استارت خودرو چیست و چگونه کار می کند؟ وظیفه و نحوه کار استارت ماشین

استارت ماشین موتور الکتریکی قدرتمندی است که جریان برق را از باتری خودرو دریافت می کند و به نیروی مکانیکی چرخش موتور تبدیل می کند. این چرخش اولیه مثل یک هندل، باعث شروع فرآیند احتراق در موتور و روشن ماندن پایدار آن می شود. استارت خودرو را به نام های دیگری مثل موتور استارت، استارتر یا موتور راه انداز هم می شناسند. این قطعه از دو بخش به نام های اتوماتیک استارت و موتور استارت تشکیل شده است. این دو بخش از اجزای کوچک تری ساخته شده اند. استارت با استفاده از دنده استارت یا «پینیون» چرخ دنده بزرگی به نام «فلایویل» را که به میل لنگ موتور متصل است می چرخاند. در نتیجه موتور خودرو به حرکت در می آید و به صورت پایدار روشن می شود.

استارت خودرو چیست؟

استارت خودرو یک موتور الکتریکی قدرتمند است که انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل می کند. انرژی مکانیکی تولید شده توسط استارت خودرو دنده بزرگ متصل به موتور (فلایویل) را می چرخاند و انرژی اولیه برای روشن شدن موتور را فراهم می کند. پس از آن موتور با نیروی خودش به کار ادامه می دهد و استارت از دنده فلایویل جدا می شود. استارت ماشین با نام های دیگری مثل موتور استارت، استارتر یا موتور راه انداز هم شناخته می شود.

وظیفه و کار استارت خودرو چیست؟

وظیفه استارت خودرو تامین انرژی مکانیکی اولیه برای روشن کردن موتور خودرو است. استارت ماشین به وسیله یک چرخ دنده کوچک که به آن «دنده پینیون» گفته می شود، دنده بزرگ موتور یا همان «فلایویل» را می چرخاند. با چرخیدن فلایویل میل لنگ موتور به حرکت در می آید که موتور را می چرخاند و فرآیند احتراق در آن آغاز می شود. پس از مدت زمان کوتاهی موتور با نیروی خودش روشن می ماند و نیازی به ادامه فعالیت استارت ماشین نیست. بنابراین دنده پینیون استارت از فلایویل موتور جدا می شود و موتور به تنهایی به کار خود ادامه می دهد.

نحوه کار و عملکرد استارت خودرو

استارت خودرو در چندین مرحله باعث روشن شدن موتور خودرو می شود. استارت زدن خودرو یک فرآیند متوالی و به هم پیوسته است که برای سادگی آن را به چند مرحله کلیدی تقسیم می کنیم. مراحل کار استارت خودرو در ادامه بیان شده اند.

1. باز کردن سوییچ خودرو: سوییچ خودروها معمولا در چند مرحله می چرخد که مرحله آخر آن مربوط به استارت زدن است. هنگامی که سوییچ خودرو را کامل باز می کنید جریان برق در سیمی که از سوییچ به اتوماتیک استارت (سولنوئید) متصل شده است، جریان می یابد. اتوماتیک استارت، قطعه مهمی از مجموعه استارت است که وظایف مختلفی دارد.

2. درگیر کردن دنده استارت و اتصال جریان الکتریکی: پس از رسیدن جریان برق به اتوماتیک استارت، این قطعه دو عملکرد مهم دارد:

الف) عملکرد مکانیکی (درگیر کردن دنده استارت): برق وارد شده به اتوماتیک استارت یک هسته آهنی متحرک به نام پلانجر که به آن پیستون هم می گویند را به سمت داخل می کشد. پلانجر به اهرمی با نام دو شاخه متصل است که دنده استارت (پینیون) را به سمت جلو می راند تا با دنده فلایویل موتور درگیر شود.

درون اتوماتیک استارت، هسته آهنی به نام پلانجر وجود دارد که با اتصال جریان برق به سمت داخل کشیده می شود

ب) عملکرد الکتریکی (اتصال جریان برق به موتور استارت): همانطور که گفتیم با باز کردن سوییچ، جریان برق متصل شده پلانجر یا همان پیستون اتوماتیک استارت را به داخل می کشد. پلانجر دارای قطعه رسانایی است که هنگام کشیده شدن به سمت داخل، دو پایه برق اصلی اتوماتیک استارت را به هم متصل می کند. یک پایه اتوماتیک استارت به قطب مثبت باتری و پایه دیگر به موتور استارت متصل است. بنابراین با کشیده شدن پلانجر به سمت داخل، جریان برق بین باتری و موتور استارت برقرار می شود.

