شاحن مزدوج

في الترتيب التسلسلي، وهو الترتيب الأكثر شيوعًا للشواحن المزدوجة، يُضبط خرج أحد الضواغط ليغذي مدخل الآخر. ويتصل الشاحن الفائق بشاحن توربيني متوسط ​​إلى كبير الحجم. يوفر الشاحن الفائق ضغطًا فوريًا تقريبًا في مشعب السحب (مما يلغي تأخر التوربو ، الذي قد يحدث عندما لا يصل الشاحن التوربيني إلى سرعة تشغيله). بمجرد أن يصل الشاحن التوربيني إلى سرعة التشغيل، يمكن للشاحن الفائق إما مواصلة ضخ الهواء المضغوط إلى مدخل الشاحن التوربيني (مما يؤدي إلى زيادة ضغط السحب)، أو يمكن تجاوزه و/أو فصله ميكانيكيًا عن نظام نقل الحركة عبر قابض كهرومغناطيسي وصمام جانبي، مما يزيد من كفاءة السحب.

توجد تكوينات أخرى متسلسلة لا تستخدم نظام تجاوز، حيث يعمل كلا الضاغطين بشكل مستمر. ونتيجة لذلك، يتم إنتاج ضغط معزز مُضاعف دائمًا، حيث تُضرب نسب ضغط الضاغطين، لا تُجمع. بعبارة أخرى، إذا قام شاحن توربيني يُنتج 10 رطل لكل بوصة مربعة (0.7 بار) بتغذية شاحن فائق يُنتج 10 رطل لكل بوصة مربعة (0.7 بار) بمفرده، فسيكون ضغط مشعب السحب الناتج 27 رطل لكل بوصة مربعة (1.9 بار) بدلاً من 20 رطل لكل بوصة مربعة (1.4 بار) . يتيح هذا النوع من الشحن المزدوج المتسلسل إنتاج ضغوط معززة قد تكون غير فعالة أو غير قابلة للتحقيق مع ترتيبات الضواغط الأخرى.      

مع ذلك، لا تتضاعف كفاءة الشاحن التوربيني والشاحن الفائق. على سبيل المثال، إذا غذّى شاحن توربيني بكفاءة 70% شاحنًا فائقًا من نوع روتس بكفاءة 60%، فإن كفاءة الضغط الكلية ستكون بين هاتين القيمتين. لحساب هذه الكفاءة، من الضروري حساب كفاءة المرحلتين، وذلك بحساب ظروف الضغط ودرجة الحرارة عند مخرج المرحلة الأولى، ثم الانطلاق منها لحساب كفاءة المرحلة الثانية. بالعودة إلى المثال السابق، بالنسبة للمرحلة الأولى من الشاحن التوربيني بكفاءة 70%، ستصل درجة الحرارة إلى 88.5 درجة مئوية (191.3 درجة فهرنهايت) بعد المرحلة الأولى، ثم يدخل الشاحن الفائق بكفاءة 60% ويخرج عند درجة حرارة 186.5 درجة مئوية (367.7 درجة فهرنهايت) ، مما ينتج عنه كفاءة كلية تبلغ 62%. ينتج شاحن توربيني كبير ضغطًا مقداره 27 رطلًا لكل بوصة مربعة (1.9 بار) بكفاءة حرارية تبلغ حوالي 70%، مما ينتج هواءً بدرجة حرارة 166 درجة مئوية (331 درجة فهرنهايت) فقط . علاوة على ذلك، فإن تكلفة الطاقة اللازمة لضغط الهواء باستخدام شاحن فائق أعلى من تكلفتها باستخدام شاحن توربيني؛ فإذا لم يكن الشاحن الفائق يضغط الهواء، يتبقى فقد ضئيل للطاقة ناتج عن دوران أجزائه العاملة. ويمكن التخلص من هذا الفقد المتبقي بفصل الشاحن الفائق باستخدام قابض كهرومغناطيسي (مثل المستخدم في محرك فولكس فاجن 1.4TSI أو تويوتا 4A-GZE لتجاوز الشاحن الفائق في ظروف الأحمال المنخفضة).        

