Von 1968 bis April 1971 war ausschließlich der 2800 CS mit 2,8-l-Vergasermotor mit 170 PS verfügbar. Insgesamt entstanden 9.399 Exemplare des 2800 CS. Im April 1971 wurde dieses Modell durch den 3.0 CS (ebenfalls mit Vergasermotor, 180 PS) ersetzt, der bis zum Produktionsstopp im Dezember 1975 10.898 mal gebaut wurde. Beide Fahrzeuge waren ebenfalls mit Automatikgetriebe lieferbar (interne Bezeichnung 2800 CSA bzw. 3.0 CSA).

Wenig später entstanden die ersten 3.0 CSL-Leichtbau-Coupes in Zusammenarbeit mit Alpina als Homologationsserie für den Tourenwagensport, wo BMW damals mit den BMW 02 sehr erfolgreich war. Diese Wagen erfuhren gegenüber dem 3.0 CS keine Leistungssteigerung, wogen dank konsequenter Gewichtssparmaßnahmen leer jedoch nur 1.165 kg und beschleunigten damit in 7,4 Sekunden auf 100 km/h. Von diesen Fahrzeugen wurden nur 169 Exemplare gebaut.

Im Herbst 1971 wurde als weitere Modellvariante der 3.0 CSi mit Bosch D-Jetronic Benzineinspritzung eingeführt, der ansonsten baugleich mit dem 3.0 CS ist. Dieses Modell hat 200 PS, beschleunigt in 7,7 Sekunden von 0-100 km/h und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 220 km/h. Bis zum Produktionsstopp im November 1975 entstanden 8.144 Fahrzeuge.

Ab August 1972 wurde die D-Jetronic-Einspritzung auch im 3.0 CSL verbaut. Trotz gegenüber dem 3.0 CSi leicht erhöhtem Hubraum (3.003 statt 2.995 cm³) leisten diese Fahrzeuge ebenfalls 200 PS und erreichen 220 km/h, beschleunigen jedoch in nur 6,9 Sekunden von 0-100 km/h. Von diesem zweiten Produktionslauf des BMW 3.0 CSL entstanden bis August 1973 insgesamt 939 Exemplare, davon 500 mit Rechtslenkung.

Die dritte und letzte Ausbaustufe des 3.0 CSL (Juli 1973 bis November 1975) schöpfte 206 PS aus 3.153 cm³. Ihren Spitznamen "Batmobile" verdanken sie einem umfangreichen Aerodynamikpaket, insbesondere dem riesigen Heckflügel, der mangels Straßenzulassung im Kofferraum des Fahrzeugs verstaut ausgeliefert wurde.

Der BMW 3.0 CSL gilt als erstes Produkt der späteren BMW Motorsport GmbH, damals noch eine Abteilung von BMW, und kann somit als der allererste "M"-BMW bezeichnet werden. Der Wagen trug auch bereits die Farben der späteren M-GmbH.

Die Rennversion des E9-CSL leistete 1974 durch Hubraumerhöhung auf 3498 ccm und einen Vierventilzylinderkopf 440 PS bei 8500 U/min, beschleunigt in 4,0 Sekunden von 0-100 km/h und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 275 km/h. Die Version für die Rennsaison 1976 erzielte dann mittels Vierventiltechnik und Turboaufladung eine Motorleistung, wie sie vorher nur vom Porsche 917 turbo erreicht worden war und die mit Beginn der Turbo-ära erst allmählich in der Formel-1 Einzug halten sollte: 800 PS. Durch das dabei entstehende enorme Drehmoment war die Belastungsgrenze des Getrag-Fünfganggetriebes erreicht, auch konnte die Leistung kaum mehr auf den Boden gebracht werden: 0-100 km/h in 3,5 Sekunden und eine Höchstgeschwindigkeit von 308 km/h. Mit solcher Motorleistung war die Höchstgeschwindigkeit mangels eines geeignet angepassten Sechsganggetriebes drehzahl- und nicht fahrwiderstandslimitiert: Vollgaspassagen auf langen Geraden hätten den Motor des Renn-CSL mit überdrehzahl zerstört. Dem schwedischen Rennfahrer Ronnie Peterson (1944-1978) sollen bei einem Tempo von über 250 km/h beim Beschleunigen noch die Räder durchgegangen sein, weshalb auch ein Reifensatz nur 64 km lang hielt.

Nur 844mal gebaut wurde das Modell 2.5 CS im Zeitraum von 1974 bis 1975. Der 150 PS starke Zweieinhalbliter war das Einstiegsmodell und äußerlich nur an den fehlenden Stoßstangenhörnern hinten sowie dem Schriftzug von den großen Dreilitermodellen zu unterscheiden. Doch auch der kleine Sechszylinder war sportlich zu fahren: In 9,9 Sekunden beschleunigt das Fahrzeug mit Schaltgetriebe auf 100 km/h, erst bei prestigeträchtigen 200 km/h war die Höchstgeschwindigkeit erreicht.

Mit dem Erscheinen der ersten 6er Reihe von BMW (Baureihe E24) im Jahr 1976 war den CSL-Rennsportwagen zwar die Werksunterstützung entzogen worden. Und wenn auch das relativ schwere Nachfolgemodell sehr erfolgreich war, so stellten doch die CSL-Erfolge privater Teams das Licht des 6ers anfangs massiv in den Schatten, als Alpina mit Dieter Quester 1977 den Europameistertitel holte. Selbst 1978 gab sich der E9 noch immer nicht geschlagen, als Umberto Grano in einem Luigi-CSL die Meisterschaft gewann.

Die E9-Coupes gab es u.a. auch in getunten Varianten von Alpina (z.B. als B3S, drei Liter Hubraum, 300-Grad-Nockenwelle, Schmiedekolben und Halbkugelbrennräume, Weber-Vergaser oder Kugelfischer-Einspritzung mit Einzeldrosselanlage und 250 PS) oder von AC Schnitzer, GS Tuning und Koeppchen.

Der E9 ersetzte das bis 1969 gebaute Coupe 2000 C/2000 CS der "Neuen Klasse". Nachfolger des E9 war das 6er-Coupe der Baureihe E24.

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