„THE THEORY OF EVOLUTION” in technology by William S.Harley

Historia firmy rozpoczęła się oficjalnie w 1903 roku kiedy to 23-letni William Sylwester Harley, przyszły inżynier, oraz dwaj bracia Davidson: Walter i serdeczny przyjaciel Williama Arthur, pokazali światu pierwsze motocykle marki Harley-Davidson. 

Były to proste jednocylindrowe maszyny konstrukcją przypominające rowery z silnikiem i pierwszy rok działalności zamknął się na wyprodukowaniu trzech egzemplarzy. Początkowe lata działalności przypadły w okresie wzmożonej fascynacji motoryzacją i zaowocowały dynamicznym rozwojem firmy. Po 6 latach działalności firma zatrudniała już 35 pracowników i produkowała ponad 1000 motocykli rocznie. Do rozwoju firmy bezsprzecznie przyczynił się opatentowany w 1907 roku pierwszy górno-dolny (IoE) z podciśnieniowym zaworem ssącym V-Twin, dzięki któremu po niespełna kilku latach produkcja wzrosła do niebagatelnej liczby 3200 motocykli rocznie. Już w pierwszych latach działalności firmy można było zauważyć pewien trend polegający na stopniowym ulepszaniu konstrukcji, który z czasem stał się niejako mottem i taktyką działania marki H-D. Przykładem może być już pierwszy V-twin, który rozpoczynał swoją karierę jako prymitywna konstrukcja górno-dolna z podciśnieniowym zaworem ssącym cechująca się mocą niespełna kilku koni mechanicznych. Gdy po 20 latach zamykano produkcję tego modelu był to już dość zaawansowany silnik JDH 1200 z dwoma wałkami rozrządu dysponujący mocą 29 KM przy 4000 rpm w wersji cywilnej, a w wersji wyścigowej nawet 50 KM przy niebagatelnej jak na owe czasy prędkości obrotowej 5000 rpm . Pewna anegdota mówi, że gdy najsłynniejsza jednostka patrolowa amerykańskiej policji California Highway Patrol została wyposażona w nowe dolnozaworowe modele VL, motocykle te spotkały się z chłodnym przyjęciem a policjanci jednogłośnie oświadczyli, że jeśli firma nie zrobi czegoś z osiągami nowego motocykla to jedynym wyjściem będzie przywrócenie sprawdzonego modelu JDH.

Firma H-D, a w szczególności dział projektowy pod przewodnictwem Williama w miarę powstawania nowych konstrukcji wypracował wspomnianą wcześniej strategię działania, którą to firma kieruje się aż do dnia dzisiejszego. Polega ona na produkcji stopniowo modernizowanego modelu aż do wyczerpania możliwości konstrukcyjnych oraz wprowadzeniu nowego modelu, który mocno nawiązuje do swojego poprzednika. Dzięki temu schematowi postępowania mamy rodzinę silników Sportstera, której początki sięgają do roku 1930. Inny długowieczny model silnika to tzw. Big Twin, którego tryumfalny pochód trwał od roku 1936 do 1998 i zakończył się wraz ze schyłkiem produkcji silnika Evolution. Warto nadmienić, że silniki Big Twin stały się ulubioną konstrukcją firm tuningowych takich jak S&S, Delkron, Merch Performance i STD Development. 

Historia rodziny silników Big Twin rozpoczęła się oficjalnie w roku 1936, lecz na deskach kreślarskich projekt zagościł odpowiednio wcześniej. Ten moment w historii firmy jest dobrze ukazany w serialu "Harley and the Davidsons", kiedy to główny inżynier podejmuje tytaniczne wyzwanie wprowadzenia nowoczesnego i ekskluzywnego modelu górnozaworowego o pojemności 1000 ccm. Zważywszy na sytuację gospodarczą w kraju i trwające jeszcze skutki kryzysu, był to krok dość ryzykowny, lecz wbrew ponurym wizjom pomysł wypalił na dalsze 60 lat. 

Jak zatem przebiegała ewolucja tego modelu? 

Jako pierwszy BigTwin został zaprojektowany silnik górnozaworowy OHV z charakterystycznym jednym wałkiem rozrządu i pięknie ukształtowana pokrywą rozrządu. Silnik został wyposażony w głowice i cylindry z żeliwa, a klawiatury osadzono w charakterystycznych, przypominających pięść obudowach z aluminium. 

