بادئ التشغيل (المحرك)

المُشغِّل ( ويُسمى أيضًا المُشغِّل الذاتي ، أو مُحرك التدوير ، أو مُحرك التشغيل ) هو جهاز يُركَّب في المركبات لتدوير عمود المرفق لمحرك الاحتراق الداخلي ، وذلك لبدء دورة الاحتراق في المحرك. ويمكن أن يكون المُشغِّل كهربائيًا أو هوائيًا أو هيدروليكيًا . كما يمكن أن يكون المُشغِّل محرك احتراق داخلي آخر، كما هو الحال في المحركات الكبيرة جدًا، أو محركات ديزل في التطبيقات الزراعية أو الحفرية. ^{[ 1 ]}

محركات الاحتراق الداخلي هي أنظمة تغذية راجعة، تعتمد، بمجرد بدء تشغيلها، على القصور الذاتي الناتج عن كل دورة لبدء الدورة التالية. في محرك رباعي الأشواط ، يُحرر الشوط الثالث الطاقة من الوقود، مما يُشغل الشوط الرابع (العادم) والشوطين الأولين (السحب والضغط) من الدورة التالية، بالإضافة إلى تشغيل الحمل الخارجي للمحرك. لبدء الدورة الأولى في بداية أي جلسة تشغيل، يجب تشغيل الشوطين الأولين بطريقة أخرى غير المحرك نفسه. يُستخدم محرك التشغيل لهذا الغرض، ولا حاجة إليه بمجرد بدء تشغيل المحرك واستمرار حلقة التغذية الراجعة الخاصة به.

قبل ظهور محرك التشغيل، كانت المحركات تُشغل بطرق مختلفة تشمل النوابض الملفوفة، وأسطوانات البارود ، والتقنيات التي تعمل بالطاقة البشرية مثل مقبض التدوير القابل للإزالة الذي يتشابك مع الجزء الأمامي من عمود المرفق، أو سحب مروحة الطائرة، أو سحب حبل ملفوف حول بكرة مفتوحة الوجه.

كانت طريقة التشغيل اليدوي شائعة الاستخدام لتشغيل المحركات، لكنها كانت غير عملية وصعبة وخطيرة. فسلوك المحرك أثناء التشغيل ليس دائمًا قابلاً للتنبؤ. قد يرتد المحرك فجأة، مما يؤدي إلى دوران عكسي مفاجئ. تضمنت العديد من بادئات التشغيل اليدوية آلية انزلاق أو تحرير أحادية الاتجاه، بحيث بمجرد بدء دوران المحرك، ينفصل بادئ التشغيل عنه. في حالة الارتداد، قد يؤدي الدوران العكسي للمحرك إلى تشغيل بادئ التشغيل فجأة، مما يتسبب في اهتزاز ذراع التدوير بشكل غير متوقع وعنيف، وقد يُصيب المشغل. بالنسبة لبادئات التشغيل السلكية، قد يسحب الارتداد المشغل نحو المحرك أو الآلة، أو يُرجح سلك التشغيل ومقبضه بسرعة عالية حول بكرة التشغيل. على الرغم من أن بادئات التشغيل مزودة بآلية تجاوز ، إلا أنه عند بدء تشغيل المحرك، قد يبدأ ذراع التدوير بالدوران مع عمود المرفق، مما قد يُصيب الشخص الذي يُشغل المحرك. بالإضافة إلى ذلك، كان لا بد من توخي الحذر لتأخير الشرارة لمنع حدوث انفجار عكسي . مع إعداد شرارة متقدم، يمكن للمحرك أن يرتد للخلف (يعمل في الاتجاه المعاكس)، ساحباً معه عمود المرفق، لأن آلية أمان تجاوز السرعة تعمل في اتجاه واحد فقط.