في نظام الشحن المزدوج المتسلسل، يمكن استخدام شاحن توربيني من نوع ذي محامل انزلاقية أقل تكلفة وأكثر متانة ، ويتم تعويض التضحية باستجابة التعزيز بشكل كامل بفضل التشغيل الفوري للشواحن الفائقة ذات الإزاحة الموجبة. وبينما يظل وزن وتكلفة مجموعة الشاحن الفائق عاملاً مهماً، يتم تقليل عدم كفاءة الشاحن الفائق إلى أدنى حد بمجرد وصول الشاحن التوربيني إلى سرعة التشغيل وفصل الشاحن الفائق فعلياً بواسطة صمام التجاوز.

تتطلب الترتيبات المتوازية عادةً استخدام صمام تحويل أو صمام تجاوز للسماح لأحد الضاغطين أو كليهما بتغذية المحرك على النحو الأمثل. في حال عدم استخدام أي صمام، وتوجيه كلا الضاغطين مباشرةً إلى مشعب السحب، فإن الشاحن الفائق سيدفع الهواء عكسيًا عبر ضاغط الشاحن التوربيني بدلًا من ضغط مشعب السحب، لأن هذا المسار سيكون الأقل مقاومة. لذا، يجب استخدام صمام تحويل لتفريغ هواء الشاحن التوربيني حتى يتم الوصول إلى ضغط مشعب السحب المناسب.

تعمل أنظمة منع تأخر الإشعال بإحدى طريقتين: إما عن طريق تشغيل المحرك بنسبة وقود إلى هواء عالية جدًا وضخ الهواء إلى العادم لإشعال الوقود غير المحترق في مشعب العادم، أو عن طريق تأخير توقيت الإشعال بشكل كبير لاستمرار الاحتراق حتى بعد فتح صمام العادم. تتضمن كلتا الطريقتين احتراقًا في مشعب العادم للحفاظ على دوران الشاحن التوربيني، وتؤدي الحرارة الناتجة عن ذلك إلى تقصير عمر التوربين بشكل كبير. لذلك، على الرغم من تعقيد نظام الشحن المزدوج، فإن أكبر ميزة له مقارنةً بأنظمة منع تأخر الإشعال في سيارات السباق هي الموثوقية.

يُحسّن الشاحن التوربيني ذو الهندسة المتغيرة استجابة المحرك عند سرعاته المختلفة. وبفضل التحكم الإلكتروني في زاوية السقوط ، يُمكن للتوربين الوصول إلى سرعة تشغيل مثالية بسرعة أو عند سرعات منخفضة للمحرك دون التأثير سلبًا على كفاءته عند السرعات العالية.

يستخدم تصميم الشاحن التوربيني ثنائي التمرير حجرتين منفصلتين لتحسين استغلال الطاقة من نبضات غاز العادم المتناوبة. وقد تختلف أحجام فوهات الحجرتين لتحقيق توازن أفضل بين استجابة المحرك عند السرعات المنخفضة وقوة الخرج عند السرعات العالية.

تستخدم أنظمة الشاحن التوربيني المتسلسل شواحن توربينية بأحجام مختلفة لتقليل تأخر التوربو دون المساس بأقصى قوة تعزيز وقوة المحرك.

يُخلط أكسيد النيتروز (N₂O _{) مع الهواء الداخل، ليعمل} كعامل مؤكسد لحرق المزيد من الوقود وتوفير طاقة إضافية عندما لا يدور الشاحن التوربيني بسرعة عالية. ينتج عن ذلك أيضًا المزيد من غازات العادم، مما يُسرّع وصول الشاحن التوربيني إلى سرعة التشغيل، وبالتالي توفير المزيد من الأكسجين للاحتراق، ويتم تقليل تدفق N₂O _تبعًا لذلك. قد تكون تكلفة النظام نفسه وتكلفة N₂O المستهلك _{كبيرة .}

لزيادة قوة المحرك، ولتعزيز الفوائد الأخرى للشحن القسري، يمكن إضافة نظام حقن الماء ما بعد البيع إلى نظام السحب لكل من محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين والديزل.