سیستم استارت

وظیفه – انواع – اجزا

اینکه به‌راحتی در خودرو نشسته‌اید و با چرخاندن یک کلید یا فشار دادن یک دکمه موتور خودرو روشن می‌شود را مرهون سیستم استارت خودرو هستیم در این مقاله با وظیفه سیستم استارت خودرو و اجزا مختلف آن آشنا می‌شوید و در مقاله‌های بعدی نحوه عملکرد مدار و روش رفع عیب سیستم استارت بررسی خواهد شد.

وظیفه استارت خودرو

همانطور که در مقدمه به‌ نوعی اشاره شد وظیفه سیستم استارت، راه‌اندازی اولیه و روشن‌کردن موتور احتراقی خودرو است. به عبارت دقیق‌تر، موتور استارت وظیفه تأمین حداقل دور و گشتاور لازم برای روشن شدن موتور احتراقی را بر عهده دارد. شکل 1 این وظایف را به‌صورت گرافیکی نشان می‌دهد.

شکل 1- وظایف سیستم استارت

توجه شود هر دو بخش وظیفه باید انجام شود. دور بدون گشتاور و گشتاور بدون دور لازم توانایی روشن‌کردن موتور خودرو را ندارد. حداقل دور موتور لازم در خودروهای سواری امروزی حدود 50 الی 150 دور در دقیقه است و حداقل گشتاور آن متناسب با حجم موتور متفاوت است.

جالب است بدانید خودروهای اولیه با استفاده از هندل دستی، موتور خودرو را روشن می‌کردند. شکل 2 نمونه‌ای از این خودروها و ابراز هندل دستی (که مشابه هندل پایی در بسیاری از موتورسیکلت‌های امروزی است) را نشان می‌دهد.

شکل 2- دو نمونه هندل دستی

لازم به ذکر است برخی خودروها تا دهه 1960 نیز از این هندل‌ها به‌عنوان سیستم کمکی استارت در شرایط اضطراری استفاده می‌کردند.

اجزا اصلی استارت خودرو

به‌صورت کلی سیستم استارت از چند بخش تشکیل می‌شود. شکل 3 اجزا عمومی سیستم استارت را نشان می‌دهد.

شکل 3- معرفی اجزا عمومی سیستم استارت

عضو اصلی در این سیستم مجموعه استارت است. برای ارسال برق به این واحد ضروری است مدار الکتریکی شامل کلید و سیم‌کشی برای آن فراهم شود برخی سیستم‌های استارت دارای تجهیزات جانبی مانند انواع رله‌های راه‌انداز یا قطع کن، کنترل یونیت‌های مختلف را نیز شامل شود. شکل 4 به‌صورت بسیار ساده اجزا مدار استارت را نشان می‌دهد.

1-باتری 2- مجموعه استارت 3- سوئیچ
شکل 4- سیستم استارت و سیم‌کشی آن

در ادامه به ترتیب اجزا سیستم استارت تشریح خواهد شد.

مجموعه استارت

اصلی‌ترین بخش سیستم استارت، مجموعه استارت است. شکل 5 این مجموعه را نشان می‌دهد. وظیفه این مجموعه ایجاد گشتاور و دور لازم و انتقال آن به موتور خودرو است که در انجام این وظیفه تجهیزات جانبی و سیم‌کشی نیز به آن کمک می‌کنند.

شکل 5- نمونه از مجموعه استارت

همانطور که در شکل 5 ملاحظه می‌شود، تقریباً در تمامی خودروهای متداول شکل و فرم استارت تفاوت زیادی با یکدیگر ندارند. برای سهولت درک عملکرد مجموعه استارت را می‌توان به چند زیر سیستم نیز تقسیم‌بندی کرد. (شکل 6)

1-موتور استارت 2- اتوماتیک استارت 3- مکانیزم انتقال گشتاور
شکل 6- اجزا مختلف مجموعه استارت

1- موتور استارت

موتور استارت در واقع یک موتور الکتریکی DC است که با دریافت جریان برق گشتاور و دور لازم برای روشن شدن موتور احتراق داخلی را ایجاد می‌کند. نحوه عملکرد موتورهای DC در یک مقاله به‌صورت مجزا تشریح خواهد شد.
شکل 7 این بخش از مجموعه استارت را نشان می‌دهد.

