撰文 七君

不知道大家注意到?jīng)]有，大型車輛，比如卡車和巴士減速經(jīng)過時(shí)，常常發(fā)出類似 "tui tui tui" 的高頻短促噪音。

大卡車和巴士的巨大 " 屁 " 聲，要從一樁驚險(xiǎn)事故和一個(gè)依靠裙帶關(guān)系才沒有失敗的偉大發(fā)明說起。

卡車和巴士的 " 屁 " 聲和它們燒的油有關(guān)。許多大型車輛燒的是柴油，而不是小轎車的汽油，而用柴油的卡車采用的引擎是柴油引擎，而不是小轎車的汽油引擎。

圖片來源：wikimedia

這是因?yàn)樵谒幸嬷校裼鸵娴臒嵝适亲罡叩摹Ｃ绹鴻C(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）介紹，柴油引擎的壓縮比是汽油引擎的 2 倍，這意味著柴油引擎的性能比汽油引擎更好，所以重卡普遍使用柴油引擎。

柴油引擎最早是德國人 Rudolf Diesel 在 19 世紀(jì)末發(fā)明的。美國也有自己的柴油引擎，美國的柴油引擎之父叫做 Clessie Lyle Cummins，現(xiàn)在康明斯牌卡車用的就是他的姓。不過在 20 世紀(jì)初，柴油引擎卡車還沒有現(xiàn)在這么普及。

1931 年 8 月，為了推廣和證明自己研發(fā)的柴油引擎的實(shí)力，Cummins 和小伙伴 Ford Moyer、Dave Evans 打算三人輪班駕駛康明斯牌的柴油卡車，從紐約一直開到洛杉磯，想要?jiǎng)?chuàng)造卡車車速的記錄。Cummins 沒有料到的是，他差點(diǎn)創(chuàng)造了卡車車禍的記錄。

Cummins 三人組在美國汽車協(xié)會(huì)的見證下，在當(dāng)時(shí)他們駕駛的柴油卡車前的留影。圖片來源：美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）

實(shí)際上柴油引擎在發(fā)明之初配備的制動(dòng)（剎車）裝置和汽油引擎一樣，靠的是類似 " 剎車片 " 的裝置摩擦減速。Cummins 和小伙伴一上路就發(fā)現(xiàn) " 剎車片 " 剎不住柴油引擎卡車，這就對柴油車的剎車系統(tǒng)造成了很大的壓力。

這個(gè)頓悟在加州的一條險(xiǎn)道上得到了升天升華。

這個(gè)地方就是卡洪隘道（Cajon Pass）。它是一條 56 千米長的陡峭且曲折的石子山路，山路上穿插著許許多多的十字路口，用現(xiàn)在的眼光看簡直是卡車的冥道。

位于加州的卡洪隘道（Cajon Pass）。圖片來源：wikipedia

Cummins 回憶，那天開到卡洪隘道附近的時(shí)候，Dave 正好要和他換班，他告誡 Cummins，到時(shí)一定要把大家都叫醒。但是真到了那兒，剎車片已經(jīng)被摩擦得火熱，完全頂不住了。用他的原話來說，他 " 絕望地 " 嘗試減速，但是一點(diǎn)用也沒有。后面的兩個(gè)老弟也都因?yàn)檐囁龠^高而嚇醒了。

接著，戲劇性的一幕出現(xiàn)了。遠(yuǎn)方有一個(gè)發(fā)著紅光的東西正在橫穿十字路口。他們定睛一看原來是一輛運(yùn)貨的火車。Cummins 說，當(dāng)時(shí) Dave 和 Ford 都崩潰了，在后面試圖靠聲波減速（大喊大叫）。幸運(yùn)的是，當(dāng)他們的卡車開到十字路口時(shí)，那輛火車的屁股恰好擦過，三個(gè)人總算沒有當(dāng)場去世。

這次驚險(xiǎn)的旅途確實(shí)創(chuàng)了紀(jì)錄：跨越 5172 千米的路程只用了 97 小時(shí) 20 分鐘。但是那幕剎車失靈的場景也給 Cummins 留下了終身陰影。

在 24 年后，已經(jīng)退休的 Cummins 開始在自家地下室里設(shè)計(jì)不會(huì)被摩擦壞的柴油引擎制動(dòng)系統(tǒng)。1957 年，Cummins 終于在費(fèi)城的一個(gè)酒店旅館里想到了解決方法。他的方案就是，用柴油引擎自己來踩剎車。

年邁的 Cummins 還在進(jìn)行柴油引擎相關(guān)的研發(fā)。圖片來源：美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）

這個(gè)剎車系統(tǒng)叫做皆可博發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器（Jacobs brake），也常常被稱為杰克剎車（Jake Brake），或壓縮釋放式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