على الرغم من نصيحة المستخدمين بوضع أصابعهم وإبهامهم أسفل ذراع التدوير وسحبه للأعلى، إلا أن المشغلين وجدوا من الطبيعي الإمساك بالمقبض بأصابعهم من جهة وإبهامهم من الجهة الأخرى. حتى أن ارتدادًا بسيطًا للمحرك قد يؤدي إلى كسر في الإبهام؛ وقد ينتهي الأمر بكسر في الرسغ أو خلع في الكتف أو ما هو أسوأ. علاوة على ذلك، فإن المحركات الأكبر حجمًا ذات نسب الضغط الأعلى جعلت التدوير اليدوي مهمة شاقة بدنيًا.

تم تركيب أول بادئ تشغيل كهربائي على دراجة أرنولد ، وهي نسخة معدلة من دراجة بنز فيلو، التي تم بناؤها عام 1896 في إيست بيكهام ، إنجلترا ، بواسطة المهندس الكهربائي إتش جيه داوسينج. ^{[ 2 ]}

في عام 1903، اخترع كلايد جيه كولمان أول بادئ تشغيل كهربائي في أمريكا وحصل على براءة اختراع أمريكية رقم 0,745,157 . ^{[ 3 ]}

في عام 1911، اخترع تشارلز إف. كيتيرينج ، بالاشتراك مع هنري إم. ليلاند ، من شركة دايتون للهندسة ( ديلكو )، جهاز تشغيل كهربائي في أمريكا، وحصل على براءة اختراع أمريكية رقم 1,150,523 . (كان كيتيرينج قد استبدل ذراع التدوير اليدوي في آلات تسجيل النقد التابعة لشركة إن سي آر بمحرك كهربائي قبل خمس سنوات).

يكمن أحد جوانب هذا الاختراع في إدراك أن محركًا صغيرًا نسبيًا، يعمل بجهد وتيار أعلى مما هو ممكن للتشغيل المستمر، يمكنه توفير طاقة كافية لتشغيل المحرك. عند مستويات الجهد والتيار المطلوبة، سيحترق هذا المحرك في غضون دقائق قليلة من التشغيل المستمر، ولكنه لن يحترق خلال الثواني القليلة اللازمة لبدء تشغيل المحرك. تم تركيب هذه المحركات لأول مرة في سيارة كاديلاك موديل 30 عام 1912، واعتمدت شركة لانشستر النظام نفسه في وقت لاحق من ذلك العام. ^{[ 4 ]} كما عملت هذه المحركات كمولدات بمجرد تشغيل المحرك، وهو مفهوم يُعاد إحياؤه الآن في المركبات الهجينة .

على الرغم من أن محرك التشغيل الكهربائي هيمن على سوق السيارات في عام 1912، إلا أنه كان هناك عدة أنواع متنافسة من محركات التشغيل، ^{[ 4 ]} حيث كانت سيارات آدامز، وسكات ، وولسلي مزودة بمحركات تشغيل تعمل بالهواء مباشرة، وقدمت صن بيم محرك تشغيل يعمل بالهواء بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة في محركات التشغيل الكهربائية من ديلكو وسكوت-كروسلي (أي التعشيق مع حلقة مسننة على دولاب الموازنة). أما سيارات ستار وأدلر فكانت مزودة بمحركات زنبركية (تُعرف أحيانًا باسم محركات الساعة)، والتي تستخدم الطاقة المخزنة في زنبرك لتشغيل السيارة عبر ترس تخفيض السرعة. وفي حال فشل تشغيل السيارة، يمكن استخدام مقبض التشغيل لشد الزنبرك لمحاولة أخرى.

