jos skirstomos į asimetrines ir simetrines (Twin-Entry Symmetrical). Asimetrinėse sistemose sraigto dalys (inner limb ir outer limb) turi skirtingus ilgius, kas leidžia padidinti statinį naudingumą apie 10% lyginant su vieno įėjimo sistemomis.
Dar viena naujovė – MC (Multi-Channel Casing) korpusas. Pakeitus įprastą spiralinį korpusą daugiakanaliu, galima tiksliau kontroliuoti geriausio naudingumo tašką (BEP - Best Efficiency Point). Nustatyta, kad MC konstrukcija leidžia išvengti didelių nuostolių prie dalinių apkrovų, nors BEP taškas šiek tiek kinta priklausomai nuo atidarytų kanalų skaičiaus.
Turbinos efektyvumui kritinę įtaką turi rotoriaus įėjimo skersmuo (Din), mienčių aukštis (Hin) ir sraigto gerklės plotas (At). Pavyzdžiui, padidinus Hin nuo 4 mm iki 6 mm ir optimizavus mentės išėjimo kampą (Bb2) iki -35°, stabdinis specifinis kuro sunaudojimas (BSFC) gali sumažėti iki 5%, o sukimo momentas pakilti virš 5%.
Svarbu atkreipti dėmesį į turbokompresorių, pavyzdžiui, Garrett GT28 serijos, guolių sistemos priežiūrą, nes alyvos slėgio netolygumai dažnai sukelia koksaciją (oil coking) ant guolių korpuso sienelių. Naudojant aukšto našumo sistemas, būtina instaliuoti tinkamo pralaidumo alyvos ribotuvus, užtikrinančius stabilų 40–45 psi slėgį maksimaliomis apsukomis, taip išvengiant guolių užteršimo ir priešlaikinio susidėvėjimo.
Tikslus pavaros mechanizmo (actuator) kalibravimas yra lemiamas veiksnys norint išlaikyti numatytą slėgio kreivę, ypač modifikuojant kintamos geometrijos sistemas. Naudojant vakuuminius arba elektroninius aktuatorius su OEM numeriais, tokiais kaip 765155-0010, privaloma tiksliai sureguliuoti įtempimą pagal pradinį atidarymo slėgį (cracking pressure), kad būtų išvengta nepageidaujamų slėgio šuolių ir turbinos viršslėgio (overboost) sąlygų.
Diagnostikos metu būtina vertinti rotoriaus ašinį ir radialinį laisvumą (axial/radial play), kuris neturi viršyti gamintojo tolerancijos ribų. Per didelis ašinis laisvumas indikuoja traukos guolio (thrust bearing) pažeidimą, o radialinis laisvumas dažniausiai nurodo hidrodinaminių guolių nusidėvėjimą, kurį dažnai sukelia netinkama tepimo sistema arba oro įsiurbimo sistemos užterštumas.
Pažangių turbinų medžiagų parinkimas išlieka kritiniu veiksniu siekiant viršyti termines ribas, ypač pereinant nuo standartinių nikelio pagrindo superlydinių „Inconel 713C“ prie didelio gama-pirmojo (gamma-prime) fazės kiekiu pasižyminčių medžiagų arba Titano Alumidido (TiAl) intermetalikų. TiAl ratai, dažnai naudojami didelio našumo sistemose, tokiose kaip „BorgWarner EFR“ serija, pasižymi 50% tankio sumažinimu, lyginant su plienu, dramatiškai sumažindami inercijos momentą ir pagreitindami sukimosi pagreičio greitį (dω/dt) esant droselio pokyčiams. Tačiau TiAl trapumas žemesnėse temperatūrose reikalauja preciziško turbinos įleidimo temperatūros (TIT) gradiento kontroliavimo, siekiant išvengti terminio smūgio sukelto katastrofiško menčių lūžimo. Tai lemia būtinybę naudoti sudėtingus elektroninio šlako nuleidimo (EWG) algoritmus, kurie reguliuoja slėgį šaltosios eigos ciklų metu, siekiant išsaugoti menčių vientisumą. Šių lengvų medžiagų integravimas reikalauja kruopštaus rotacinio balanso, dažnai viršijančio G0.4 klasės (ISO 1940) tolerancijas, nes net nežymūs masės disbalansai sukelia per dideles radialines apkrovas, viršijančias standartinių pilnai plaukiojančių hidrodinaminių guolių slopintuvų (damping) gebėjimus.
Perėjimas prie rutulinių guolių kasečių, kaip rodo „Garrett GT2860RS“ serija (dalies numeris 739548-0001), iš esmės pakeitė tepimo tiekimo sistemų techninės priežiūros protokolus. Skirtingai nuo slankiojančių guolių sistemų, kurios remiasi hidrodinaminiu tepalo pleištu, keraminiai-hibridiniai rutulinių guolių kasetės naudoja kampinio prisilietimo konfigūracijas, kurios reikalauja tikslių klampumo ir srauto santykių, siekiant sumažinti parazitinį pasipriešinimą, kartu užtikrinant pakankamą aušinimą, kad būtų išvengta tepalo šlyties. Palaikant greitį, viršijantį 150 000 aps./min., lokalizuotas šilumos srautas guolio sąsajoje dažnai viršija įprastų sintetinių tepalų oksidacijos ribą, sukeldamas anglies nuosėdų susidarymą guolių alyvos kanalų viduje. Efektyvi techninė priežiūra turi apimti ribojančiojo (restrictor) angos skersmens patikrinimą, kuris rutulinių guolių mazguose dažnai būna 0,035 colio, siekiant sureguliuoti alyvos slėgį gamintojo nurodytame 40–45 PSI diapazone, nes per didelis slėgis sukelia tarpiklių aplenkimą ir vėlesnį alyvos patekimą į turbinos išmetamųjų dujų srautą, o tai dažnai klaidingai palaikoma vidiniu alyvos nutekėjimu.
Šiuolaikinių elektromechaninių pavarų, tokių kaip „KKK (BorgWarner) BV45“ serijos turbokompresoriuose naudojami, kalibravimas reikalauja absoliučios sinchronizacijos tarp variklio valdymo bloko (ECU) ir mentės kampo padėties jutiklio grįžtamojo ryšio. Technikai turi naudoti patentuotą diagnostinę programinę įrangą, kad atliktų „Mentės mokymosi“ (Vane Learning) ciklą, kuris kalibruoja pavaros ribinius sustabdymus matuojant elektros srovės stiprumą fizinėse kietojo stabdymo (hard-stop) padėtyse. Jei pavara (pvz., „Hella 6NW 009 550“ serija) rodo PWM (impulso pločio moduliacijos) ciklo nuokrypį, turbinos purkštuko (nozzle) plotas negalės optimalizuoti dujų patekimo kampo, todėl padidės matomas turbinos atbulinis slėgis (P3) ir lokalizuotos dūzgimo sąlygos (surge conditions). Diagnostuojant šiuos mazgus, bet koks „atidarymo slėgio“ (cracking pressure) – taško, kai pavaros stūmoklis fiziškai pradeda judėti – nukrypimas turi būti koreguojamas naudojant kalibruotus etaloninius blokus, siekiant užtikrinti, kad kintama purkštuko geometrija užtikrintų tiesinį galios tiekimą visame variklio apkrovos žemėlapyje, taip užkertant kelią ankstyvai didelio ciklo nuovargio (HCF) žalai purkštuko kreipiamųjų mentėms.