شکل 7- موتور استارت

توان موتور استارت در خودروهای سواری حدوداً 600 الی 2400 وات است و مانند هر موتور الکتریکی از اجزایی مانند: آرمیچر، آهنربا (دایم یا الکتریکی)، زغال و جا ذغالی تشکیل شده است که در داخل بدنه استارت قرار گرفته است. شکل 8 این اجزا را نشان می‌دهد.

1-بدنه 2- آرمیچر 3- سیم‌پیچ 4- زغال و جا زغال
شکل 8- اجزا عمومی موتور استارت

به روش‌های مختلف می‌توان موتور استارت را دسته‌بندی کرد. نمودار شکل 9 این روش‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 9- انواع روش‌های دسته‌بندی موتور استارت

برای تشخیص اینکه استارت از نوع موتور با آهنربا دائم و یا موتور الکتریکی است باید موتور باز شود و اجزا داخلی آن بررسی شود. شکل 10 تفاوت‌های این دور موتور را نشان می‌دهد.

A: پوسته موتور با آهنربا دائم B: پوسته موتور با آهنربا الکتریکی
1-آهنربا دایم 2- هسته آهنی (کفشک) 3- سیم‌پیچ (بالشتک)
شکل 10 – تفاوت موتور استارت از نظر نوع آهنربا

تعداد آهنرباهای روی پوسته استارت معمولاً 4 یا 6 عدد است. نوع 6 عددی از نوع آهنربا دائم است و نوع 4 عددی هم می‌تواند از نوع آهنربا الکتریکی و هم از نوع آهنربا دایم باشد. استارت با کمتر از 4 آهنربا روی پوسته وجود ندارد.
آرمیچر: یکی از اجزا موتور استارت، آرمیچر است، آرمیچر عوض متحرک موتور است. شکل 11 اجزا آرمیچر موتور استارت را نشان می‌دهد.

1-محور آرمیچر 2- مارپیچ دنده استارت 3- کلکتور 4- بدنه آرمیچر
شکل 11- نوعی آرمیچر موتور استارت

آرمیچر در واقع یک آهنربا الکتریکی متحرک است. با استفاده از انتقال برق به سیم‌پیچ‌های داخلی آرمیچر مجموعه آرمیچر به آهنربا تبدیل می‌شود و تقابل آهنربا آرمیچر و آهنربای بدنه باعث چرخش آرمیچر می‌گردد. سیم‌هایی آرمیچر به مجموعه کلکتور متصل می‌شود. هر کلکتور از بخش‌های کوچک‌تری به نام لامل تشکیل شده است که محل اتصال سیم‌ها است. آرمیچرهایی که از نوع گیربکس‌دار هستند ممکن است روی آرمیچر چرخ‌دنده‌ای هم ملاحظه شود. شکل 12 این نوع آرمیچر را نشان می‌دهد.

1-چرخ‌دنده 2- بدنه 3- شفت 4- کلکتور
شکل 12- نوعی آرمیچر برای استارت گیربکس دار

برای انتقال جریان برق به کلکتور از مجموعه زغال و جا زغالی و فنر زغال استفاده می‌شود. تعداد زغال‌های مورداستفاده در موتور استارت بین 2 الی 4 عدد است. زغال مورداستفاده در موتور استارت به دلیل شدت جریان بالای عبوری دارای مقدار بیشتری مس است بنابراین رنگ این زغال نسبت به سایر موتورها مسی رنگ تر دیده می‌شود. شکل 13 انواع مجموعه زغال و جا زغال و فنر آن را نشان می‌دهد.