كان من بين الابتكارات التي تميزت بها سيارة دودج الأولى، طراز 30-35، عند طرحها عام 1914، نظام تشغيل كهربائي وإضاءة كهربائية بجهد 12 فولت (مقارنةً بالجهد الشائع آنذاك وهو 6 فولت) كتجهيز قياسي في سيارة كانت تُعتبر منخفضة السعر نسبيًا. ^{[ 5 ]} استخدمت دودج وحدة تشغيل ومولد مدمجة، مع دينامو تيار مستمر موصول بشكل دائم بعمود مرفق المحرك بواسطة تروس. سمح نظام من المرحلات الكهربائية بتشغيل هذه الوحدة كمحرك لتدوير المحرك لبدء التشغيل، وبمجرد تحرير زر التشغيل، تعيد مفاتيح التحكم الوحدة إلى العمل كمولد. ولأن وحدة التشغيل والمولد كانت موصولة مباشرة بالمحرك، لم تكن بحاجة إلى آلية لتشغيل وفصل محرك الدفع. وبالتالي، لم تتعرض لتآكل ميكانيكي يُذكر، وكانت تعمل بصمت تام تقريبًا. ظلّ مولد التشغيل ميزةً في سيارات دودج حتى عام 1929. تمثّلت عيوب هذا التصميم في كونه جهازًا ثنائي الغرض، إذ كان محدودًا في كلٍّ من قدرته كمحرك وقدرته كمولد، وهو ما شكّل مشكلةً مع ازدياد حجم المحركات ومتطلبات الطاقة الكهربائية في السيارات. تطلّب التحكم في التبديل بين وضعَي المحرك والمولد مفاتيح كهربائية مخصصة ومعقدة نسبيًا، ما جعلها أكثر عرضةً للأعطال من نقاط التلامس عالية التحمل لمحرك التشغيل المخصص. مع أن مولد التشغيل تراجع استخدامه في السيارات بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، إلا أن الفكرة ظلت مفيدةً للمركبات الصغيرة، فتبنّتها شركة SIBA Elektrik الألمانية ، التي صنعت نظامًا مشابهًا مُصمّمًا في الغالب للاستخدام في الدراجات النارية، والدراجات البخارية، والسيارات الاقتصادية (خاصةً تلك المزودة بمحركات ثنائية الأشواط صغيرة السعة )، والمحركات البحرية. سُوّقت هذه الأنظمة تحت اسم "Dynastart". ونظرًا لأن الدراجات النارية عادةً ما تكون ذات محركات صغيرة ومعدات كهربائية محدودة، فضلًا عن محدودية المساحة والوزن، فقد شكّل نظام Dynastart ميزةً مفيدة. عادة ما يتم دمج ملفات مولد التشغيل في دولاب الموازنة الخاص بالمحرك، وبالتالي لا يتطلب الأمر وحدة منفصلة على الإطلاق.

اعتمدت سيارة فورد موديل تي على التشغيل اليدوي حتى عام 1919؛ وخلال عشرينيات القرن الماضي، أصبحت بادئات التشغيل الكهربائية شائعة في معظم السيارات الجديدة، مما سهّل القيادة على النساء وكبار السن. وظلّ من الشائع تزويد السيارات بمقابض التشغيل حتى ستينيات القرن الماضي، واستمر هذا الأمر لفترة أطول بالنسبة لبعض العلامات التجارية (مثل سيتروين 2CV حتى نهاية إنتاجها عام 1990). في كثير من الحالات، استُخدمت بادئات التشغيل لضبط التوقيت بدلاً من تشغيل المحرك، حيث جعلت زيادة سعة المحركات ونسب الضغط هذا الأمر غير عملي. وغالباً ما كانت سيارات الكتلة الشيوعية، مثل لادا، تعتمد على التشغيل اليدوي حتى ثمانينيات القرن الماضي.

بالنسبة لأولى نماذج محركات التوربينات النفاثة الألمانية المنتجة في وقت لاحق من الحرب العالمية الثانية، صمم نوربرت ريدل محرك بنزين صغير ثنائي الأشواط ومزدوج الأسطوانات لبدء تشغيل كل من توربينات الغاز للطائرات من طراز يونكرز جومو 004 وبي إم دبليو 003 كشكل من أشكال وحدة الطاقة المساعدة لتدوير المغزل المركزي لكل تصميم محرك - وعادة ما يتم تثبيت هذه المحركات في مقدمة التوربين النفاث، ويتم تشغيلها بواسطة حبل سحب لتشغيلها أثناء إجراء بدء تشغيل المحركات النفاثة التي تم تركيبها عليها.

