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，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，要從一樁驚險事故和一個依靠裙帶關(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。
這是因為在所有引擎中，柴油引擎的熱效率是最高的。美國機械工程師學(xué)會（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，想要創(chuàng)造卡車車速的記錄。Cummins 沒有料到的是，他差點創(chuàng)造了卡車車禍的記錄。
實際上柴油引擎在發(fā)明之初配備的制動（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。
這個頓悟在加州的一條險道上得到了升天升華。
這個地方就是卡洪隘道（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。
Cummins 回憶，那天開到卡洪隘道附近的時候，Dave 正好要和他換班，他告誡 Cummins，到時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，但是一點用也沒有。后面的兩個老弟也都因為車速過高而嚇醒了。
接著，戲劇性的一幕出現(xiàn)了。遠方有一個發(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貨的火車。Cummins 說，當(dāng)時 Dave 和 Ford 都崩潰了，在后面試圖靠聲波減速（大喊大叫）。幸運的是，當(dāng)他們的卡車開到十字路口時，那輛火車的屁股恰好擦過，三個人總算沒有當(dāng)場去世。
這次驚險的旅途確實創(chuàng)了紀(jì)錄：跨越 5172 千米的路程只用了 97 小時 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)計不會被摩擦壞的柴油引擎制動系統(tǒng)。1957 年，Cummins 終于在費城的一個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。
這個剎車系統(tǒng)叫做皆可博發(fā)動機制動器（Jacobs brake），也常常被稱為杰克剎車（Jake Brake），或壓縮釋放式發(fā)動機制動。
杰克剎車的原理也不復(fù)雜，它其實就是靠“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（進氣）、憋氣（壓縮）、點火、放屁（排氣）。
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，這樣柴油就被點燃了，第三階段達成。
在最后的排氣階段，爆炸的氣體膨脹，推動活塞往下，為車輛輸入機械能。接著，活塞縮回，將廢氣排出。
Cummins 對排氣管進行了改造，讓司機可以手動打開排氣閥，在柴油為卡車輸入動力之前就將炙熱的氣體排出去，同時吸收卡車動力使這個過程重復(fù)，最終讓卡車失去動力而減速。
當(dāng)年他就為這個設(shè)計申請了專利。雖然后來的實踐證明，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)動機制動器這個名字的由來。
美國機械工程師學(xué)會稱，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)。
因為對柴油卡車性能和安全駕駛的貢獻，杰克剎車被收錄為第 81 個國家級機械工程歷史地標(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系統(tǒng)。
但是，杰克剎車也有很多缺點，第一就是排氣時氣體震動引發(fā)的巨大噪音。因此在靠近住宅密集區(qū)域，杰克剎車往往會被禁止使用。
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系統(tǒng)（比如渦輪增壓器）的競爭壓力。
最后要指出的是，大型車輛的制動系統(tǒng)往往有很多套，許多巴士和卡車在停車時那一聲長而哀怨的“切”聲并不來自杰克剎車，而來自另一種常見剎車系統(tǒng) —— 氣動制動機。
氣動制動的聲音
簡單來說，氣動制動機是利用高壓空氣踩剎車的制動系統(tǒng)。在司機啟動氣動制動時，高壓氣體在被排出的同時使車輪停止?jié)L動，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”氣。
本文來自微信公眾號：把科學(xué)帶回家 （ID：steamforkids），作者：七君
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