شکل 13- انواع جا ذغالی و زغال استارت

اگر مجموعه 4 زغال داشته باشد 2 زغال مثبت و 2 زغال منفی است.

شکل 14 رابطه بین زاویه زغال‌ها و تعداد آهنرباهای پوسته را نشان می‌دهد.

A: چهار آهنربا روی بالشتک
B:شش آهنربا روی بالشتک

شکل 14 – رابطه بین زاویه زغال‌ها و تعداد بالشتک‌ها

در برخی استارت‌ها برای افزایش گشتاور از جعبه‌دنده استفاده می‌شود. این استارت‌های گیربکس دار در چند مدل مختلف دیده می‌شوند نمودار شکل 15 انواع این نوع استارت‌ها را نشان می‌دهد.

سمت راست: گیربکس ساده سمت چپ: گیربکس با دنده واسطه
1-آرمیچر 2- چرخ‌دنده کاهش دور 3- دنده استارت 4- دنده فلایویل
5-دنده شفت آرمیچر 6 – دنده واسطه
شکل 15 – استارت با گیربکس معمولی

استارت‌های که دارای 4 آهنربا دائم هستند معمولاً از گیربکس‌های خورشیدی استفاده می‌کنند

1- آرمیچر 2- دنده هرزگرد (سیاره‌ای) 3- دنده رینگی 4
4- شفت خروجی 5- قفسه 6- دنده خورشیدی
شکل 16 – استارت با گیربکس خورشیدی

باتوجه‌به کم‌حجم‌بودن استارت از نوع خورشیدی در استارت‌های خودروهای امروزی عموماً از این نوع استارت استفاده می‌شود.

2- اتوماتیک استارت

عضو اصلی دیگر در مجموعه استارت، سلونوئید استارت است که به آن در اصطلاح عام اتوماتیک استارت گفته می‌شود. وظیفه اتوماتیک استارت ارسال برق آمپر بالا به موتور استارت است. اگر بخواهیم آمپر موردنیاز موتور استارت را از سوئیچ اصلی خودرو عبور بدهیم، شدت جریان عبور به این کلید به‌شدت صدمه می‌زند بنابراین از یک سلونوئید برای این منظور استفاده می‌کنند. از نظر عملکرد سلونوئید مانند رله است. (جهت یادآوری عملکرد رله به مقاله مراجعه کنید). شکل 17 اتوماتیک استارت را نشان می‌دهد.

شکل 17 – اتوماتیک استارت

اجزا داخلی اتوماتیک استارت در شکل 18 مشخص شده است.

1-کنتاکت اتصال 2- پیچ و اتصال کابل 3- صفحه اتصال 4- فنر برگردان
5-پلانجر 6- سیم‌پیچ کشنده 7- سیم‌پیچ نگهدارنده 8- بدنه اتومات
شکل 18- اجزا داخلی اتومات استارت

انیمیشن شکل 19 عملکرد مجموعه اتومات استارت را نشان می‌دهد

شکل 19 – نحوه عملکرد اتوماتیک استارت

همانطور که در شکل 20 نشان‌داده‌شده است. اتوماتیک استارت دارای دو سیم پیج داخلی است. سیم‌پیچ کشنده (2) و سیم‌پیچ نگهدارنده (1).
به‌محض استارت زدن: (شکل 20) با برق دادن به پایه st به این دو سیم پیج جریان برق متصل می‌شود در لحظه اول استارت زدن هر دو سیم پیج (1 و 2)آهنربا شده پلانجر را به سمت داخل می‌کشند. با کشیده شدن پلانجر به سمت داخل، صفحه اتصال ترمینال B و ترمینال M را به هم متصل می‌کند. (هم‌زمان دنده استارت نیز با کمک مکانیزم انتقال گشتاور به سمت فلایویل حرکت می‌کند)

شکل 20- وضعیت جریان برق در لحظه اول استارت زدن

بعد از حرکت دنده استارت: (شکل 21) با اتصال پایه‌های M و B جریان برق به پایه M نیز می‌رسد، در این لحظه اختلاف پتانسیل دو سر سیم پیج کشنده صفر شده و هیچ برقی از آن عبور نمی‌کند. به همین دلیل سیم‌پیچ کشنده آهنربایی خود را از دست می‌دهد و از این لحظه به بعد تا پایان زمان استارت زدن فقط سیم‌پیچ نگهدارنده آهنربایی بوده و پلانجر را در محل خود نگه می‌دارد.