قبل ابتكار كرايسلر عام 1949 لمفتاح التشغيل/الإشعال المدمج الذي يعمل بالمفتاح، ^{[ 6 ]} كان السائق غالبًا ما يُشغّل المُشغّل بالضغط على زر مثبت على أرضية السيارة أو لوحة القيادة. بعض المركبات كانت مزودة بدواسة أرضية تُشغّل يدويًا ترس المُشغّل مع ترس دولاب الموازنة، ثم تُكمل الدائرة الكهربائية لمحرك المُشغّل بمجرد وصول الدواسة إلى نهاية شوطها. جرارات فيرغسون من أربعينيات القرن العشرين، بما في ذلك فيرغسون TE20 ، كانت تحتوي على وضعية إضافية على ذراع ناقل الحركة تُشغّل مفتاح المُشغّل، مما يضمن السلامة بمنع تشغيل الجرارات وهي في وضعية التروس. ^{[ 7 ]}

يُعدّ محرك التشغيل الكهربائي، أو محرك التدوير، النوع الأكثر شيوعًا في محركات البنزين ومحركات الديزل الصغيرة. يتكون محرك التشغيل الحديث إما من مغناطيس دائم أو من محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر، مزود بملف لولبي للتشغيل (يشبه المرحل ). عند توصيل طاقة التيار المستمر من بطارية التشغيل إلى الملف اللولبي، عادةً عبر مفتاح تشغيل (مفتاح الإشعال)، يقوم الملف اللولبي بتشغيل ذراع يدفع ترس القيادة على عمود إدارة التشغيل، ثم يُعشّق هذا الترس مع ترس حلقة التشغيل على دولاب الموازنة للمحرك. ^{[ 8 ]}

يقوم الملف اللولبي أيضًا بإغلاق نقاط التلامس عالية التيار لمحرك التشغيل، الذي يبدأ بالدوران. بمجرد بدء تشغيل المحرك، يُفتح المفتاح الذي يعمل بالمفتاح، فيسحب نابض في مجموعة الملف اللولبي ترس المحرك الصغير بعيدًا عن ترس المحرك الكبير، ويتوقف محرك التشغيل. يرتبط ترس المحرك الصغير بعمود الدوران الخاص به من خلال قابض أحادي الاتجاه يسمح للترس الصغير بنقل الحركة في اتجاه واحد فقط. بهذه الطريقة، تنتقل الحركة عبر الترس الصغير إلى ترس دولاب الموازنة الكبير، ولكن إذا ظل الترس الصغير مُعشّقًا (على سبيل المثال، إذا لم يحرر المشغل المفتاح بمجرد بدء تشغيل المحرك، أو إذا حدث قصر كهربائي وظل الملف اللولبي مُعشّقًا)، فسيدور الترس الصغير بشكل مستقل عن عمود الدوران الخاص به. هذا يمنع المحرك من تشغيل المحرك الصغير، لأن مثل هذه الحركة العكسية ستؤدي إلى دوران المحرك الصغير بسرعة كبيرة لدرجة أنه قد يتفكك.

يمنع نظام القابض أحادي الاتجاه استخدام بادئ التشغيل كمولد كهربائي في النظام الهجين المذكور أعلاه، ما لم تُجرَ تعديلات عليه. صُمم محرك بادئ التشغيل القياسي عادةً للاستخدام المتقطع، مما يمنع استخدامه كمولد كهربائي. صُممت المكونات الكهربائية لبادئ التشغيل للعمل لمدة تقل عادةً عن 30 ثانية قبل أن ترتفع درجة حرارتها (بسبب بطء تبديد الحرارة الناتج عن الفقد الأومي )، وذلك لتوفير الوزن والتكلفة. تُشير معظم كتيبات مالكي السيارات إلى ضرورة التوقف لمدة عشر ثوانٍ على الأقل بعد كل عشر أو خمس عشرة ثانية من محاولة تشغيل المحرك، عند محاولة تشغيل محرك لا يبدأ فورًا.