Charakterystyczną cecha tego silnika, która nie miała się już nigdy pojawić w kolejnych wcieleniach Big-Twina, była dbałość o jak najlepszą pracę układu rozrządu. Tylko w modelu Knucklehead spotkamy dźwigienki zaworowe o czterech długościach, ten zabieg konstrukcyjny pozwalał na najbardziej korzystny kąt natarcia popychacza na laskę popychacza i dźwigienkę zaworową. Dzięki temu współpraca tych trzech elementów odbywała się nieomalże bez szkodliwych ugięć i strat na precyzji pracy rozrządu. Niestety budowa tego silnika nosiła sporo znamion przedwojennej filozofii konstruowania. Tak więc mamy tam sporo zewnętrznych elementów jak na przykład zewnętrzne smarowanie głowic silnika, powodujące nagminnie uciążliwe wycieki. Ponadto w pierwszych latach produkcji montowano bardzo mało wydajną pompę, która jednak z czasem rozwoju konstrukcji ewoluowała w kierunku poprawy wydajności. Znajdziemy tutaj też dzielony czop rozrządu charakteryzujący się tym, ze część zdejmowana wykonano z jednolitego materiału wraz z zębatką napędową pompy oleju i zębatką napędową rozrządu. Dość szybko zrezygnowano z tego nietechnologicznego rozwiązania, zastępując go stałym, długim czopem z demontowalnymi zębatkami rozrządu i pompy oleju. Silnik ten natomiast posiadał bardzo rozbudowany układ odpowietrzenia. 

Biuro konstrukcyjne firmy prawdopodobnie dość szybko dostrzegło bolączki tego stylistycznie pięknego silnika, lecz trwająca wojna nie pozwalała na wdrożenie całkowicie nowej konstrukcji. Dlatego dopiero w 1948 roku Harley wprowadził nową linię silników Big Twin o nazwie Panhead.

 Wraz z wprowadzeniem tego modelu zniwelowano bardzo wiele wad poprzednika, a krokiem w nowoczesność były hydraulicznie regulowane luzy zaworowe, co sprawiało, że praca silnika była bardzo cicha a jego kultura pracy na dużo wyższym poziomie. Jednak pomimo jego, na pierwszy rzut oka, całkowicie nowego wyglądu, Panhead 48 odziedziczył wiele elementów po swoim poprzedniku. Była to mianowicie dość wydajna, ale jeszcze nie doskonała pompa oleju, łożyskowanie wału korbowego oraz dość hałaśliwe mocowanie zębatki napędowej rozrządu na wielowypuście. 

Całkowicie nowe natomiast były aluminiowe głowice przykryte pokrywami wytłoczonymi z blachy nierdzewnej oraz łożyskowanie ślizgowe w półpanewkach dźwigienek zaworowych. Ciekawostką jest umiejscowienie hydraulicznych samoregulatorów luzu zaworowego, mianowicie do 1952 roku fabryka montowała je w lasce popychacza na styku z dźwigienką zaworową, było to niefortunne umiejscowienie z uwagi na nikłą ilość oleju, który finalnie docierał do najdalej położonego w układzie smarowanie samoregulatora. 

W 1953 poprawiono to rozwiązanie przenosząc samoregulatory do popychaczy umiejscowionych w żeliwnych korpusach w bloku silnika. 

Szukano również optymalnego rozwiązania dla układu smarowania wraz z pompą oleju. Można przyjąć, że do połowy 1954 roku stosowano pompę wywodząca się w prostej linii z konstrukcji Knucklehead’a a następnie wprowadzono pompę z tłoczkowym zaworem sterującym, która po zmianach była z powodzeniem stosowana aż do 1998 roku. 

Modernizacjom nie oparł się również układ rozrządu silnika, który w początkowych sześciu latach Panhead’a był tożsamy z rozwiązaniami Knuckleheada a w 1954 roku wprowadzono nowy sposób mocowania zębatki napędowej rozrządu na stożku (zamiast wielowpustu), co zmniejszyło hałaśliwość i poprawiło precyzję działania tego mechanizmu. Pod koniec produkcji tego modelu aby zmniejszyć temperaturę oleju wprowadzono zewnętrzne smarowanie głowic a w celu poprawy mocy większe zawory ssące. Przełomowym dla Panhead’a był ostatni rok produkcji (1965) kiedy to motocykl w modelu Electra Glide został wyposażony w rozrusznik elektryczny i 12 V instalację. Model Panhead przechodził również wiele zmian karoseryjno-nadwoziowych i jako pierwszy posiadał przednie zawieszenie teleskopowe a po zmianie ramy w 1958 roku zastosowano wahaczowe zawieszenie tylnego koła. Bez wątpienia Panhead był najczęściej i najbardziej udoskonalanym modelem Harleya, a przy tym utrzymał się w produkcji 17 lat będąc protoplasta kolejnej serii motocykli o nazwie Shovelhead, które jeszcze przez 3 lata były zmodernizowaną o tylko i wyłącznie cylindry i głowice wersją Panheada 1965. 

