Большинство современных двигателей снабжаются системами турбонаддува для повышения мощности и эффективности при сравнительно небольшом увеличении габаритов, веса и стоимости. Эффективность системы повышается при установке после компрессора охладителя продувочного воздуха. (рис. ниже). Охлаждение при постоянном давлении повышает плотность воздуха перед его подачей в цилиндр для сжатия. Таким образом, увеличивается масса заряда свежего воздуха в каждом цикле и соответственно может быть повышено количество впрыскиваемого топлива, что приводит к увеличению цилиндровой мощности и термического КПД двигателя.

Выхлопные газы из цилиндра направляются в газовую турбину, где они отдают часть своей тепловой энергии. Турбина насажена на общий вал с воздушным компрессором, который засасывает атмосферный воздух, сжимает его и подает через воздухоохладитель к продувочным окнам цилиндра двигателя.

Турбонагнетатель свободного типа на всех режимах работы двигателя должен обеспечивать потребное количество воздуха и устойчивую работу компрессора за счет энергии выхлопных газов. Каждый газотурбонагнетатель должен быть «подогнан» к определенному двигателю и соответствие их рабочих характеристик должно сохраняться при изменении нагрузки и числа оборотов. Если двигатель снабжен двумя и более турбокомпрессорами, включенными параллельно, все они должны быть согласованы между собой. Настроенная система может стать неустойчивой при повреждении или рассогласовании ее элементов.

Системы турбонаддува могут конструироваться для работы в импульсном режиме или при постоянном давлении газов на входе.