不知道⼤家注意到没有,⼤型⻋辆,⽐如卡⻋和巴⼠减速经过时,常常发出类似“tui tui tui”的⾼频短促噪⾳。⼤卡⻋和巴⼠的巨⼤“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。
卡⻋和巴⼠的“屁”声和它们烧的油有关。许多⼤型⻋辆烧的是柴油,⽽不是⼩轿⻋的汽油,⽽⽤柴油的卡⻋采⽤的引擎是柴油引擎,⽽不是⼩轿⻋的汽油引擎。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,现在康明斯牌卡⻋⽤的就是他的姓。不过在20世纪初,柴油引擎卡⻋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⻋,从纽约⼀直开到洛杉矶,想要创造卡⻋⻋速的记录。
Cummins 没有料到的是,他差点创造了卡⻋⻋祸的记录。Cummins 三⼈组在美国汽⻋协会的⻅证下,在当时他们驾驶的柴油卡⻋前的留影。实际上柴油引擎在发明之初配备的制动(刹⻋)装置和汽油引擎⼀样,靠的是类似“刹⻋⽚”的装置摩擦减速。Cummins 和⼩伙伴⼀上路就发现“刹⻋⽚”刹不住柴油引擎卡⻋,这就对柴油⻋的刹⻋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华。
这个地⽅就是卡洪隘道。它是⼀条56千⽶⻓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⻋的冥道。位于加州的卡洪隘道。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,刹⻋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⻋速过⾼⽽吓醒了。
接着,戏剧性的⼀幕出现了。远⽅有⼀个发着红光的东⻄正在横穿⼗字路⼝。他们定睛⼀看原来是⼀辆运货的⽕⻋。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,当他们的卡⻋开到⼗字路⼝时,那辆⽕⻋的屁股恰好擦过,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。但是那幕刹⻋失灵的场景也给 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⻋。
这个刹⻋系统叫做皆可博发动机制动器,也常常被称为杰克刹⻋,或压缩释放式发动机制动。杰克刹⻋的原理也不复杂,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)。
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,为⻋辆输⼊机械能。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,在柴油为卡⻋输⼊动⼒之前就将炙热的⽓体排出去,同时吸收卡⻋动⼒使这个过程重复,最终让卡⻋失去动⼒⽽减速。
当年他就为这个设计申请了专利。虽然后来的实践证明,杰克刹⻋能够有效延⻓柴油引擎的寿命,不过当时没有任何主流汽⻋⼚商看好这种新型刹⻋系统,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。这俩⼈⼀⻅⾯就对上眼了,⽽亲家也互相对上眼了。
⼥⽅家⻓对 Cummins 的发明展现出了很强的兴趣。就这样在1961年,第⼀辆具有杰克刹⻋系统的卡⻋ 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,杰克刹⻋⼀直是美国乃⾄全世界重型柴油卡⻋的标配,后来美国的军事⻋辆也采⽤了这种制动装置。我国的东⻛dCi、⽟柴6K、⻄安康明斯等⼚家也都装⽤杰克刹⻋系统。因为对柴油卡⻋性能和安全驾驶的贡献,杰克刹⻋被收录为第81个国家级机械⼯程历史地标。直到现在杰克刹⻋依然是重卡的主流辅助制动系统。
但是,杰克刹⻋也有很多缺点,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,杰克刹⻋往往会被禁⽌使⽤。此外,杰克刹⻋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,所以杰克刹⻋也受到了来⾃新型制动系统(⽐如涡轮增压器)的竞争压⼒。
最后要指出的是,⼤型⻋辆的制动系统往往有很多套,许多巴⼠和卡⻋在停⻋时那⼀声⻓⽽哀怨的“切”声并不来⾃杰克刹⻋,⽽来⾃另⼀种常⻅刹⻋系统——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⻋的制动系统。在司机启动⽓动制动时,⾼压⽓体在被排出的同时使⻋轮停⽌滚动,这⾼压⽓体的泄⽓声就是⼤⻋停⻋“屁声”的来源了。