Esistono due modi principali per ottenere più potenza dal motore di un'auto. Il primo (e fino a poco tempo il più diffuso) è aumentare la cilindrata del motore. Il secondo è aumentare la quantità di miscela aria/carburante che entra nel cilindro.
In genere, più miscela carburante/aria entra nei cilindri, più potenza produrrà il motore. Quindi parte della soluzione è mettere a punto carburatore, testata e collettori per consentire al motore di "respirare" più liberamente, ma ci sono limiti alla quantità di potenza che può essere estratta da un motore con questi mezzi mantenendo allo stesso tempo l'affidabilità e la flessibilità del motore .
Un modo alternativo per far entrare più miscela carburante/aria nei cilindri è con un turbocompressore.
Un turbocompressore è fondamentalmente una pompa azionata dai gas di scarico che escono dal collettore di scarico. L'unità è costituita da una ruota con pale - la turbina - che si inserisce all'interno di un alloggiamento nel sistema di scarico. Da questa turbina un albero di trasmissione centrale corto corre verso una ruota a palette simile chiamata compressore che alimenta la presa d'aria del motore.
dal motore, fanno girare la turbina, che a sua volta fa girare l'albero di trasmissione per far girare il compressore. Quindi, quando il motore è in funzione, i gas di scarico azionano la turbina che fa sì che il compressore pompa aria nel motore.
Una quantità fissa di carburante viene aspirata automaticamente con l'aria se il motore è dotato di carburatore. Se il motore è dotato di iniezione, la centralina computerizzata è programmata per adattarsi alle pressioni di sovralimentazione.
Più veloce è il motore in funzione, o maggiore è l'apertura dell'acceleratore o entrambe, più velocemente girerà il turbocompressore. Più velocemente gira il turbo, maggiore è la pressione o la spinta che si sviluppa e più aria forza nel motore per creare più potenza.
Motore al minimo
Turboboost 
Overboost 
Sebbene il turbo sia progettato per pressurizzare la miscela che entra nel motore, una pressione eccessiva sarebbe pericolosa perché può portare a 'battiti' (preaccensione) e sovraccaricare i componenti interni del motore. Pertanto la massima pressione di sovralimentazione che il turbocompressore può produrre deve essere limitata da una valvola denominata wastegate.
Il wastegate è una valvola di sfogo, situata nel turbocompressore, che si apre per consentire ad alcuni dei gas di scarico di bypassare la turbina e fluire direttamente nel sistema di scarico. Se la pressione di sovralimentazione diventa troppo alta, il wastegate viene attivato da un attuatore sensibile alla pressione che rileva la pressione prodotta dal compressore.
La compressione dell'aria causa problemi di per sé. Quando l'aria è compressa si riscalda, il che tende a farla espandere. Poiché lo scopo del turbo è quello di far entrare quanta più miscela carburante/aria possibile nel cilindro, questa aria calda deve essere raffreddata.
Per fare questo, la maggior parte delle auto turbo sono dotate di un intercooler. Sembra un piccolo radiatore e raffredda l'aria compressa che esce dal turbocompressore. Quando l'aria si raffredda, il suo volume si riduce, quindi la quantità di miscela aria/carburante alimentata al motore, e quindi la potenza erogata, aumenta.
L'unità turbo è collegata al sistema di scarico il più vicino possibile al motore. Questo aiuta a mantenerlo compatto e aiuta anche a prevenire il turbo lag. Se ci fosse un lungo tubo di scarico tra il motore e il turbo, ci sarebbe un ritardo tra la pressione dell'acceleratore, l'aumento del regime del motore e l'accelerazione del turbo. L'effetto sarebbe come avere un cavo dell'acceleratore elastico.
Pertanto, il turbo è spesso imbullonato direttamente al collettore di scarico. L'uscita di scarico si trova al centro dell'alloggiamento della turbina e conduce al tubo di scarico.
Sul lato di ingresso, l'aria pressurizzata esce dall'alloggiamento del compressore tramite un tubo di grosso diametro. Questo passa attraverso l'intercooler (se presente) e poi verso il collettore di aspirazione, o occasionalmente nella camera del plenum, dove il carburante viene aggiunto per iniezione prima che l'aria entri nel motore.
