Šiuolaikinėje automobilių pramonėje, siekiant sumažinti CO2 emisijas ir kuro sąnaudas, turbokompresoriai tapo neatsiejama tiek dyzelinių, tiek benzininių variklių dalimi (ypač „downsizing“ kontekste). Tačiau tikslus jų modeliavimas 0D/1D simuliacijose reikalauja gilaus supratimo apie mechaninį naudingumo koeficientą (η_mec). Dažniausiai gamintojų pateikiami žemėlapiai nurodo bendrą turbinos efektyvumą, kuris yra izentropinio ir mechaninio efektyvumo sandauga. Norint tiksliai apskaičiuoti temperatūrą už turbinos, būtina šiuos parametrus išskirti.
Vienas didžiausių iššūkių matuojant trinties nuostolius (friction power - Pf) yra šilumos mainų eliminavimas. Eksperimento metu buvo naudojama speciali adiabatinė metodika, kurios metu alyvos vidutinė temperatūra suvienodinama su vidutine oro temperatūra kompresoriuje ir turbinoje. Tai leidžia daryti prielaidą, kad visa trinties galia išsisklaido tik alyvos sraute. Tyrimams naudoti du automobilių turbokompresoriai: vienas su kintama geometrija (VGT), kitas su slėgio reguliavimo vožtuvu (wastegate).
Trinties nuostolių charakterizavimui buvo išbandytos trys alyvos gradacijos: 0W30, 10W40 ir 10W60. Klamps dinamikai apskaičiuoti naudota Vogel lygtis. Eksperimentų rezultatai parodė įdomią tendenciją: trinties galia beveik nepriklauso nuo alyvos rūšies, nes guoliuose alyva įkaista tiek, kad jos darbinė klampa tampa panaši visais atvejais. Svarbesnis veiksnys yra alyvos padavimo slėgis. Esant mažoms sūkių klasėms, slėgis įtakos neturi, tačiau prie didelių sūkių (virš 150 000 rpm), padidintas alyvos slėgis reikšmingai padidina trinties nuostolius dėl išaugusio alyvos srauto.
Dauguma simuliacijos kodų klaidingai daro prielaidą, kad mechaninis efektyvumas yra pastovus. Eksperimentai rodo, kad mažų sūkių diapazone, būdingame NEDC arba RDE urbanistinėms dalims, trinties nuostoliai gali būti lygūs kompresoriaus sunaudojamai galiai. Tai kritiškai veikia turbinos išmetimo temperatūrą ir vėlesnį after-treatment sistemų (katalizatorių, DPF) sušilimo (light-off) modeliavimą. Inercijos momento matavimai (coast down time) patvirtino, kad trinties galia auga tiesiškai didėjant TC sūkiams iki tam tikros ribos, vėliau priklausydama nuo alyvos debito.
Svarbu atkreipti dėmesį į radialinio ir ašinio laisvumo (angl. *axial/radial play*) įtaką mechaninei trinčiai. Pavyzdžiui, turbokompresorių, tokių kaip *Garrett GTB1749VK*, guolių sistemos reikalauja ypač tikslių mikroninių tarpų, kurie užtikrina hidrodinaminę alyvos plėvelę. Jei šie tarpai viršija gamintojo specifikacijas dėl natūralaus susidėvėjimo, trinties nuostoliai neprognozuojamai išauga, o tai sukelia rotoriaus vibracijas ir spartų guolių korpuso (angl. *bearing housing*) dilimą.
Alyvos koksavimosi (angl. *oil coking*) procesas yra kritinis veiksnys, veikiantis mechaninį naudingumą ilgalaikėje perspektyvoje. Dažnai pastebima, kad netinkamai kalibruoti kintamos geometrijos turbinos (VGT) pavaros mechanizmai, tokie kaip *Hella* elektroniniai aktuatoriai (pvz., kodas 6NW009420), sukelia netolygų turbinos darbo režimą. Dėl striginėjančių mentelių mechanizmo išauga išmetamųjų dujų priešslėgis, todėl guolių sistema patiria papildomas radialines apkrovas, didinančias parazitinę trintį.
Tikslus pavaros mechanizmo (angl. *actuator calibration*) suderinimas yra būtinas norint optimizuoti turbinos našumą esant žemiems sūkiams. Naudojant diagnostinę įrangą, pavyzdžiui, *VNTT-PRO*, galima tiksliai nustatyti turbinos mentelių padėtį ir užtikrinti, kad slėgio reguliavimas atitiktų variklio valdymo bloko (ECU) žemėlapius. Tinkamai sukalibruotas aktuatorius sumažina vėlavimą (angl. *turbo lag*) ir stabilizuoja mechaninę apkrovą, neleisdamas susidaryti bereikalingiems trinties nuostoliams dėl per didelio srauto turbinos korpuse.
