Μέχρι το 1936, οι βαλβίδες πάνω από το κεφάλι είχαν γίνει η προεπιλεγμένη διαμόρφωση για τις βρετανικές και ευρωπαϊκές μοτοσικλέτες, ενώ οι αμερικανικές κατασκευάστριες εταιρείες Harley-Davidson και Indian εξακολουθούσαν να παράγουν κινητήρες με πλευρικές βαλβίδες ή flathead. Αυτό δεν ήταν απαραίτητα κακό, καθώς οι κινητήρες με πλευρικές βαλβίδες ήταν γενικά απλούστεροι, καθώς είχαν λιγότερα κινούμενα μέρη, γεγονός που τους έκανε φθηνότερους στην παραγωγή, ευκολότερους στη συντήρηση και πολύ πιο αξιόπιστους, αν και ήταν λιγότερο ισχυροί και είχαν την τάση να τρέχουν ζεστά, γεγονός που προκαλούσε άλλα προβλήματα. Παρόλο που ο κινητήρας flathead άντεξε μέχρι το 1973, στο Servi-Car του 1936 το μέλλον φαινόταν λαμπρό για τη Harley-Davidson με την εισαγωγή του κινητήρα Knucklehead, ο οποίος διέθετε βαλβίδες overhead και ωστήρια τοποθετημένα μέσα σε δύο εξωτερικούς σωλήνες που έτρεχαν κατά μήκος της πλευράς κάθε κυλίνδρου. Ο κινητήρας Knucklehead αποτελεί την προέλευση της διαμόρφωσης του κινητήρα που υπάρχει ακόμα και σήμερα στον σύγχρονο κινητήρα Milwaukee 8 της Harley-Davidson.
Knucklehead Origins
Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1930, οι περιορισμοί του σχεδιασμού της κυλινδροκεφαλής flathead ή side-valve, γίνονταν όλο και πιο εμφανείς, ειδικά καθώς επιζητούνταν μεγαλύτερη ισχύς από τους κινητήρες. Το πρόβλημα ήταν ότι οι βαλβίδες ήταν ενσωματωμένες στο κύριο μπλοκ κυλίνδρων, όπου ήταν εκτεθειμένες σε υπερβολική συσσώρευση θερμότητας. Αυτό οφειλόταν εν μέρει στη χρήση χυτοσιδήρου για τη χύτευση, ένα υλικό που δεν διαχέει καλά τη θερμότητα. Αυτή η υπερβολική θερμότητα παραμόρφωσε τον κύλινδρο, συμπεριλαμβανομένου του μηχανισμού των βαλβίδων, οδηγώντας σε κακή στεγανοποίηση της καύσης και αναποτελεσματικό έλεγχο του λαδιού. Η μετακίνηση των βαλβίδων προς την κυλινδροκεφαλή εξάλειψε μια σημαντική πηγή θερμότητας – τα καυσαέρια – από τους κυλίνδρους. Ωστόσο, οι overhead βαλβίδες δεν αποτελούσαν τέλεια λύση, καθώς η λίπανση των βαλβίδων και των ψαλιδιών απαιτούσε επανεξέταση της κυκλοφορίας του λαδιού χωρίς να προκαλείται υπερβολική διαρροή.
Συνέχιση της εξέλιξης και τελική εξαφάνιση
Για να λύσει το πρόβλημα της λίπανσης, η Harley-Davidson ανέπτυξε μια αντλία λαδιού και ένα σύστημα ανακυκλοφορίας, με μια απομακρυσμένη δεξαμενή που συγκρατούσε το λάδι. Προηγουμένως, οι κινητήρες λιπαίνονταν με ένα σύστημα ολικής απώλειας, στο οποίο το λάδι διοχετευόταν σταγόνα-σταγόνα στο στροφαλοθάλαμο, ψεκάζονταν από το στροφαλοφόρο άξονα στα κινούμενα μέρη και χανόταν με καύση στον κύλινδρο ή με διαφυγή μέσω των στελεχών των βαλβίδων. Με κινητήρες χαμηλής ισχύος και ελαφρού φορτίου, αυτό το σύστημα ήταν σχεδόν επαρκές, αλλά όταν η ισχύς αυξανόταν, δεν υπήρχε πλέον αρκετό λάδι στο στροφαλοθάλαμο, ο οποίος θερμαινόταν υπερβολικά και έχανε μεγάλο μέρος των λιπαντικών του ιδιοτήτων. Το μοντέλο E της Harley-Davidson , στο οποίο πρωτοεμφανίστηκε ο κινητήρας Knucklehead, διέθετε σύστημα λίπανσης ξηρού κάρτερ, με το λάδι να ρέει στα κινούμενα μέρη και το πλεόνασμα να επιστρέφει στο δοχείο λαδιού. Μεταξύ άλλων, αυτό μείωνε τη θερμοκρασία του κινητήρα.
