涡轮增压器和柴油机匹配时，由于活塞式发动机和叶片式增压器的气体流通特性不同，它们只能在一定工作范围内有最佳的匹配特性，而车用发动机负载和转速变化频繁，在整个工作范围内，
但当发动机在低转速工作时，压气机提供的增压空气的压力降低，发动机进气量减少，空燃比失调，使发动机排放情况恶化，输出转矩降低。
因此，发动机必须采取措施增大发动机在低速时的进气量，即便增压器的匹配点选在低速工况以获得最大转矩，但发动机在高速时也应采取措施防止增压器超速，为此我们开始研究有哪些技术可以满足以上需求。
首先，涡轮增压器在低转速时增压效果不明显，发动机扭力输出要比同等排量的自然吸气式发动机还要弱；机械增压发动机尽管高转速时功率输出有限，但有助于低转速时的扭力输出，两者结合起来很好地解决了涡轮增压发动机在低速时增压不足的问题。
但是复合增压结构较为复杂，同时机械增压装置仍会消耗部分发动机的功，相比技术的实现，需要占用较多的空间。
2005年，大众开始将这套技术应用到量产的民用车型高尔夫1.4TSI上，这套系统被称作“双增压”，兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。
在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1500r/min时，两个增压器同时提供增压压力，其总增压值达到0.25MPa（如果涡轮增压器单独工作，只能产生0.13MPa的增压压力）。
随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。
机械增压通过电磁离合器控制，在转速超过3500r/min时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率。
发动机在低速运转的情况下或在过渡工况下，可以采用电辅助增压的方式，来提高增压发动机的低速扭矩性能，电辅助增压器的电源可以是蓄电池或交流发电机。
图1是美国底特律柴油机厂研究用的电辅助涡轮增压系统，在低速时该系统用电池组为增压器提供动力，发动机在高速工况工作时，发动机的废气量增加，辅助电机可利用增压器产生的部分动力，变为发电机为蓄电池供电。
图2是多种涡轮增压方式低速扭矩性能比较图，由图2可见：电辅助增压技术可以显著地提高涡轮增压发动机的低速扭矩。
与大涡轮相比，小涡轮的转动惯量小，动态响应特性好，具有更好的加速性能，能够获得较好的低速扭矩性能。
图3表明与安装大涡轮增压器的内燃机相比，安装小涡轮增压器的内燃机低速扭矩特性较好，增压空气压力、扭矩、平均有效功率都较高，而燃油消耗率有所下降。
也正是由于高速小型涡轮增压器，在加速性和低速性能方面的突出优点，它在车用内燃机特别是在汽油机上得到广泛应用，在V型多缸内燃机上也优先采用两个小型增压器代替一个大增压器。
利用新的涡轮制造材料，减轻涡轮质量是减小涡轮增压器的转动惯量，提高其低速扭矩的一条措施，铝钛合金作为一种新型的高温材料，密度小（约3.7~3．9g/cm3，只有镍基高温合金7.8~8.3g/从m的1/2左右），高温强度及抗氧化性好，用于涡轮增压器可以大幅降低其转动惯量，提高其动态响应性，提高涡轮增压发动机低速扭矩。
MHI公司开发出了运用铝钛合金涡轮制造技术的TD05涡轮增压器，同以镍基高温合金为制造材料的涡轮增压器相比其响应性得到较大的提高，在达到要求0.05MPa的增压下，响应时间减少了0.2s。
同时其耐温性、可靠性也得到了不同程度的提高，然而铝钛涡轮只是传统耐热金属涡轮和陶瓷涡轮的一个过渡阶段，由于陶瓷材料重量轻、耐热性好，陶瓷材料是制造涡轮的一个良好的选择。
日本NTK公司制成的陶瓷涡轮增压器转子，质量比原先的镍基耐热金属轻40%，转动惯量减小35%，加速时间缩短36%，低速扭矩特性也得到较大的提高。
为解决涡轮增压发动机低速扭矩不足的问题，Borgwarner公司为轿车和载货车用发动机开发了两级可调涡轮增压系统，由一台大的低压废气涡轮增压器和一台小的高压废气涡轮增压器串联组成。
其中高压级涡轮增压器采取了带放气阀的涡轮增压技术，对于约1500r/min以下低转速来说，几乎全靠高压涡轮产生增压压力，此时放气阀几乎完全关闭，在中等转速两个增压器串联起来工作。
一旦达到增压压力，一部分废气就可以通过放气阀绕过高压涡轮，与典型的载货车用两级可调增压系统不同，轿车用增压系统还在低压级增压器上安装一个放气阀。
2004年BMW公司在世界轿车柴油机领域，首次把运用该原理的涡轮增压系统应用在其的530d系列3.0L直列6缸共轨式直喷柴油机上，将发动机的比功率提高到67KW/L。
图4为该发动机双级串联式涡轮增压原理图，相对较小的高压级涡轮增压器确保尽快建立瞬时急需的增压压。