Vuoteen 1936 mennessä yläpuoliset venttiilit olivat tulleet brittiläisten ja eurooppalaisten moottoripyörien vakiokokoonpanoksi, kun taas amerikkalaiset valmistajat Harley-Davidson ja Indian valmistivat edelleen sivuventtiilisiä tai flathead-moottoreita. Tämä ei välttämättä ollut huono asia, sillä sivuventtiilimoottorit olivat yleensä yksinkertaisempia, koska niissä oli vähemmän liikkuvia osia, mikä teki niistä halvempia valmistaa, helpompia huoltaa ja paljon luotettavampia, vaikka ne olivatkin tehottomampia ja niillä oli taipumus käydä kuumana, mikä aiheutti muita ongelmia. Vaikka flathead-moottori kesti vuoteen 1973 asti, Servi-Carissa vuonna 1936 Harley-Davidsonin tulevaisuus näytti valoisalta, kun käyttöön otettiin Knucklehead-moottori, jossa oli yläpuoliset venttiilit ja työntövarret, jotka oli asennettu kahden ulomman putken sisään, jotka kulkivat kunkin sylinterin sivussa. Knucklehead-moottorista on peräisin moottorikonfiguraatio, joka on yhä nykyäänkin modernissa Harley-Davidson Milwaukee 8 -moottorissa.
Knucklehead Origins
1930-luvun alkuun mennessä flathead- eli sivuventtiilisen sylinterikannen rakenteen rajoitukset alkoivat käydä yhä selvemmiksi, varsinkin kun moottoreista haluttiin saada lisää tehoa. Ongelmana oli se, että venttiilit oli integroitu sylinterin päälohkoon, jossa ne altistuivat liialliselle lämmönmuodostukselle. Tämä johtui osittain siitä, että valurautaa käytettiin valussa, joka ei johda lämpöä hyvin. Tämä liiallinen kuumuus vääristi sylinteriä, myös venttiilimekanismia, mikä johti huonoon palamisen tiivistämiseen ja tehottomaan öljynohjaukseen. Venttiilien siirtäminen kohti sylinterin päätä poisti sylintereistä tärkeimmän lämmönlähteen – pakokaasut. Yläpuoliset venttiilit eivät kuitenkaan olleet täydellinen ratkaisu, sillä venttiilien ja heilurien voitelu vaati öljynkierron uudelleenajattelua aiheuttamatta liiallista vuotoa.
Jatkokehitys ja lopulta katoaminen
Voiteluongelman ratkaisemiseksi Harley-Davidson kehitti öljypumpun ja öljynkierrätysjärjestelmän, jossa öljyä säilytettiin etäsäiliössä. Aikaisemmin moottorit voiteltiin kokonaishäviöjärjestelmällä, jossa öljy syötettiin tippa kerrallaan kampikammioon, ruiskutettiin kampiakselilta liikkuviin osiin ja hävisi palamalla sylinterissä tai karkaamalla venttiilivarsien kautta. Pienitehoisissa, kevyesti kuormitetuissa moottoreissa tämä järjestelmä oli juuri ja juuri riittävä, mutta kun teho kasvoi, kampikammiossa ei ollut enää riittävästi öljyä, joka kuumeni aivan liian kuumaksi ja menetti suuren osan voiteluominaisuuksistaan. Harley-Davidsonin E-mallissa , jossa Knucklehead-moottori esiintyi ensimmäisen kerran, oli kuivasumppuvoitelujärjestelmä, jossa öljy virtasi liikkuviin osiin ja ylimääräinen öljy palautettiin öljysäiliöön. Tämä muun muassa alensi moottorin lämpötilaa.
Sodanjälkeinen aika ja Knuckleheadin loppu
Vaikka valuraudalla on huonot lämmönsiirto-ominaisuudet, kuten edellä todettiin, tämä ongelma voitettiin suurelta osin kiinnittämällä huomiota sylinterin pään ja sylinterin jäähdytysripojen huolelliseen suunnitteluun. Valuraudalla ei ollut vain haittoja: valimoilla oli paljon kokemusta tästä materiaalista, ja ne pystyivät antamaan sille monimutkaisia muotoja. Se oli myös tarpeeksi kovaa, jotta venttiilit saattoivat istua suoraan sen päälle ilman venttiilin istukoita ja jotta se muodosti sylinterin kulumista kestävän sisäpinnan. Jos valurauta lisäsi painoa, se ei ollut suuri ongelma, sillä uusi Knucklehead-moottori kehitti noin kaksi kertaa enemmän tehoa kuin flathead.
Johdanto ja ongelmat vuonna 1936
Knucklehead-moottorilla varustetun mallin 61E käyttöönotto merkitsi Harley-Davidsonille suurta edistysaskelta. Tehon lisäys oli ilmeisin etu, mutta vaihteisto oli nyt vakiovaihteinen yksikkö, joka oli paljon pehmeämpi kuin Indianin “crash”-vaihteisto. Haarukka- ja teräliitäntätangot, joiden ansiosta kahden sylinterin akselit olivat samassa tasossa, säilytettiin. Kuten monet muutkin uudet mallit, E-malli lanseerattiin ennen kuin moottori oli täysin testattu ja valmis. Öljyvuodot olivat erityinen ongelma, lähinnä keinukoteloista, koska tiivistyspinnat olivat liian monimutkaisen muotoisia, mikä johti tiivisteiden pettämiseen monien lämmitys- ja jäähdytysjaksojen jälkeen. Aluksi venttiilijouset ja -varret olivat paljaina, mutta ne koteloitiin kokonaan mallivuodesta 1938 alkaen.
Jatkokehitys ja mahdollinen katoaminen
Toinen maailmansota alkoi vuonna 1939, ja Yhdysvaltain suora osallistuminen alkoi vuoden 1941 lopulla, minkä ansiosta Harley-Davidsonin insinöörit saattoivat jatkaa Knucklehead-moottorin kehittämistä siihen asti. Vuonna 1941 Knuckleheadin iskutilavuus kasvatettiin 74 kuutiotuumaan alkuperäisestä 61 kuutiotuumasta, mikä tarjosi entistäkin enemmän tehoa ja joustavuutta.
Heti sodan jälkeen Harley-Davidson ei pystynyt täyttämään tilauksia, koska raaka-aineisiin – teräkseen, alumiiniin ja kumiin – sovellettiin edelleen kiintiöitä. Pian sen jälkeen alumiinia tuli kuitenkin vapaasti saataville sota-aikana romutettujen mekaanisten laitteiden suuren määrän vuoksi, mikä ironisesti merkitsi Knucklehead-moottorin lopun alkua.
Sodan päätyttyä Yhdysvaltain talous pystyi jälleen keskittymään koti- ja siviiliasioihin, kuten tiejärjestelmään, jossa rakennettiin paljon asfalttiteitä ja moottoriteitä. Näiden parannusten ansiosta keskinopeudet kasvoivat huomattavasti, mikä paljasti monien ennen sotaa suunniteltujen moottoreiden heikkoudet. Suurempi nopeus vaatii enemmän tehoa, ja suurempi teho synnyttää enemmän lämpöä, mikä oli ongelmallista täysin rautapohjaiselle Knucklehead-moottorille, joka ei kestänyt ylimääräistä lämpöä.
Vastauksena näihin tarpeisiin Harley-Davidsonin seuraavassa moottorissa oli rautasylinterit mutta alumiiniset sylinterikannet, ja sen keinukansi muistutti ylösalaisin käännettyä kattilaa. Näin syntyi Panhead-moottori, joka merkitsi Knucklehead-aikakauden loppua.