Μεταπολεμικά και το τέλος του Knucklehead
Αν και ο χυτοσίδηρος έχει φτωχές ιδιότητες απαγωγής της θερμότητας, όπως προαναφέρθηκε, το πρόβλημα αυτό ξεπεράστηκε σε μεγάλο βαθμό με την προσεκτική σχεδίαση της κυλινδροκεφαλής και των πτερυγίων ψύξης του κυλίνδρου. Ο χυτοσίδηρος δεν είχε μόνο μειονεκτήματα: τα χυτήρια είχαν μεγάλη εμπειρία με αυτό το υλικό και μπορούσαν να του δώσουν πολύπλοκα σχήματα. Ήταν επίσης αρκετά σκληρό ώστε οι βαλβίδες να κάθονται απευθείας πάνω του, χωρίς να χρειάζεται να τοποθετηθούν έδρες βαλβίδων, και να σχηματίζει μια εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου ανθεκτική στη φθορά. Αν ο χυτοσίδηρος πρόσθετε βάρος, αυτό δεν αποτελούσε σημαντικό πρόβλημα, καθώς ο νέος κινητήρας Knucklehead απέδιδε περίπου διπλάσια ισχύ από τον flathead.
Εισαγωγή και προβλήματα του 1936
Η εισαγωγή του μοντέλου 61E με τον κινητήρα Knucklehead αποτέλεσε ένα σημαντικό βήμα προόδου για τη Harley-Davidson. Η αύξηση της ισχύος ήταν το πιο προφανές πλεονέκτημα, αλλά το κιβώτιο ταχυτήτων ήταν πλέον μια μονάδα σταθερού κιβωτίου ταχυτήτων, πολύ πιο ομαλή από το κιβώτιο ταχυτήτων “συντριβής” της Indian. Διατηρήθηκαν οι συνδετήριες ράβδοι με πιρούνι και λεπίδα, οι οποίες τοποθετούσαν τους άξονες των δύο κυλίνδρων στο ίδιο επίπεδο. Ωστόσο, όπως συμβαίνει με πολλά νέα μοντέλα, το μοντέλο E λανσαρίστηκε πριν ο κινητήρας δοκιμαστεί πλήρως και είναι έτοιμος. Οι διαρροές λαδιού αποτελούσαν ιδιαίτερο πρόβλημα, κυρίως από τα στροφαλοφόρα κιβώτια, λόγω του υπερβολικά πολύπλοκου σχήματος των επιφανειών στεγανοποίησης, το οποίο οδηγούσε σε αστοχία της στεγανοποίησης μετά από πολλούς κύκλους θέρμανσης και ψύξης. Αρχικά, τα ελατήρια και τα στελέχη των βαλβίδων ήταν εκτεθειμένα, αλλά από το έτος μοντέλου 1938 κλείστηκαν πλήρως.
Συνέχιση της εξέλιξης και πιθανή εξαφάνιση
Ο Β’ Παγκόσμιος Πόλεμος ξεκίνησε το 1939 και η άμεση εμπλοκή των ΗΠΑ άρχισε στα τέλη του 1941, επιτρέποντας στους μηχανικούς της Harley-Davidson να συνεχίσουν την ανάπτυξη του κινητήρα Knucklehead μέχρι τότε. Το 1941, ο κυβισμός του Knucklehead αυξήθηκε σε 74 κυβικές ίντσες από τις αρχικές 61 κυβικές ίντσες, προσφέροντας ακόμα μεγαλύτερη ισχύ και ευελιξία.
Αμέσως μετά τον πόλεμο, η Harley-Davidson δεν μπορούσε να ανταποκριθεί στις παραγγελίες λόγω των ποσοστώσεων που εξακολουθούσαν να ισχύουν για τις πρώτες ύλες – ατσάλι, αλουμίνιο και καουτσούκ. Ωστόσο, λίγο αργότερα, το αλουμίνιο έγινε ελεύθερα διαθέσιμο λόγω του μεγάλου όγκου του μηχανολογικού εξοπλισμού που είχε διαλυθεί κατά τη διάρκεια του πολέμου, γεγονός που ειρωνικά σηματοδότησε την αρχή του τέλους για τον κινητήρα Knucklehead.
Με το τέλος του πολέμου, η οικονομία των ΗΠΑ μπόρεσε να επικεντρωθεί και πάλι στις εγχώριες και πολιτικές υποθέσεις, συμπεριλαμβανομένου του οδικού συστήματος, με πολλούς ασφαλτοστρωμένους δρόμους και την κατασκευή αυτοκινητοδρόμων. Αυτές οι βελτιώσεις επέτρεψαν τη σημαντική αύξηση των μέσων ταχυτήτων, γεγονός που αποκάλυψε τις αδυναμίες πολλών κινητήρων που είχαν σχεδιαστεί πριν από τον πόλεμο. Η μεγαλύτερη ταχύτητα απαιτεί μεγαλύτερη ισχύ, και η μεγαλύτερη ισχύς παράγει περισσότερη θερμότητα, κάτι που ήταν προβληματικό για τον αμιγώς σιδερένιο κινητήρα Knucklehead, ο οποίος δεν μπορούσε να διαχειριστεί την υπερβολική θερμότητα.
Ως απάντηση σε αυτές τις ανάγκες, ο επόμενος κινητήρας της Harley-Davidson διέθετε σιδερένιους κυλίνδρους, αλλά κυλινδροκεφαλές από αλουμίνιο, με ένα κάλυμμα ροδέλας που έμοιαζε με αναποδογυρισμένη κατσαρόλα. Έτσι γεννήθηκε ο κινητήρας Panhead, σηματοδοτώντας το τέλος της εποχής των Knucklehead.