بدأ استخدام نظام تروس القابض ذي التجاوز التدريجي في أوائل الستينيات؛ وقبل ذلك، كان يُستخدم نظام بنديكس . يضع نظام بنديكس ترس محرك التشغيل على عمود دوران حلزوني. عندما يبدأ محرك التشغيل بالدوران، تتسبب قصور مجموعة تروس التشغيل في تحركها للأمام على الحلزون، وبالتالي تعشيقها مع الترس الحلقي. عند بدء تشغيل المحرك، تتسبب الحركة العكسية من الترس الحلقي في تجاوز سرعة دوران ترس التشغيل سرعة دوران محرك التشغيل، وعندها يُجبر ترس التشغيل على العودة إلى أسفل العمود الحلزوني، وبالتالي ينفصل عن التعشيق مع الترس الحلقي. ^{[ 9 ]} من عيوب هذا النظام أن التروس ستنفصل إذا اشتعل المحرك لفترة وجيزة ولم يستمر في الدوران.

تستخدم بعض محركات التوربينات الغازية ومحركات الديزل ، وخاصة في الشاحنات ، نظام تشغيل ذاتي يعمل بالهواء المضغوط . في المركبات البرية، يتكون النظام من توربين مُسنّن، وضاغط هواء ، وخزان ضغط. يُستخدم الهواء المضغوط المُحرر من الخزان لتدوير التوربين، ومن خلال مجموعة من تروس التخفيض ، يُشغّل الترس الحلقي على دولاب الموازنة، تمامًا كما في بادئ التشغيل الكهربائي. بمجرد تشغيل المحرك، يُشغّل الضاغط لإعادة ملء الخزان.

عادةً ما يتم تشغيل الطائرات المزودة بمحركات توربينية غازية كبيرة باستخدام كمية كبيرة من الهواء المضغوط منخفض الضغط، يتم توفيرها من محرك صغير جدًا يُعرف باسم وحدة الطاقة المساعدة ، ويقع في مكان آخر من الطائرة. وبدلاً من ذلك، يمكن تشغيل محركات التوربينات الغازية للطائرات بسرعة باستخدام محرك بدء تشغيل هوائي أرضي متنقل، يُعرف باسم عربة بدء التشغيل أو عربة بدء التشغيل الهوائي .

في مولدات الديزل الكبيرة الموجودة في المنشآت الساحلية الضخمة، وخاصة على السفن، يُستخدم نظام تشغيل هوائي. يعمل المحرك الهوائي عادةً بالهواء المضغوط بضغوط تتراوح بين 10 و30 بار (1000-3000 كيلو باسكال) . يتكون المحرك الهوائي من أسطوانة مركزية بحجم علبة حساء تقريبًا، بها أربعة فتحات أو أكثر تسمح بوضع الريش بشكل شعاعي لتشكيل حجرات حولها. توضع الأسطوانة داخل غلاف دائري بحيث يدخل هواء التشغيل من المنطقة التي تشكل فيها الأسطوانة والريش حجرة صغيرة مقارنةً بالحجرات الأخرى. لا يتمدد الهواء المضغوط إلا بتدوير الأسطوانة، مما يسمح للحجرة الصغيرة بالتوسع ويضيف حجرة أخرى إلى مدخل الهواء. يدور المحرك الهوائي بسرعة عالية جدًا بحيث لا يمكن استخدامه مباشرةً على دولاب الموازنة للمحرك؛ لذا يُستخدم نظام تروس تخفيض كبير، مثل التروس الكوكبية، لخفض سرعة الدوران. يُستخدم ترس بنديكس لتعشيق دولاب الموازنة. 

