I 1936 var overliggende ventiler blevet standardkonfigurationen for britiske og europæiske motorcykler, mens de amerikanske producenter Harley-Davidson og Indian stadig producerede sideventil- eller flathead-motorer. Det var ikke nødvendigvis en dårlig ting, da sideventilmotorer generelt var enklere, fordi de havde færre bevægelige dele, hvilket gjorde dem billigere at producere, lettere at vedligeholde og meget mere pålidelige, selv om de var mindre kraftfulde og havde tendens til at blive varme, hvilket gav andre problemer. Flathead-motoren holdt indtil 1973, men i Servi-Car i 1936 så fremtiden lys ud for Harley-Davidson med introduktionen af Knucklehead-motoren, som havde overliggende ventiler og stødstænger monteret inde i to ydre rør, der løb langs siden af hver cylinder. Knucklehead-motoren er oprindelsen til den motorkonfiguration, der stadig findes i dag i den moderne Harley-Davidson Milwaukee 8-motor.
Knucklehead Origins
I begyndelsen af 1930’erne blev begrænsningerne ved flathead- eller sideventil-cylinderhoveddesignet mere og mere tydelige, især da man søgte at få mere effekt ud af motorerne. Problemet var, at ventilerne var integreret i hovedcylinderblokken, hvor de blev udsat for overdreven varmeudvikling. Det skyldtes til dels brugen af støbejern til støbning, et materiale, der ikke afleder varmen godt. Denne overdrevne varme forvrængede cylinderen, herunder ventilmekanismen, hvilket førte til dårlig forsegling af forbrændingen og ineffektiv oliekontrol. Ved at flytte ventilerne ind mod topstykket fjernede man en vigtig varmekilde – udstødningsgasserne – fra cylindrene. Overliggende ventiler var dog ikke en perfekt løsning, da smøring af ventiler og svingstænger krævede en nytænkning af oliecirkulationen uden at forårsage overdreven lækage.
Fortsat udvikling og eventuel forsvinden
For at løse smøringsproblemet udviklede Harley-Davidson en oliepumpe og et recirkulationssystem med en ekstern tank til olien. Tidligere blev motorerne smurt ved hjælp af et totaltabssystem, hvor olien blev ført dråbe for dråbe ind i krumtaphuset, sprøjtet af krumtapakslen på bevægelige dele og tabt ved at brænde i cylinderen eller slippe ud gennem ventilstammerne. Med motorer med lav effekt og let belastning var dette system næsten tilstrækkeligt, men når effekten steg, var der ikke længere nok olie i krumtaphuset, som blev alt for varmt og mistede en stor del af sine smøreegenskaber. Harley-Davidsons Model E , hvor Knucklehead-motoren først dukkede op, havde et tørsumpsmøresystem, hvor olien flød til de bevægelige dele, og det overskydende blev sendt tilbage til oliereservoiret. Dette reducerede blandt andet motortemperaturen.
Efterkrigstiden og afslutningen på Knucklehead
Selvom støbejern har dårlige varmeafledningsegenskaber, som nævnt ovenfor, blev dette problem i vid udstrækning overvundet ved omhyggelig opmærksomhed på designet af topstykket og cylinderens køleribber. Støbejern havde ikke kun ulemper: Støberierne havde stor erfaring med dette materiale og kunne give det komplekse former. Det var også hårdt nok til, at ventilerne kunne sidde direkte på det, uden at det var nødvendigt at indsætte ventilsæder, og til at danne en slidstærk indre cylinderoverflade. Hvis støbejernet tilføjede vægt, var det ikke et stort problem, da den nye Knucklehead-motor udviklede omkring dobbelt så meget kraft som flathead-motoren.
Introduktion og problemer i 1936
Introduktionen af Model 61E med Knucklehead-motoren repræsenterede et stort skridt fremad for Harley-Davidson. Den øgede effekt var den mest åbenlyse fordel, men gearkassen var nu en enhed med konstant gear, der var meget mere jævn end Indians “crash”-gearkasse. Forbindelsesstængerne med gaffel og blad, som placerede de to cylindres akser i samme plan, blev bibeholdt. Men som med mange nye modeller blev E-modellen lanceret, før motoren var fuldt testet og klar. Olielækager var et særligt problem, hovedsageligt fra vippekasserne, på grund af den alt for komplekse form på tætningsfladerne, som førte til tætningsfejl efter mange opvarmnings- og afkølingscyklusser. Til at begynde med var ventilfjedrene og -stænglerne synlige, men de blev lukket helt inde fra modelåret 1938.
Fortsat udvikling og mulig forsvinden
Anden Verdenskrig begyndte i 1939, og USA’s direkte involvering begyndte i slutningen af 1941, hvilket gjorde det muligt for Harley-Davidsons ingeniører at fortsætte udviklingen af Knucklehead-motoren indtil da. I 1941 blev Knuckleheads slagvolumen øget til 74 kubiktommer fra de oprindelige 61 kubiktommer, hvilket gav endnu mere kraft og fleksibilitet.
Umiddelbart efter krigen var Harley-Davidson ikke i stand til at imødekomme ordrer på grund af de kvoter, der stadig var på råmaterialer – stål, aluminium og gummi. Men kort efter blev aluminium frit tilgængeligt på grund af den store mængde skrottet mekanisk udstyr fra krigen, hvilket ironisk nok markerede begyndelsen på enden for Knucklehead-motoren.
Med krigens afslutning kunne den amerikanske økonomi igen fokusere på indenlandske og civile anliggender, herunder vejsystemet med mange asfalterede veje og anlæggelse af motorveje. Disse forbedringer gjorde det muligt at øge gennemsnitshastighederne betydeligt, hvilket afslørede svaghederne ved mange motorer, der var designet før krigen. Mere fart kræver mere kraft, og mere kraft genererer mere varme, hvilket var problematisk for Knucklehead-motoren, der kun bestod af jern, og som ikke kunne håndtere den overskydende varme.
Som svar på disse behov havde Harley-Davidsons næste motor cylindre af jern, men topstykker af aluminium og et vippedæksel, der lignede en vendt gryde. Således blev Panhead-motoren født og markerede afslutningen på Knucklehead-æraen.