Pretekstem do napisania historii modernizacji była odbudowa silnika Panhead z 1948 roku. Jak wcześniej napisałem, silnik ten był produkowany z niewielkimi zmianami od 1948 do 1952 roku i jego konstrukcja była mocno zbliżona do swojego protoplasty Knucklehead’a 1947. Jak można zauważyć w moich poprzednich wpisach, staram się poprawić i nieco unowocześnić każdą konstrukcję remontowanego silnika dlatego i ten silnik poddałem drobnym modyfikacjom. Tak więc podczas jego odbudowy starałem się tchnąć w jego wnętrze najlepsze rozwiązania z późniejszych lat produkcji, które nie są widoczne na zewnątrz silnika tak, aby nie zakłócić jego oryginalnego wyglądu. 

Silnik ma charakterystyczny dla tego roku blok bez „studzienki” doprowadzającej olej do korpusów popychaczy i doskonale widoczną pokrywę rozrządu z ośmioma żeberkami znaną jeszcze z Knucklehead’a. Aby zniwelować słabe punkty wczesnego Panhead’a wyposażyłem ten silnik w łożysko igiełkowe walka rozrządu, wzmocnione łożyska główne wału korbowego z późniejszych modeli oraz czop rozrządowy wału z zębatka mocowaną za pośrednictwem stożka czyli tak, jak w modelu z roku 1954. Dzięki nowszej konstrukcji czopa mogłem zastosować również szybsze przełożenie napędowe pompy oleju, co zwiększyło o 20% jej wydajność. Silnik został również wyposażony w późniejszą żeliwną pompę oleju po 1954, dzięki której dawka oleju na łożysko korbowe i gładzie cylindrowe zwiększyła się dwukrotnie. 

Za każdym razem gdy remontuję silnik, niekłamany zachwyt wzbudza we mnie precyzja wykonania wałów korbowych we wczesnych modelach Harley’a. Do tej grupy należy również Panhead i wczesny Shovelhead, których to wały korbowe niejednokrotnie udawało mi się złożyć poniżej tolerancji fabrycznej, która zakłada 0,025 mm nieosiowości (bicia) na stronę. Ten konkretny wał, po wcześniejszym wyważeniu, udało mi się wycentrować z tolerancją 0,01 mm na stronę a i tak nie jest to najlepszy wynik w tej grupie wałów. Należy nadmienić, że jest to jeden z większych i cięższych wałów stosowanych we wszystkich modelach Harleya i wazy ponad 21 kg przy średnicy przeciwwag wynoszącej około 220 mm. Dla porównania, o czym już kiedyś wspominałem, współczesne modele Harleya charakteryzują się biciem na stronę nawet nieco ponad 0,1 mm, co często prowadzi do uszkodzeń pomp oleju. 

Silnik Panhead z 1948 roku jest wyjątkowy ze względu na spore powinowactwo do ostatnich modeli Knucklehead’a. Podobnie jest z karoserią i układem jezdnym tego motocykla, która ma sporo cech wspólnych ze swoim poprzednikiem. W 1948 roku skończyła się pewna epoka stylistyczna i konstrukcyjna w firmie Harley. Wraz z pierwszym rokiem modelu Panhead na wiele dziesięcioleci zapomniano o przednim zawieszeniu typu Springer i pięknych charakterystycznych błotnikach nawiązujących do przedwojennych modeli Harleya budowanych w stylu Art-Deco. 

FALCO PEREGRINUS - Nowa era Sokoła

Sokół wędrowny to ptak drapieżny należący do rodziny sokołowatych (Falconidae). Jest najszybszym ptakiem na ziemi - w locie nurkowym osiąga prędkość niemal 400 km/h. Kiedy pojawia się na niebie, pozostałe ptaki wpadają w panikę. 