Perėjimas nuo pastoviosios būsenos veikimo prie didelio tranzientinio poreikio atskleidžia kritinius tradicinių hidrodinaminių guolių sistemų, ypač „Garrett GT25/GT28“ serijos įrenginiuose esančių plūdriųjų žiedinių slankiamųjų guolių, apribojimus. Be paprastų klampumo modelių, turime atsižvelgti į nelinearinę rotorinio disbalanso ir alyvos plėvelės slopinamųjų koeficientų sąsają. Esant greičiui, viršijančiam 180 000 aps./min., reiškiniai „oil whirl“ (alyvos sukibimas) ir „oil whip“ (alyvos svyravimas) sukelia antrines osciliacijas, kurios vartoja didelę galią dėl per didelio šlyties įtempio tepalo plėvelėje. Kai atsiranda šios dinaminės nestabilumo apraiškos, energijos išsklaidymas nebėra grynai linijinis, o tampa sudėtinga funkcija, priklausančia nuo suspaudimo plėvelės slopinimo efekto, kuris drastiškai kinta priklausomai nuo specifinės alyvos tiekimo galerijų geometrijos ir hidrodinaminio slėgio pasiskirstymo per visą 360 laipsnių plūdriąjį žiedą. Radialinio tarpelio tikslus valdymas – kuris šiems konkretiems modeliams paprastai palaikomas nuo 0,015 mm iki 0,025 mm – yra nepaprastai svarbus, nes bet koks nuokrypis keičia Sommerfeldo skaičių, tiesiogiai darydamas įtaką trinties momentui ir rotoriaus gebėjimui išlaikyti centrinę padėtį korpuse.
Atraminio guolio konfigūracija, ypač „Mitsubishi TD04“ šeimos naudojamas dizainas, didelio slėgio sąlygimis veikia kaip pagrindinis mechaninių nuostolių arbitras. Skirtingai nuo radialinių slankiamųjų guolių, atraminis guolis susiduria su dideliais iššūkiais dėl ašinio jėgos vektoriaus, atsirandančio dėl slėgio skirtumo tarp kompresoriaus ir turbinos ratų. Agresyviai keičiant VGT (kintamo geometrijos turbokompresoriaus) padėtį, ašinė apkrova gali staiga padidėti, perkeliant alyvos plėvelę iš stabilios hidrodinaminės būsenos į mišriosios tepimo būseną, kai atsiranda sąlytis tarp atraminio apykaklės ir guolio trinkelių šiurkščių paviršių. Šis perėjimas sukelia eksponentinį trinties galios padidėjimą, kuris dažnai nuvertinamas standartinėse 1D modeliavimo priemonėse. Įdiegus specializuotas bandymų stendo strategijas, tokias kaip alyvos grąžinimo linijos temperatūros skirtumo (ΔT) stebėjimas esant tam tikriems ašinės apkrovos intervalams, mes galime empiriniu būdu nustatyti tikrąjį trinties koeficientą, būdingą specifinėms trinkelių geometrijoms, tokioms kaip kūginės arba pasukamosios trinkelės, kurios specialiai suprojektuotos sumažinti parazitinį pasipriešinimą didelės apkrovos fazių metu, būdingų RDE (greito degimo variklio) ciklams.
Komponentų degradacija, ypač alyvos karbonizacija guolio korpuse, žymiai keičia viso mazgo terminės ribinės sąlygos, todėl pastebimas „guolio pasipriešinimo didėjimas“. „Holset HE351VE“ tipo įrenginiuose vidinės alyvos galerijos yra jautrios lakavimui dėl aukštų išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) temperatūrų; šis nuosėdų susidarymas sumažina efektyvų alyvos srauto skerspjūvio plotą, taip guolio sąsają „badindamas“ būtinu aušinimo masės srautu. Šis badinimas sukelia grįžtamąjį ryšį, kai sumažintas šilumos išsklaidymas lemia lokalų alyvos temperatūros padidėjimą, toliau ploninant tepalą ir mažinant jo apkrovos palaikymo pajėgumą. Gedimo analizės metu atraminio guolio paviršiaus tikrinimas dėl „nukrypimo žymių“ ar metalinio stiklinimo įrodymų suteikia baudžiamąją analizės schemą trumpalaikiams alyvos badinimo atvejams. Todėl šiuolaikinės turbokompresorių techninės priežiūros protokolai turi pabrėžti pilnai sintetinio PAO (polialfaolefino) pagrindo tepalų, turinčių didelį terminio oksidacinio stabilumo, naudojimą siekiant išsaugoti hidrodinaminio pleišto vientisumą ir išvengti negrįžtamo mechaninio efektyvumo praradimo, susijusio su paviršiaus nusidėvėjimu ir suodžių kaupimusi.