不知道大家注意到没有。大型车辆。比如卡车和巴士减速经过时。常常发出类似“tui tui tui”的高频短促噪音。
大卡车和巴士的巨大“屁”声。要从一桩惊险事故和一个依靠裙带关系才没有失败的伟大发明说起。
卡车和巴士的“屁”声和它们烧的油有关。许多大型车辆烧的是柴油。而不是小轿车的汽油。而用柴油的卡车采用的引擎是柴油引擎。而不是小轿车的汽油引擎。
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这是因为在所有引擎中。柴油引擎的热效率是最高的。美国机械工程师学会（ASME）介绍。柴油引擎的压缩比是汽油引擎的2倍。这意味着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。
柴油引擎最早是德国人 Rudolf Diesel 在19世纪末发明的。美国也有自己的柴油引擎。美国的柴油引擎之父叫做 Clessie Lyle Cummins。现在康明斯牌发动机用的就是他的姓。不过在20世纪初。柴油引擎卡车还没有现在这么普及。
1931年8月。为了推广和证明自己研发的柴油引擎的实力。Cummins 和小伙伴 Ford Moyer。Dave Evans打算三人轮班驾驶康明斯牌的柴油卡车。从纽约一直开到洛杉矶。想要创造卡车车速的记录。Cummins 没有料到的是。他差点创造了卡车车祸的记录。
Cummins三人组在美国汽车协会的见证下。在当时他们驾驶的柴油卡车前的留影。图片来源：美国机械工程师学会（ASME）
实际上柴油引擎在发明之初配备的制动（刹车）装置和汽油引擎一样。靠的是类似“刹车片”的装置摩擦减速。Cummins 和小伙伴一上路就发现“刹车片”刹不住柴油引擎卡车。这就对柴油车的刹车系统造成了很大的压力。
这个顿悟在加州的一条险道上得到了升天升华。
这个地方就是卡洪隘道（Cajon Pass）。它是一条56千米长的陡峭且曲折的石子山路。山路上穿插着许许多多的十字路口。用现在的眼光看简直是卡车的冥道。
位于加州的卡洪隘道（Cajon Pass）。图片来源：wikipedia
Cummins 回忆。那天开到卡洪隘道附近的时候。Dave 正好要和他换班。他告诫 Cummins。到时一定要把大家都叫醒。但是真到了那儿。刹车片已经被摩擦得火热。完全顶不住了。用他的原话来说。他“绝望地”尝试减速。但是一点用也没有。后面的两个老弟也都因为车速过高而吓醒了。
接着。戏剧性的一幕出现了。远方有一个发着红光的东西正在横穿十字路口。他们定睛一看原来是一辆运货的火车。Cummins 说。当时 Dave 和 Ford 都崩溃了。在后面试图靠声波减速（大喊大叫）。幸运的是。当他们的卡车开到十字路口时。那辆火车的屁股恰好擦过。三个人总算没有当场去世。
这次惊险的旅途确实创了纪录：跨越5172千米的路程只用了97小时20分钟。但是那幕刹车失灵的场景也给 Cummins 留下了终身阴影。
在24年后。已经退休的 Cummins 开始在自家地下室里设计不会被摩擦坏的柴油引擎制动系统。1957年。Cummins 终于在费城的一个酒店旅馆里想到了解决方法。他的方案就是。用柴油引擎自己来踩刹车。
年迈的Cummins还在进行柴油引擎相关的研发。图片来源：美国机械工程师学会（ASME）
这个刹车系统叫做皆可博发动机制动器（Jacobs brake）。也常常被称为杰克刹车（Jake Brake）。或压缩释放式发动机制动。
杰克刹车的原理也不复杂。它其实就是靠“泄气”来减速。而这依靠的是柴油引擎的四冲程循环。
四冲程循环可以简单地归结为：吸气（进气）。憋气（压缩）。点火。放屁（排气）。
柴油引擎的四冲程循环。图片来源：jacobsvehiclesystems.com
在吸气阶段。引擎吸入了空气。
在憋气压缩阶段。空气被压缩。根据理想气体状态方程。气体体积越小。温度越高。这样柴油就被点燃了。第三阶段达成。
在最后的排气阶段。爆炸的气体膨胀。推动活塞往下。为车辆输入机械能。接着。活塞缩回。将废气排出。
Cummins 对排气管进行了改造。让司机可以手动打开排气阀。在柴油为卡车输入动力之前就将炙热的气体排出去。同时吸收卡车动力使这个过程重复。最终让卡车失去动力而减速。
Cummins设计的杰克刹车（右）在压缩后就将气体排出。把燃油动力“泄”掉。图片来源：jacobsvehiclesystems.com
当年他就为这个设计申请了专利。虽然后来的实践证明。杰克刹车能够有效延长柴油引擎的寿命（皆可博还称。杰克刹车可以将传统刹车的寿命延长2 - 3倍）。不过当时没有任何主流汽车厂商看好这种新型刹车系统。而它的最终面世还是靠着一层裙带关系。
原来。Cummins 的大侄子被爹妈安排了一次相亲。相亲对象是当时是世界上最大的钻头制造商 Jacobs Manufacturing Company 副主席的闺女。
这俩人一见面就对上眼了。而亲家也互相对上眼了。女方家长对 Cummins 的发明展现出了很强的兴趣。就这样在1961年。第一辆具有杰克刹车系统的卡车 Cummins NH 系列出厂。当然了。女方公司名 Jacobs 也是皆可博发动机制动器这个名字的由来。
美国机械工程师学会称。在之后的数十年里。杰克刹车一直是美国乃至全世界重型柴油卡车的标配（如CAT。Mack）。后来美国的军事车辆也采用了这种制动装置。我国的东风dCi。玉柴6K。西安康明斯等厂家也都装用杰克刹车系统。
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因为对柴油卡车性能和安全驾驶的贡献。杰克刹车被收录为第81个国家级机械工程历史地标（National Historic Mechanical Engineering Landmark）。
直到现在杰克刹车依然是重卡的主流辅助制动系统。
但是。杰克刹车也有很多缺点。第一就是排气时气体震动引发的巨大噪音。因此在靠近住宅密集区域。杰克刹车往往会被禁止使用。
禁止杰克刹车的标牌。图片来源：wikipedia
此外。杰克刹车一开就要排出许多废气。污染很大。而现在许多国家对柴油引擎提出了环保要求。所以杰克刹车也受到了来自新型制动系统（比如涡轮增压器）的竞争压力。
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最后要指出的是。大型车辆的制动系统往往有很多套。许多巴士和卡车在停车时那一声长而哀怨的“切”声并不来自杰克刹车。而来自另一种常见刹车系统——气动制动机。
气动制动的声音
简单来说。气动制动机是利用高压空气踩刹车的制动系统。在司机启动气动制动时。高压气体在被排出的同时使车轮停止滚动。这高压气体的泄气声就是大车停车“屁声”的来源了。
总而言之：
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参考资料：
https://docs.qq.com/doc/DVHh0bXJjckFWcm1C
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来源：把科学带回家
编辑：藏痴