3. چرخیدن موتور استارت: استارت خودرو یک موتور الکتریکی قدرتمند دارد. برق لازم برای چرخش موتور استارت از طریق باتری خودرو تامین می شود. موتور استارت دنده پینیون را به چرخش در می آورد که با فلایویل موتور درگیر شده است. بنابراین فلایویل موتور هم به چرخش در می آید و میل لنگ موتور را هم می چرخاند. میل لنگ به پیستون های موتور متصل است و با به حرکت در آوردن آن ها، فرآیند احتراق را در موتور آغاز می کند. در این فرآیند سوخت و هوا وارد سیلندر موتور می شوند، به وسیله پیستون فشرده می شوند و در نهایت با جرقه زدن شمع انفجار رخ می دهد. این انفجار پیستون موتور را با قدرت به پایین هل می دهد و به همین ترتیب موتور خودرو روشن شده و با نیروی خودش روشن می ماند.

4. اتمام ماموریت استارت و جدا شدن ایمن آن: پس از این که موتور روشن شد، ماموریت استارت با موفقیت انجام شده است و باید به صورت ایمن از فلایویل موتور جدا شود؛ چون پس از روشن شدن موتور دور چرخش آن از موتور استارت بیشتر است که ممکن است به استارت و قطعات داخلی آن آسیب برساند. البته مکانیزمی در استارت وجود دارد که از انتقال دور موتور بالا به استارت جلوگیری می کند. این مکانیزم متشکل از خود دنده پینیون و یک کلاچ یک طرفه است. کلاچ یک طرفه نیرو را فقط از سمت پینیون به فلایویل منتقل می کند؛ پس از روشن شدن موتور اگر پینیون هنوز با فلایویل درگیر باشد، هرز می چرخد و نیروی چرخشی را به موتور استارت انتقال نمی دهد.

هنگامی که سوییچ خودرو را رها می کنید، یک مرحله به عقب بر می گردد (قبل از استارت) و جریان برق اتوماتیک استارت قطع می شود. با قطع شدن این جریان، پلانجر اتوماتیک به وسیله فنر به مکان اول خود بر می گردد که در طی آن دنده پینیون از فلایویل جدا می شود و جریان باتری به موتور استارت هم قطع می شود.

اجزا و قطعات استارت خودرو و وظایف آن ها

قطعات خودرو عبارتند از اتوماتیک، آرمیچر، بالشتک، زغال ها، کالکتور، دنده، کلاچ و پوسنه. این قطعات را می توان در چهار مجموعه در نظر گرفت: اتوماتیک استارت، موتور الکتریکی، مکانیزم درایو و بدنه استارت. در ادامه اجزای اصلی داخل استارت خودرو را بر اساس مجموعه ای که در آن قرار گرفته اند دسته بندی کرده ایم.

1. مجموعه موتور الکتریکی استارت

موتور استارت محل اصلی تبدیل انرژی الکتریکی باتری به انرژی مکانیکی برای به حرکت در آوردن موتور خودرو است. موتور الکتریکی استارت معمولا با ولتاژ مستقیم (DC) کار می کند و شتاب اولیه بالایی دارد تا بتواند موتور خودرو را به حرکت در آورد. در ادامه اجزای تشکیل دهنده موتور استارت و نقش آن ها را بیان کرده ایم.

• روتور (آرمیچر): بخش متحرک موتور الکتریکی استارت است که با محوریت میله ای فلزی به نام شفت می چرخد. در انتهای شفت مکانیزم درایو قرار دارد که دنده پینیون هم قسمتی از آن است. روتور هسته ای چند لایه دارد که مجموعه ای از سیم پیچ های مسی به دور آن پیچیده شده است. هنگامی که برق در سیم پیچ های روتور جریان می یابد، به یک آهنربای موقت و قوی تبدیل می شود. تعامل مغناطیسی روتور با بخش دیگری به نام استاتور، باعث چرخش آن می شود.

