Как турбодвигатели повышают эффективность, если у них более низкая степень сжатия, чем у атмосферных двигателей?

Я думаю, что основная проблема заключается в том, что турбокомпрессор приводится в действие ... тепловой энергией выхлопных газов. Используйте любую часть тепла, которое уходит через выхлопные газы, и вы увидите повышение эффективности.

Для справки: на следующем рисунке показаны типичные потери в ДВС:

33 % потерь приходится на выхлопные газы. Поскольку турбокомпрессор использует тепло выхлопных газов для питания турбины, его использование повышает эффективность.

Что касается степени сжатия и её влияния на выходную мощность и тепловой КПД, то, как правило, считается, что увеличение степени статической сжатия на 1 единицу приводит к увеличению мощности примерно на 3 %. Верно и обратное (т. е. уменьшение степени сжатия приводит к снижению выходной мощности). Причина, по которой большинство двигателей с турбонаддувом имеют пониженную степень сжатия, заключается в том, что это помогает предотвратить преждевременную детонацию, стук или калильное зажигание. Хотя уменьшение степени сжатия также снижает мощность, более низкая степень сжатия позволяет увеличить количество воздуха и топлива, тем самым повышая выходную мощность. В целом, на каждую атмосферу воздуха, которую вы нагнетаете в двигатель, вы получаете 100 % дополнительной мощности (то есть при давлении 14,7 фунта на квадратный дюйм [или 1 бар] в двигателе, который без наддува выдавал 300 л. с., теоретически будет 600 л. с.). Хотя эта цифра не является в точности верной (у вас есть некоторые механические и другие потери), вы можете использовать её, чтобы получить приблизительное представление о мощности двигателя при наддуве. И да, чтобы это произошло, вам придётся использовать больше топлива. Суть в том, что использование тепла выхлопных газов для вращения турбины повышает эффективность.

Я думаю, это связано с чем-то, что не учитывается в идеальной модели.

Идеальная модель учитывает только термодинамику, а не реальные эффекты, такие как трение или потери при перекачке.

Турбодвигатель того же объёма вырабатывает больше энергии, поэтому двигатель той же мощности будет меньше. Это означает меньшее трение и потери при перекачке, поскольку двигатель работает с более открытой дроссельной заслонкой.

Обратите внимание, что при использовании CR 13 тепловой КПД составляет около 63 %, согласно вашей таблице. Ни один реальный автомобильный бензиновый двигатель не обладает такой эффективностью. Самые эффективные гибридные двигатели Toyota имеют максимальный тепловой КПД 41 %.

Это происходит из-за трения, которое не учитывается в вашей идеальной модели.

Тепловой КПД крупных судовых двигателей производства Wärtsilä достигает 50 %. Например, Wärtsilä RTA96-C оснащен турбонаддувом, но это двухтактный дизельный двигатель, который вращается гораздо медленнее, чем автомобильные двигатели.