杰克剎車的原理也不復(fù)雜，它其實(shí)就是靠 " 泄氣 " 來減速，而這依靠的是柴油引擎的四沖程循環(huán)。

四沖程循環(huán)可以簡單地歸結(jié)為：吸氣（進(jìn)氣）、憋氣（壓縮）、點(diǎn)火、放屁（排氣）。

柴油引擎的四沖程循環(huán)。圖片來源：jacobsvehiclesystems.com

在吸氣階段，引擎吸入了空氣。

在憋氣壓縮階段，空氣被壓縮。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，氣體體積越小，溫度越高，這樣柴油就被點(diǎn)燃了，第三階段達(dá)成。

在最后的排氣階段，爆炸的氣體膨脹，推動(dòng)活塞往下，為車輛輸入機(jī)械能。接著，活塞縮回，將廢氣排出。

Cummins 對排氣管進(jìn)行了改造，讓司機(jī)可以手動(dòng)打開排氣閥，在柴油為卡車輸入動(dòng)力之前就將炙熱的氣體排出去，讓卡車失去動(dòng)力而減速。

Cummins 設(shè)計(jì)的杰克剎車（右）在壓縮后就將氣體排出，把燃油動(dòng)力 " 泄 " 掉。圖片來源：jacobsvehiclesystems.com

當(dāng)年他就為這個(gè)設(shè)計(jì)申請了專利。雖然后來的實(shí)踐證明，杰克剎車能夠有效延長柴油引擎的壽命（皆可博還稱，杰克剎車可以將傳統(tǒng)剎車的壽命延長 2 - 3 倍），不過當(dāng)時(shí)沒有任何主流汽車廠商看好這種新型剎車系統(tǒng)，而它的最終面世還是靠著一層裙帶關(guān)系。

原來，Cummins 的大侄子被爹媽安排了一次相親，相親對象是當(dāng)時(shí)是世界上最大的鉆頭制造商 Jacobs Manufacturing Company 副主席的閨女。

這倆人一見面就對上眼了，而親家也互相對上眼了。女方家長對 Cummins 的發(fā)明展現(xiàn)出了很強(qiáng)的興趣。就這樣在 1961 年，第一輛具有杰克剎車系統(tǒng)的卡車 Cummins NH 系列出廠。當(dāng)然了，女方公司名 Jacobs 也是皆可博發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器這個(gè)名字的由來。

美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)稱，在之后的數(shù)十年里，杰克剎車一直是美國乃至全世界重型柴油卡車的標(biāo)配（如 CAT、Mack），后來美國的軍事車輛也采用了這種制動(dòng)裝置。我國的東風(fēng) dCi、玉柴 6K、西安康明斯等廠家也都裝用杰克剎車系統(tǒng)。

圖片來源：wikimedia

因?yàn)閷Σ裼涂ㄜ囆阅芎桶踩{駛的貢獻(xiàn)，杰克剎車被收錄為第 81 個(gè)國家級機(jī)械工程歷史地標(biāo)（National Historic Mechanical Engineering Landmark）。

直到現(xiàn)在杰克剎車依然是重卡的主流輔助制動(dòng)系統(tǒng)。

但是，杰克剎車也有很多缺點(diǎn)，第一就是排氣時(shí)氣體震動(dòng)引發(fā)的巨大噪音。因此在靠近住宅密集區(qū)域，杰克剎車往往會(huì)被禁止使用。

禁止杰克剎車的標(biāo)牌。圖片來源：wikipedia

此外，杰克剎車一開就要排出許多廢氣，污染很大，而現(xiàn)在許多國家對柴油引擎提出了環(huán)保要求，所以杰克剎車也受到了來自新型制動(dòng)系統(tǒng)（比如渦輪增壓器）的競爭壓力。

圖片來源：wikipedia

最后要指出的是，大型車輛的制動(dòng)系統(tǒng)往往有很多套，許多巴士和卡車在停車時(shí)那一聲長而哀怨的 " 切 " 聲并不來自杰克剎車，而來自另一種常見剎車系統(tǒng)——?dú)鈩?dòng)制動(dòng)機(jī)。

氣動(dòng)制動(dòng)的聲音

簡單來說，氣動(dòng)制動(dòng)機(jī)是利用高壓空氣踩剎車的制動(dòng)系統(tǒng)。在司機(jī)啟動(dòng)氣動(dòng)制動(dòng)時(shí)，高壓氣體在被排出的同時(shí)使車輪停止?jié)L動(dòng)，這高壓氣體的泄氣聲就是大車停車 " 屁聲 " 的來源了。

總而言之：

超車靠吸氣，停車靠放屁，安全靠 " 運(yùn) " 氣。