• استاتور (بالشتک): استاتور یا بالشتک بخش ثابت موتور الکتریکی استارت است که میدان مغناطیسی پایداری را برای تعامل با روتور ایجاد می کند. استاتور دارای سیم پیچ هایی است که با جریان یافتن برق در آن ها به آهنربا تبدیل می شود. در استارت برخی از خودروهای قدیمی به جای سیم پیچ، از آهنرباهای دائمی در استاتور استفاده شده است.
• زغال ها (جاروبک ها): اجزای کوچکی در موتور الکتریکی استارت هستند که وظیفه انتقال برق به روتور را بر عهده دارند. زغال ها از جنس گرافیت هستند و با فشار فنری که در پشت آن ها قرار دارد روی قسمتی به نام کالکتور ساییده می شوند. جریان برق از استاتور یا اتصالات مستقیم برق به زغال ها می رسد و زغال ها به دلیل رسانا بودن، جریان برق را از راه کالکتور به روتور می رسانند.

• کالکتور (کموتاتور): کالکتور متشکل از چندین تیغه ضخیم مسی است که در آرایش دایره ای شکل دور محور روتور قرار گرفته اند. در میان این تیغه های مسی ماده ای عایق وجود دارد و هر کدام از آن ها به یک سر از سیم پیچ روتور متصل هستند. زغال های موتور استارت روی تیغه های کالکتور لیز می خورند و در هر لحظه به تیغه ای خاص برق می رسانند. با چرخش روتور کالکتور هم می چرخد و در هر لحظه تیغه های جدید در مقابل زغال قرار می گیرند و برق دریافت می کنند. این پدیده باعث می شود که جهت جریان به شکلی دورانی در سیم پیچ های روتور تغییر کند که در نتیجه آن، روتور در یک جهت خاص به چرخش در می آید.

2. اتوماتیک استارت (سولنوئید)

اتوماتیک استارت یا همان سولنوئید مرکز کنترل موتور استارت است. همانطور که گفتیم اتوماتیک استارت دو وظیفه مهم بر عهده دارد: اول درگیر کردن دنده استارت با فلایویل موتور و دوم برقراری جریان الکتریکی از سمت باتری به موتور استارت. در ادامه قطعات تشکیل دهنده اتوماتیک استارت که این وظیفه ها را بر عهده دارند معرفی کرده ایم.

• سیم پیچ اتوماتیک استارت: هنگامی که سوییچ خودرو را تا مرحله استارت زدن باز می کنید، جریان برق در سیم پیچ سولنوئید ایجاد می شود که باعث ایجاد میدان مغناطیسی اطراف آن می شود. در طی ایجاد شدن این میدان مغناطیسی، سیم پیچ مانند یک آهنربا عمل می کند و قطعه ای به نام پلانجر را به سمت خودش می کشد.
• پلانجر: یک هسته آهنی است که هنگام باز شدن سوییچ خودرو توسط سیم پیچ اتوماتیک استارت جابجا می شود. این جابجایی باعث می شود اهرمی که به پلانجر متصل است دنده پینیون را به جلو براند تا با فلایویل درگیر شود. همچنین قطعه رسانایی که به پلانجر متصل است روی دو پایه اتوماتیک استارت قرار می گیرد و جریان برق را بین باتری و موتور استارت برقرار می کند.
• اهرم انتقال حرکت (دو شاخه): این اهرم از یک سمت به پلانجر متصل است و از سمت دیگر به مکانیزمی متصل است که دنده استارت را به سمت جلو هل می دهد. با حرکت کردن پلانجر این اهرم هم حرکت می کند و دنده استارت را با فلایویل درگیر می کند.

• ترمینال های اتوماتیک استارت: اتوماتیک استارت دارای 3 ترمینال است که به اتصالات الکتریکی متصل هستند. یکی از پایه ها به وسیله سیمی ضخیم به باتری متصل است تا جریان قوی باتری را وارد سیستم استارت کند. پایه دیگر از سوییچ خودرو جریان برق را دریافت می کند و آن را به سیم پیچ اتوماتیک می فرستد. پایه آخر به سیم ضخیم دیگری متصل است که جریان را به موتور استارت منتقل می کند.

3. مکانیزم درایو

مکانیزم درایو قسمتی از استارت است که در انتقال نیروی چرخشی از موتور استارت به فلایویل موتور نقش دارد. این مکانیزم علاوه بر انتقال قدرت، وظیفه دارد از قطعه استارت در مقابل دور موتور بالای خودرو محافظت کند. دو بخش مکانیزم درایو را در ادامه بیان می کنیم.

