In 1936 waren bovenliggende kleppen de standaardconfiguratie geworden voor Britse en Europese motorfietsen, terwijl de Amerikaanse fabrikanten Harley-Davidson en Indian nog steeds zijklepmotoren of flathead-motoren produceerden. Dit was niet noodzakelijkerwijs een slechte zaak, want zijklepmotoren waren over het algemeen eenvoudiger omdat ze minder bewegende delen hadden, waardoor ze goedkoper te produceren, makkelijker te onderhouden en veel betrouwbaarder waren, hoewel ze minder krachtig waren en de neiging hadden om warm te lopen, wat weer andere problemen veroorzaakte. Hoewel de flathead-motor tot 1973 bleef bestaan, zag de toekomst er in 1936 rooskleurig uit voor Harley-Davidson met de introductie van de Knucklehead-motor, die was voorzien van bovenliggende kleppen en stoterstangen in twee buitenste buizen die langs de zijkant van elke cilinder liepen. De Knucklehead-motor is de oorsprong van de motorconfiguratie die vandaag de dag nog steeds bestaat in de moderne Harley-Davidson Milwaukee 8-motor.
Knucklehead Origins
Aan het begin van de jaren 1930 werden de beperkingen van het ontwerp van de cilinderkop met platte kleppen of zijkleppen steeds duidelijker, vooral omdat men meer vermogen uit de motoren wilde halen. Het probleem was dat de kleppen in het hoofdcilinderblok waren geïntegreerd, waar ze werden blootgesteld aan overmatige warmteontwikkeling. Dit was deels te wijten aan het gebruik van gietijzer voor het gieten, een materiaal dat warmte niet goed afvoert. Deze overmatige hitte vervormde de cilinder, inclusief het kleppenmechanisme, wat leidde tot een slechte afdichting van de verbranding en een inefficiënte oliecontrole. Door de kleppen naar de cilinderkop te verplaatsen, werd een belangrijke warmtebron – de uitlaatgassen – uit de cilinders verwijderd. Bovenliggende kleppen waren echter geen perfecte oplossing, omdat voor de smering van de kleppen en swingarms een nieuwe benadering van de oliecirculatie nodig was, zonder dat er overmatige lekkage optrad.
Doorontwikkeling en uiteindelijke verdwijning
Om het smeringsprobleem op te lossen, ontwikkelde Harley-Davidson een oliepomp en recirculatiesysteem, met een externe tank voor de olie. Voorheen werden motoren gesmeerd door een “total loss” systeem, waarbij olie druppelsgewijs in het carter werd gebracht, door de krukas op bewegende delen werd gespoten en verloren ging door verbranding in de cilinder of ontsnapping via de klepstelen. Bij motoren met een laag vermogen en lichte belasting voldeed dit systeem net, maar naarmate het vermogen toenam, was er niet meer genoeg olie in het carter, dat veel te heet werd en veel van zijn smerende eigenschappen verloor. Harley-Davidson’s Model E , waarop de Knucklehead-motor voor het eerst verscheen, had een dry sump-smeringssysteem, waarbij de olie naar de bewegende delen stroomde en het overschot naar het oliereservoir werd teruggevoerd. Dit verlaagde onder andere de motortemperatuur.
Na de oorlog en het einde van de Knucklehead
Hoewel gietijzer zoals gezegd een slechte warmteafvoer had, werd dit probleem grotendeels ondervangen door zorgvuldige aandacht te besteden aan het ontwerp van de cilinderkop en de koelribben van de cilinder. Gietijzer had niet alleen nadelen: gieterijen hadden veel ervaring met dit materiaal en konden het complexe vormen geven. Het was ook hard genoeg zodat kleppen er direct op konden zitten, zonder dat er klepzittingen in hoefden te worden gezet, en om een slijtvast binnenoppervlak van de cilinder te vormen. Het extra gewicht van het gietijzer was geen groot probleem, want de nieuwe Knucklehead-motor ontwikkelde ongeveer twee keer zoveel vermogen als de flathead.
Introductie en problemen van 1936
De introductie van het Model 61E met de Knucklehead-motor betekende een grote stap voorwaarts voor Harley-Davidson. De toename in vermogen was het meest voor de hand liggende voordeel, maar de versnellingsbak was nu een eenheid met constante versnellingen, veel soepeler dan de ‘crash’-versnellingsbak van de Indian. De vork-en-blad drijfstangen, die de assen van de twee cilinders in hetzelfde vlak plaatsten, werden behouden. Maar zoals met veel nieuwe modellen, werd het E-model gelanceerd voordat de motor volledig getest en klaar was. Olielekkages waren een bijzonder probleem, vooral bij de tuimelaars, door de te complexe vorm van de afdichtingsvlakken, waardoor de afdichting na veel opwarm- en afkoelcycli defect raakte. Aanvankelijk waren de klepveren en -stelen zichtbaar, maar vanaf modeljaar 1938 werden ze volledig omsloten.
Doorontwikkeling en mogelijke verdwijning
De Tweede Wereldoorlog begon in 1939 en de directe betrokkenheid van de VS begon eind 1941, waardoor de technici van Harley-Davidson tot die tijd door konden gaan met de ontwikkeling van de Knucklehead-motor. In 1941 werd de cilinderinhoud van de Knucklehead vergroot van de oorspronkelijke 61 kubieke inch tot 74 kubieke inch, wat nog meer vermogen en flexibiliteit bood.
Direct na de oorlog kon Harley-Davidson niet aan de orders voldoen vanwege de nog steeds geldende quota’s op grondstoffen – staal, aluminium en rubber. Kort daarna kwam aluminium echter vrij beschikbaar door de grote hoeveelheid afgedankte mechanische apparatuur uit de oorlogstijd, wat ironisch genoeg het begin van het einde betekende voor de Knucklehead-motor.
Met het einde van de oorlog kon de Amerikaanse economie zich weer richten op binnenlandse en civiele zaken, waaronder het wegennet, met veel geasfalteerde wegen en de aanleg van snelwegen. Door deze verbeteringen konden de gemiddelde snelheden aanzienlijk toenemen, waardoor de zwakke punten van veel motoren die voor de oorlog waren ontworpen aan het licht kwamen. Meer snelheid vereist meer vermogen en meer vermogen genereert meer warmte, wat problematisch was voor de volledig ijzeren Knucklehead-motor, die de overtollige warmte niet aankon.
Als antwoord op deze behoeften kreeg de volgende motor van Harley-Davidson ijzeren cilinders maar aluminium cilinderkoppen, met een tuimeldeksel dat leek op een omgekeerde steelpan. De Panhead-motor was geboren en betekende het einde van het Knucklehead-tijdperk.