بما أن الشاحنات الكبيرة تستخدم عادةً مكابح هوائية ، فإن هذا النظام يؤدي وظيفة مزدوجة، حيث يزود نظام المكابح بالهواء المضغوط. تتميز بادئات التشغيل الهوائية بعزم دوران عالٍ، وبساطة ميكانيكية، وموثوقية عالية. كما أنها تغني عن الحاجة إلى بطاريات تخزين ضخمة وثقيلة في الأنظمة الكهربائية للمحرك الرئيسي .

تستخدم مولدات الديزل الكبيرة ومعظم محركات الديزل المستخدمة كمحرك رئيسي للسفن هواءً مضغوطًا يعمل مباشرةً على رأس الأسطوانة. هذا ليس مثاليًا لمحركات الديزل الصغيرة، لأنه يُسبب تبريدًا زائدًا عند بدء التشغيل. كما أن رأس الأسطوانة يحتاج إلى مساحة كافية لدعم صمام إضافي لنظام بدء التشغيل بالهواء. يُشبه نظام بدء التشغيل بالهواء من حيث المبدأ موزع الشرارة في السيارة. يوجد موزع هواء مُرتبط بعمود الكامات في محرك الديزل؛ ويوجد في أعلى موزع الهواء فص واحد يُشبه الموجود على عمود الكامات. تُرتّب حول هذا الفص مُتابعات طرفية دوارة لكل أسطوانة. عندما يلامس فص موزع الهواء أحد المُتابعات، فإنه يُرسل إشارة هواء تعمل على الجزء الخلفي من صمام بدء التشغيل بالهواء الموجود في رأس الأسطوانة، مما يؤدي إلى فتحه. يتم توفير الهواء المضغوط من خزان كبير يغذي أنبوبًا رئيسيًا مُثبتًا على طول المحرك. بمجرد فتح صمام بدء التشغيل بالهواء، يدخل الهواء المضغوط ويبدأ المحرك بالدوران. يمكن استخدامه في محركات ثنائية الأشواط ورباعية الأشواط، وكذلك في المحركات العكسية. في المحركات الكبيرة ثنائية الأشواط، لا يتطلب الأمر سوى أقل من دورة واحدة لعمود المرفق لبدء التشغيل.

تُشغَّل بعض محركات الديزل، التي تتراوح أسطواناتها بين ستة وستة عشر أسطوانة، بواسطة محرك هيدروليكي . توفر بادئات التشغيل الهيدروليكية والأنظمة المرتبطة بها طريقة موثوقة وخالية من الشرر لتشغيل المحرك ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة. ^{[ 12 ]} تُستخدم بادئات التشغيل الهيدروليكية عادةً في تطبيقات مثل المولدات البعيدة، ومحركات دفع قوارب النجاة، ومحركات ضخ مياه الحرائق البحرية، ومنصات التكسير الهيدروليكي . يتضمن النظام المستخدم لدعم بادئ التشغيل الهيدروليكي صمامات، ومضخات، وفلاتر، وخزان، ومراكم مكبسية. يمكن للمشغل إعادة شحن النظام الهيدروليكي يدويًا؛ وهو أمر يصعب القيام به مع أنظمة التشغيل الكهربائية، لذا تُفضَّل أنظمة التشغيل الهيدروليكية في التطبيقات التي تتطلب التشغيل الطارئ.

بفضل تكويناتها المتنوعة، يمكن تركيب بادئات التشغيل الهيدروليكية على أي محرك. وتعتمد هذه البادئات على الكفاءة العالية لمفهوم محرك المكبس المحوري، الذي يوفر عزم دوران عالٍ في أي درجة حرارة أو بيئة، ويضمن الحد الأدنى من تآكل ترس الحلقة والترس الصغير للمحرك. ^{[ 13 ]}

• بادئ تشغيل محرك الطائرة
• كوفمان لاعب أساسي
• نظام بدء التشغيل باللهب
• لاعب البداية في فريق هوكس
• محرك التآزر الهجين
• قائمة قطع غيار السيارات
• فينسنت هوغو بنديكس