Le alte velocità alle quali la turbina può girare creano problemi di lubrificazione e raffreddamento. In alcuni turbocompressori la turbina può girare fino a 200.000 giri/min e le parti più calde del turbo saranno pari o vicine alla temperatura del gas di scarico di circa 900°C.
La maggior parte delle unità turbo hanno il cuscinetto dell'albero di trasmissione centrale alimentato con l'olio del motore. Il sistema di lubrificazione del turbocompressore è appositamente progettato per far fronte alle alte temperature.
Il tubo di scarico dell'olio è di grande diametro per garantire che l'olio, che sviluppa una consistenza cremosa dopo essere passato attraverso il turbocompressore, defluisca nella coppa per gravità. Se ci fosse un flusso limitato in questo tubo, provocherebbe un accumulo di pressione attorno al cuscinetto nell'alloggiamento centrale che provocherebbe perdite d'olio sul turbocompressore.
Alcuni turbo hanno un cuscinetto centrale raffreddato ad acqua per ridurre ulteriormente il calore. Il vantaggio è che, poiché l'acqua viene ancora riscaldata dal motore, continua a circolare e sottrae calore al cuscinetto per alcuni minuti dopo che il motore è stato fermato.
Le prime critiche ai motori turbo sono state le loro scarse prestazioni in fase di off-boost, quando il motore non girava abbastanza velocemente per far girare rapidamente la turbina, e il tempo impiegato dal turbocompressore per iniziare a potenziare una volta premuto l'acceleratore.
Le scarse prestazioni off-boost erano dovute al fatto che i motori turbo stradali di solito non hanno un rapporto di compressione molto alto. Forzare molta pressione nei cilindri equivale ad aumentare il rapporto di compressione quindi, se il motore si avviasse con un'elevata compressione, a un aumento elevato le pressioni all'interno del motore potrebbero favorire problemi di detonazione, o 'colpi', con conseguenti gravi danni al motore.
A titolo indicativo, ogni tre libbre di boost equivalgono ad aumentare il rapporto di compressione di un fattore uno. Quindi, se un motore con un rapporto di compressione di 8:1 avesse un turbo in grado di fornire nove libbre di spinta, il rapporto di compressione effettivo sarebbe di circa 11:1. Un'auto familiare media ha un rapporto di compressione di 9:1.
La risposta è un migliore controllo del motore e del turbo:quasi tutti i sistemi turbo utilizzano ora una qualche forma di gestione del motore che si occupa dell'accensione elettronica e dei sistemi di iniezione del carburante, ritardando leggermente l'accensione se il motore inizia a battere. APC di Saab (automatico
Performance Control) fa un ulteriore passo avanti. Non solo riduce la pressione di sovralimentazione a un livello di sicurezza, ma consente anche di far funzionare il motore con qualsiasi tipo di carburante perché il sistema di gestione compensa automaticamente, anche se si ottengono le migliori prestazioni solo con il grado più alto.
I primi motori turbo subivano un ritardo del turbo, in parte a causa di una cattiva gestione del motore e in parte perché la mancanza di unità turbo adeguate spesso significava che i motori e i turbo non erano idealmente abbinati tra loro:un grande turboon un piccolo motore daranno una buona potenza di fascia alta ma mancheranno flessibilità. Lagis è quasi inevitabile perché un piccolo motore richiederebbe tempo per "fare girare" una grande unità turbo. Un piccolo turbo su un grande motore offre una buona potenza ai medi regimi con un ritardo minimo o nullo, ma la potenza massima è compromessa.
Questi problemi sono stati ridotti al minimo da una migliore corrispondenza delle dimensioni del turbo e del motore e dall'utilizzo di materiali più leggeri come la ceramica e nuovi design come ugelli a flusso variabile (vedi retro).
L'ovvio vantaggio di un motore turbo è quello di una maggiore prestazione unita all'economia:un motore da due litri turbo offre prestazioni simili a un motore da tre litri non turbo, senza consumare molto più carburante di un motore da due litri.
Spesso è più semplice per un produttore sovralimentare un motore esistente che progettarne e svilupparne uno nuovo e più grande. L'aggiunta di un turbo a un motore di solito non aumenta significativamente il consumo di carburante a meno che le prestazioni migliorate non vengano sfruttate appieno.