• دنده پینیون: چرخ دنده کوچکی است که در انتهای شفت مکانیزم درایو قرار دارد و نیروی چرخشی موتور استارت را به چرخ دنده بزرگی به نام دنده فلایویل می رساند. فلایویل به میل لنگ موتور متصل است و کل مجموعه موتور را می چرخاند.
• کلاچ یک طرفه: این قسمت از مکانیزم درایو از سیستم استارت در مقابل دور موتور بالا حفاظت می کند. هنگامی که موتور روشن می شود، سرعت چرخش آن از استارت بیشتر است. دور موتور بالا استارت را با سرعتی که برای آن مناسب نیست می چرخاند و می تواند به اجزای داخلی آن صدمه بزند. کلاچ یک طرفه در صورتی که دور فلایویل از پینیون بیشتر شود، باعث می شود پینیون آزادانه بچرخد (هرزگردی کند) و این چرخش را به موتور استارت منتقل نکند.

4. بدنه (یوک) استارت

بدنه استارت وظیفه محافظت از آن در برابر رطوبت و ضربه را بر عهده دارد و با نام های یوک و پوسته هم شناخته می شود. این بدنه تمام قطعات داخلی استارت را در محل مناسب قرار می دهد و دارای بلبرینگ هایی است که چرخش شفت استارت را روان تر می کنند. بدنه استارت دارای نقاط اتصالی است که استارت را به بدنه موتور یا گیربکس خودرو متصل می کند.

استارت ماشین: شگفتی در مهندسی

استارت خودرو باید به شکلی طراحی شود که علاوه بر حجم کوچکی که دارد، بتواند قدرت زیادی را در نقطه ای کوچک (دنده استارت) متمرکز کند تا موتور را بچرخاند. موتور از قطعات سنگینی تشکیل شده است و حرکت مجموعه موتور به قدرت زیادی نیاز دارد. استارت قطعه ای است که می تواند گشتاور بالایی را در مدت زمان کوتاه تولید کند و قدرت چرخاندن قطعات سنگین موتور که به سختی جابجا می شوند را دارد. به همین دلیل استارت خودرو یک شگفتی در مهندسی خودرو به حساب می آید که با کمترین حجم و وزن ممکن، می تواند قدرت بالایی را در مدت زمانی کوتاه با استفاده از برق باتری تولید کند.

استارت خودرو چقدر انرژی مصرف می کند؟

استارت خودرو یکی از پر مصرف ترین قطعات برقی خودرو است که میزان قابل توجهی از برق باتری را در مدت زمان کوتاهی مصرف می کند. با هر بار استارت زدن در خودروهای سواری حدود 125 الی 500 آمپر یا حتی بیشتر برق از باتری کشیده می شود. آب و هوای سرد یا موتورهای بزرگ تر می توانند میزان برق مصرفی استارت را بیشتر کنند.

میزان برق مصرفی استارت به مدت زمانی که با سوییچ فعال است بستگی دارد. خودرویی با موتور سالم در مدت زمان 2 الی 5 ثانیه استارت می خورد. در یک نمونه محاسبه ای اگر استارت در مدت زمان 3 ثانیه حدود 250 آمپر را از یک باتری 12 ولتی بکشد، توانی به اندازه 3 کیلووات مصرف کرده است. این میزان انرژی حدود 0.21 آمپر – ساعت است و باتری های خودرو حدود 50 الی 70 آمپر – ساعت ظرفیت دارند. البته این اعداد تقریبی هستند و سلامت باتری و استارت، دمای محیط و نوع موتور روی میزان انرژی مصرفی استارت تاثیر دارند. در نگاه اول به نظر می رسد که استارت انرژی کمی را نسبت به ظرفیت کل باتری از آن می گیرد؛ اما نکته این است که استارت در مدت زمان کوتاهی این انرژی را مصرف می کند. اگر باتری ضعیف باشد پس از چندین بار استارت زدن به سرعت خالی می شود.

جمع بندی

در نگاه اول استارت خودرو یک قطعه ساده است که موتور را روشن می کند؛ اما با شناخت بیشتر این قطعه متوجه می شوید که همین وظیفه به ظاهر ساده در حقیقت یک چالش پیچیده است که استارت آن را به راحتی انجام می دهد. استارت خودرو با انرژی برق دریافتی از سمت باتری خودرو، نیروی مکانیکی تولید می کند که موتور را می چرخاند. پس از گذشت زمان کوتاهی موتور روشن می شود و استارت از موتور جدا می شود. با شناخت نحوه کار استارت و اجزای تشکیل دهنده اش، اهمیت این قطعه را در خودرو بیشتر درک می کنید.