V roce 1936 se horní ventily staly standardní konfigurací britských a evropských motocyklů, zatímco američtí výrobci Harley-Davidson a Indian stále vyráběli motory s postranními ventily nebo motory s plochou hlavou. To nemuselo být nutně špatně, protože motory s bočními ventily byly obecně jednodušší v tom smyslu, že měly méně pohyblivých částí, což zlevňovalo jejich výrobu, usnadňovalo údržbu a bylo mnohem spolehlivější, i když byly méně výkonné a měly tendenci se zahřívat, což způsobovalo další problémy. Ačkoli motor s plochými ventily vydržel až do roku 1973, v roce 1936 se v modelu Servi-Car objevil motor Knucklehead, který měl horní ventily a tlačné tyče umístěné uvnitř dvou vnějších trubek, které vedly po stranách každého válce, a budoucnost tak pro Harley-Davidson vypadala jasně. Motor Knucklehead je původem konfigurace motoru, která se dodnes vyskytuje v moderním motoru Harley-Davidson Milwaukee 8.

Knucklehead Origins

Počátkem třicátých let 20. století se stále více projevovala omezení konstrukce hlavy válců s plochou hlavou, neboli s postranními ventily, a to zejména proto, že se od motorů požadoval vyšší výkon. Problém spočíval v tom, že ventily byly integrovány do hlavního bloku válců, kde byly vystaveny nadměrnému zahřívání. Částečně to bylo způsobeno použitím litiny pro lisování, materiálu, který špatně odvádí teplo. Toto nadměrné teplo deformovalo válec včetně ventilového mechanismu, což vedlo ke špatnému utěsnění spalování a neúčinné regulaci oleje. Přesunutím ventilů směrem k hlavě válců se odstranil hlavní zdroj tepla – výfukové plyny – z válců. Horní ventily však nebyly dokonalým řešením, protože mazání ventilů a kyvných ramen vyžadovalo přehodnotit cirkulaci oleje, aniž by docházelo k jeho nadměrnému úniku.

Pokračování vývoje a případný zánik

Pro vyřešení problému s mazáním vyvinula společnost Harley-Davidson olejové čerpadlo a recirkulační systém se vzdálenou nádrží na olej. Dříve byly motory mazány systémem totálních ztrát, kdy byl olej přiváděn po kapkách do klikové skříně, rozstřikován klikovým hřídelem na pohyblivé díly a ztrácel se spalováním ve válci nebo unikal přes dříky ventilů. U málo zatížených motorů s nízkým výkonem tento systém téměř postačoval, ale když se výkon zvýšil, v klikové skříni už nebylo dost oleje, který se příliš zahřál a ztratil většinu svých mazacích vlastností. Harley-Davidson Model E , na kterém se motor Knucklehead objevil poprvé, měl systém mazání se suchou vanou, kdy olej proudil k pohyblivým částem a přebytek se vracel do olejové nádrže. Tím se mimo jiné snížila teplota motoru.

Poválečné období a konec modelu Knucklehead

Ačkoli má litina špatné vlastnosti při odvodu tepla, jak bylo uvedeno výše, tento problém byl do značné míry překonán pečlivou pozorností věnovanou konstrukci hlavy válců a chladicích žeber válců. Litina neměla jen nevýhody: slévárny měly s tímto materiálem velké zkušenosti a mohly mu dávat složité tvary. Byla také dostatečně tvrdá, aby na ni mohly ventily dosedat přímo, bez nutnosti vkládat ventilová sedla, a aby tvořila vnitřní povrch válce odolný proti opotřebení. Pokud litina zvyšovala hmotnost, nebyl to zásadní problém, protože nový motor Knucklehead dosahoval přibližně dvojnásobného výkonu oproti motoru flathead.

Úvod a problémy roku 1936

Představení modelu 61E s motorem Knucklehead představovalo pro Harley-Davidson významný krok vpřed. Zvýšení výkonu bylo nejzřetelnějším přínosem, ale převodovka byla nyní jednotkou s konstantním převodem, mnohem plynulejší než “nárazová” převodovka Indian. Vidlicové a lopatkové ojnice, díky nimž byly osy obou válců ve stejné rovině, zůstaly zachovány. Stejně jako u mnoha jiných nových modelů byl však model E uveden na trh dříve, než byl motor plně otestován a připraven. Problémem byly zejména úniky oleje, především z vahadel, a to kvůli příliš složitému tvaru těsnicích ploch, což vedlo k selhání těsnění po mnoha cyklech zahřívání a chlazení. Zpočátku byly ventilové pružiny a dříky odhalené, ale od modelového roku 1938 byly zcela uzavřené.

Pokračování vývoje a možný zánik

Druhá světová válka začala v roce 1939 a přímá účast USA začala koncem roku 1941, což umožnilo konstruktérům Harley-Davidson pokračovat ve vývoji motoru Knucklehead až do té doby. V roce 1941 byl zdvihový objem motoru Knucklehead zvýšen z původních 61 cm3 na 74 cm3, což nabídlo ještě vyšší výkon a pružnost.

Bezprostředně po válce nebyl Harley-Davidson schopen plnit objednávky kvůli stále platným kvótám na suroviny – ocel, hliník a gumu. Krátce poté se však hliník stal volně dostupným díky velkému množství vyřazených válečných mechanických zařízení, což paradoxně znamenalo začátek konce motoru Knucklehead.

S koncem války se americká ekonomika mohla opět soustředit na domácí a civilní záležitosti, včetně silničního systému, s mnoha asfaltovými silnicemi a výstavbou dálnic. Tato zlepšení umožnila výrazně zvýšit průměrnou rychlost, což odhalilo slabiny mnoha motorů navržených před válkou. Větší rychlost vyžaduje větší výkon a větší výkon generuje více tepla, což bylo problematické pro celolitinový motor Knucklehead, který se s přebytečným teplem nedokázal vyrovnat.

V reakci na tyto potřeby měl další motor Harley-Davidson železné válce, ale hliníkové hlavy válců s vahadlem připomínajícím obrácený kastrol. Tak se zrodil motor Panhead, který znamenal konec éry Knucklehead.