شکل 21- وضعیت جریان برق پس از حرکت دنده استارت

پس از رهاکردن سوئیچ، برق سیم‌پیچ نگهدارنده هم قطع شده و فنر پلانجر را به محل قبلی خود برمی‌گرداند.

3-مکانیزم انتقال گشتاور

بخشی که گشتاور ایجاد شده در آرمیچر را به فلایویل منتقل می‌کند را مکانیزم انتقال گشتاور می‌نامد. (شکل 22)

شکل 22- بخش مکانیزم انتقال گشتاور مجموعه استارت

همانطور که در شکل‌های 20 و 21 نیز مشخص است، بخش اتوماتیک استارت و بخش مکانیزم انتقال گشتاور از طریق پلانجر با هم در ارتباط هستند. شکل 23 اجزا بخش انتقال گشتاور را نشان می‌دهد.

-دوشاخه استارت 2- مارپیچ آرمیچر 3- کلاچ اورران 4- دنده استارت 5- شفت دنده استارت
شکل 23- اجزا مکانیزم انتقال گشتاور

یکی از اجزا مهم در این بخش کلاچ اورران (Overrun) (کلاچ دور بالا) است که در بازار به نام کلاچ یک‌طرفه نیز شناخته می‌شود. اجزا داخلی این کلاچ در شکل 24 نشان‌داده‌شده است.

1-محل قرارگرفتن دوشاخه 2- فنر فشاری 3- مول 4- دنده استارت
5-بوش 6- فنر برگردان رول 7- پوسته کلاچ 8- شیب هدایت رول
شکل 24- اجزا کلاچ اورران

از زمانی که موتور اصلی در اثر استارت زدن روشن می‌شود تا زمانی که راننده متوجه روشن شدن موتور شده و سوئیچ (یا دکمه استارت) را رها می‌کند، هم موتور اصلی خودرو روشن است و هم موتور استارت با موتور اصلی درگیر است. جدول شکل 25 این حالت را توصیف می‌کند.

شکل 25 – جدول نمادین برای درک دلیل استفاده از کلاچ دور بالا

همانطور که در جدول نیز قابل‌مشاهده است در صورت درگیر ماندن دنده استارت و دنده فلایویل در لحظه روشن شدن موتور اختلاف دور بالا، فشار زیادی به آرمیچر می‌آورد درنتیجه ممکن است باعث سوخت موتور بشود؛ بنابراین در این لحظه کلاچ اورران کاری می‌کند که دور آرمیچر همان عدد قبلی باشد بدون اینکه در عمل استارت هم اختلالی به وجود بیاید اما برای اینکه بدانیم کلاچ اورران چگونه این کار را انجام می‌دهد ابتدا به انیمیشن شکل 26 توجه کنید.

شکل 26- انیمیشن عملکرد کلاچ اورران

برای درک بهتر عملکرد کلاچ دور بالا استارت به 27 و 28 توجه کنید.

شکل 27- عملکرد کلاج دور بالا در استارت

شکل 28- جدول وضعیت اجزا داخلی کلاچ دور بالا

نظر به اینکه تجهیزات کمکی مورداستفاده در سیستم استارت مانند رله‌ها و میکرو سوئیچ‌های قطع کن و یا سیستم‌های ایموبلایزر ارتباط مستقیم با نوع مدار دارد هر دو مبحث در یک مقاله دیگر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نویسنده:مهندس بهروز خطیبی