Zapewne każdy miłośnik dwóch kółek w Polsce spotkał się choć raz z legendą marki Sokół. Legenda ta budowała się w przedwojennej Polsce w oparciu o konstrukcję kilku typów motocykli. Jako pierwszy postał CWS M-55 i można powiedzieć, że nie wyszedł on poza fazę prototypu a z liczby wyprodukowanych egzemplarzy (nieco ponad 200) można wnioskować, że był obarczony sporą liczbą wad konstrukcyjnych. Producent motocykla PZInż dostrzegł w tym motocyklu duży potencjał, dlatego postanowiono go całkowicie zmodernizować uwalniając go od fabrycznych wad i bolączek. I tak powstał dobrze nam znany CWS M111 w końcowych latach produkcji nazwany Sokołem 1000. Był to motocykl produkowany głównie na potrzeby służb mundurowych oraz poczty i pierwotnie nie był przewidziany w obrocie cywilnym. Powstałą lukę zapewniał Sokół 600 RT. Były jeszcze inne mniejsze modele z dwusuwowymi silnikami, ale nie zamierzam rozwijać wątku historycznego, gdyż w sieci dostępnych jest wiele publikacji na ten temat. Można powiedzieć, że produkcja motocykli w PZInż została przerwana wraz z wybuchem II wojny światowej a motocykle czterosuwowe nie doczekały się powojennej kontynuacji. Warto by zastanowić się jak wyglądałyby kolejne wcielenia Sokoła, gdyby PZInż wznowiły powojenną produkcję. Z pewnością fabryka kierunkowałaby swoje działania stawiając sobie za cel produkcję nowoczesnych górnozaworowych jednostek. Już przed wojną powstał prototyp górnozaworowego Sokoła 500 będącego rozwinięciem dolnozaworowej jednostki 600 RT. Myślę, że podobnie stałoby się z największymi w asortymencie CWS Sokołami 1000. Przed wojną podjęto udana próbę założenia silnika Japp 1000 do podwozia Sokoła 1000 i w ten sposób postał motocykl, który w 1932 roku ustanowił nieoficjalny rekord prędkości przekraczając 180 km/h. Nigdy nie doszło do ustanowienia oficjalnego rekordu prędkości, gdyż zarząd PZInż zabronił oficjalnych prób ze względu na brak polskiego silnika. Myśląc o tej historii chyba większość z nas odczuwa niedosyt i żal z powodu braku kontynuacji tak pięknie rozpoczętej historii polskiej motoryzacji. Myśl o niedokończonej karcie w tej historii nie daje mi spokoju od dłuższego czasu. Ostatnimi czasy pojawiły się możliwości zmiany tego stanu rzeczy. Jakieś trzy lata temu w pierwszej kolejności narodził się pomysł aby zbudować kontynuację silnika Sokoła 1000 ściśle nawiązującą do protoplasty. Z racji tego, że protoplasta czyli silnik Sokoła 1000 jest konstrukcją zbliżoną (choć nie identyczną) do jednostki napędowej dobrze mi znanych motocykli Indian, logicznym wydawało mi się, aby stworzyć hybrydę Sokoła z górnozaworowymi głowicami wywodzącymi się z Indiana. Głowice te zaprojektował w latach 30-tych inżynier pracujący dla firmy Indian Albert Crocker. Były one używane głównie w sporcie. Była to dość prymitywna odkryto-zaworowa konstrukcja lecz pomimo słabego użebrowania krył się w niej spory potencjał mocy. Głowice te posiadały bardzo nowoczesne jak na owe czasy hemisferyczne komory spalania i zawory rozstawione pod kątem 90 st. Pozwalało to na efektywną wymianę ładunku i możliwą do uzyskania krótkotrwałą moc około 55-60 hp. Z czasem zacząłem powoli pomysł wcielać w życie a na chwilę obecną mam wykrystalizowaną w szczegółach koncepcję tego silnika. Przymiarki do oryginalnego bloku Sokoła ukazały uniwersalność tej konstrukcji i możliwości rozszerzenia palety oferowanych silników o jednostkę dolnozaworową oraz dość nowoczesną osadzona konstrukcyjnie w latach 80-tych konstrukcję górnozaworową z pokrywami zaworów. Tym sposobem zamierzam skonstruować 3 typy silników, z których każdy zachowa charakterystyczny wygląd swojego protoplasty Sokoła 1000. Chciałbym podkreślić, że silniki te nie będą miały nic wspólnego ze współczesnymi replikami silników Harley lub Indian i będzie to moja autorska konstrukcja, lecz ze względów na ograniczenia budżetowe zmuszony jestem użyć niektórych dostępnych na rynku podzespołów tych marek. Należy podkreślić, że konstrukcja Sokoła pomimo widocznych podobieństw do Indian’a znacznie odbiegała od swojego pierwowzoru. Przede wszystkim silnik Sokoła charakteryzuje kąt rozwarcia cylindrów 45 stopni (Indian ma cylindry rozwarte pod kątem 42 stopni), Sokół dysponuje dużo krótszym skokiem około 90mm i większą średnica cylindra. Podobnie sprawa ma się z konstrukcją bloku silnika, który znacznie przewyższa jakością materiałów swojego protoplastę a mocniejsze podpory wałków rozrządu oraz grubsze ścianki bloku silnika świadczą o chęci wzmocnienia filigranowej konstrukcji Indiana. Sokół charakteryzuje się również nieco zmieniona konstrukcją wału korbowego o znacznie wzmocnionych stożkach czopa. Krótko mówiąc polscy inżynierowie wykonali dobrą robotę, która w zamierzeniu miała zdecydowanie przewyższyć parametry konstrukcyjne silnika Indiana. Po wnikliwym porównaniu obydwu konstrukcji Sokoła i Indiana mogę śmiało powiedzieć, że inżynierowie z PZInż w cuglach wykonali swoje zadanie i stworzyli trwałą i rozwojową konstrukcję z dużym potencjałem na przyszłość. 

