Em 1936, as válvulas à cabeça tinham-se tornado a configuração padrão para as motos britânicas e europeias, enquanto os fabricantes americanos Harley-Davidson e Indian ainda produziam motores de válvulas laterais ou de cabeça chata. Isto não era necessariamente mau, uma vez que os motores de válvula lateral eram geralmente mais simples, pois tinham menos peças móveis, o que os tornava mais baratos de produzir, mais fáceis de manter e muito mais fiáveis, embora fossem menos potentes e tivessem tendência para aquecer, o que causava outros problemas. Embora o motor de cabeça chata tenha durado até 1973, no Servi-Car, em 1936, o futuro parecia promissor para a Harley-Davidson com a introdução do motor Knucklehead, que apresentava válvulas à cabeça e hastes montadas no interior de dois tubos exteriores que corriam ao longo de cada cilindro. O motor Knucklehead está na origem da configuração do motor que ainda hoje existe no moderno motor Harley-Davidson Milwaukee 8.
Origens do Knucklehead
No início da década de 1930, as limitações do design da cabeça de cilindro de cabeça plana, ou de válvula lateral, estavam a tornar-se cada vez mais evidentes, especialmente à medida que se procurava obter mais potência dos motores. O problema era que as válvulas estavam integradas no bloco de cilindros principal, onde estavam expostas a uma acumulação excessiva de calor. Isto devia-se em parte à utilização de ferro fundido para moldagem, um material que não dissipa bem o calor. Este calor excessivo distorcia o cilindro, incluindo o mecanismo da válvula, levando a uma má vedação da combustão e a um controlo ineficaz do óleo. A deslocação das válvulas para a cabeça do cilindro eliminou uma importante fonte de calor – os gases de escape – dos cilindros. No entanto, as válvulas no cabeçote não eram uma solução perfeita, pois a lubrificação das válvulas e dos braços oscilantes exigia um repensar da circulação de óleo sem causar vazamentos excessivos.
Desenvolvimento contínuo e eventual desaparecimento
Para resolver o problema de lubrificação, a Harley-Davidson desenvolveu uma bomba de óleo e um sistema de recirculação, com um tanque remoto que retém o óleo. Anteriormente, os motores eram lubrificados por um sistema de perda total, no qual o óleo era introduzido gota a gota no cárter, pulverizado pela cambota sobre as peças móveis e perdido por queima no cilindro ou por fuga através das hastes das válvulas. Com motores de baixa potência e pouco carregados, este sistema era praticamente suficiente, mas quando a potência aumentava, já não havia óleo suficiente no cárter, que ficava demasiado quente e perdia grande parte das suas propriedades lubrificantes. O Modelo E da Harley-Davidson , no qual o motor Knucklehead apareceu pela primeira vez, apresentava um sistema de lubrificação por cárter seco, com o óleo a fluir para as peças móveis e o excesso a ser devolvido ao reservatório de óleo. Entre outras coisas, isso reduziu a temperatura do motor.
Pós-guerra e o fim do Knucklehead
Embora o ferro fundido tenha fracas qualidades de dissipação de calor, como referido anteriormente, este problema foi largamente ultrapassado através de uma atenção cuidadosa ao design da cabeça do cilindro e das aletas de arrefecimento do cilindro. O ferro fundido não tinha apenas desvantagens: as fundições tinham uma grande experiência com este material e podiam dar-lhe formas complexas. Também era suficientemente duro para que as válvulas assentassem diretamente sobre ele, sem necessidade de inserir sedes de válvula, e para formar uma superfície interna do cilindro resistente ao desgaste. Se o ferro fundido aumentava o peso, não era um grande problema, uma vez que o novo motor Knucklehead desenvolvia cerca do dobro da potência do motor de cabeça chata.
Introdução e problemas de 1936
A introdução do Modelo 61E com o motor Knucklehead representou um grande passo em frente para a Harley-Davidson. O aumento da potência foi o benefício mais óbvio, mas a caixa de velocidades era agora uma unidade de engrenagem constante, muito mais suave do que a caixa de velocidades “crash” da Indian. As bielas de garfo e lâmina, que colocam os eixos dos dois cilindros no mesmo plano, foram mantidas. No entanto, como acontece com muitos modelos novos, o modelo E foi lançado antes de o motor estar completamente testado e pronto. As fugas de óleo constituíam um problema particular, principalmente nas caixas de balancins, devido à forma excessivamente complexa das superfícies de vedação, o que levou à falha da vedação após muitos ciclos de aquecimento e arrefecimento. Inicialmente, as molas e as hastes das válvulas estavam expostas, mas foram completamente fechadas a partir do ano modelo de 1938.
Desenvolvimento contínuo e possível desaparecimento
A Segunda Guerra Mundial teve início em 1939 e o envolvimento direto dos EUA começou no final de 1941, permitindo que os engenheiros da Harley-Davidson continuassem a desenvolver o motor Knucklehead até essa altura. Em 1941, a cilindrada do Knucklehead foi aumentada para 74 polegadas cúbicas em relação às 61 polegadas cúbicas originais, oferecendo ainda mais potência e flexibilidade.
Imediatamente após a guerra, a Harley-Davidson não conseguiu satisfazer as encomendas devido às quotas ainda em vigor para as matérias-primas – aço, alumínio e borracha. No entanto, pouco tempo depois, o alumínio tornou-se livremente disponível devido à grande quantidade de equipamentos mecânicos desmantelados em tempo de guerra, o que ironicamente marcou o início do fim do motor Knucklehead.
Com o fim da guerra, a economia dos EUA pôde concentrar-se novamente nos assuntos domésticos e civis, incluindo o sistema rodoviário, com muitas estradas alcatroadas e a construção de auto-estradas. Estas melhorias permitiram que as velocidades médias aumentassem consideravelmente, o que revelou os pontos fracos de muitos motores concebidos antes da guerra. Mais velocidade requer mais potência, e mais potência gera mais calor, o que era problemático para o motor Knucklehead todo em ferro, que não conseguia lidar com o excesso de calor.
Em resposta a essas necessidades, o próximo motor da Harley-Davidson apresentava cilindros de ferro, mas cabeçotes de alumínio, com uma tampa de balancim semelhante a uma panela virada para cima. Assim nasceu o motor Panhead, marcando o fim da era Knucklehead.