A oto moje wstępne założenia konstrukcyjne silników. 

Sokół Bonneville 1300 

Będzie to silnik o wybitnie długim skoku skonstruowany w oparciu o cylindry i głowice silnika Indian Chief 1200. Silnik o skoku 122 mm i średnicy tłoka 81 mm będzie generował moc około 50 hp a jego rozrząd będzie oparty o dwa wałki rozrządu napędzane zębatkami o zębach prostych. Silnik ten będzie wyposażony w obieg oleju oparty o zaprojektowane przeze mnie współczesne pompy wyposażone w trochoidalne zębatki pomp charakteryzujące się dużą wydajnością i ciśnieniem. To rozwiązanie techniczne pomp pozwala na zastosowanie w silniku dysz natryskujących olej na denka tłoków, dzięki czemu łatwiej będzie utrzymać dobre warunki pracy silnika niezależnie od prędkości i warunków atmosferycznych. Będzie możliwość wyposażenia silnika w chłodnicę i filtr oleju, oraz elektroniczny zapłon. Przeniesienie napędu będzie realizowane za pomocą dwu- lub trzyrzędowego łańcucha sprzęgłowego napędzającego czterobiegową skrzynię przekładniową. Dodatkowo silnik zostanie wyposażony w alternator około 180W. Z racji pojemności silnik najprawdopodobniej zostanie wyposażony w elektryczny rozrusznik. Silnik z przeznaczeniem do budowy ciężkiego motocykla turystyczno-szosowego. 

Sokół Hemi-head 

Bazą tego silnika będzie powyższa konstrukcja Sokoła Bonneville 1300 o nieco zmienionych parametrach, a mianowicie silnik ten będzie miał skok około 100 mm a średnicę cylindra około 75 mm. Przewidywana pojemność około 900 ccm. Moc powinna oscylować w okolicach 60 hp. Będzie to silnik z przeznaczeniem do motocykla sportowego i tak pierwotnie zamierzałem będę zmierzał do podjęcia próby prędkościowej.

Sokół Millennium 

Ten silnik to najnowocześniejsza i najbardziej zaawansowana z trzech konstrukcji. Przewidywana pojemność tego silnika to około 1200 ccm a moc około 90 hp. Pojemność tę zamierzam uzyskać ze skoku około 108 mm przy średnicy tłoka około 82 mm. Silnik ten będzie mocno odbiegał konstrukcją rozrządu od rozwiązań wspomnianych wcześniej. Pomimo, ze nadal będzie wyposażony w dwa wałki rozrządu, to konstrukcja napędu zębatkowego będzie inna niż w powyższych silnikach. Każdy z wałków rozrządu otrzyma dwie krzywki i za pomocą hydraulicznych popychaczy będzie sterował wydajnymi zaworami. Aby osiągnąć najlepszą geometrię układu popychaczowego umieszczę zaprojektowane przeze mnie dźwigienki zaworowe o różnych długościach dla każdego z zaworów w głowicy oraz charakterystyczne pokrywy zaworowe przypominające nieco kształtem legendarnego Harleya Knucklehead. Przeniesienie napędu i skrzynia będą wykorzystane z poprzednich modeli, choć będzie też możliwość założenia piątego biegu. 

W planie jest budowa kilku egzemplarzy tych silników, lecz ich liczba raczej nie przekroczy 10 sztuk. 

W związku z tym, że ten układ napędowy będzie charakteryzował się małymi gabarytami i zwartą konstrukcją mam zamiar wykonać do niego specjalnej konstrukcji ramy klasyczną kołyskową i grzbietową.