Seine große Zeit auf der Rundstrecke erlebt der C 111 schließlich in den Jahren 1976 bis 1979 bei Rekordfahrten: Mercedes-Benz entscheidet sich 1976, das alte Vorurteil vom ruppigen und langsamen Dieselmotor zu widerlegen. Und wer wäre besser geeignet, den Gegenbeweis zu führen, als ein C 111 mit Dieselantrieb? Für die ersten Testfahrten bauen die Ingenieure einen Drei-Liter-Selbstzünder mit fünf Zylindern und Abgasturbo-Aufladung in einen äußerlich nicht veränderten C 111-II ein. Das Fahrzeug, das jetzt C 111-IID heißt, holt aus dem Serientriebwerk Typ OM 617 LA, das sonst im Mercedes-Benz Modell 240 D 3.0 (W 115, „Strich-Acht“) und später auch in anderen Fahrzeugen arbeitet, dank Turboaufladung und Ladeluftkühler beeindruckende 190 PS (140 kW), Standard in der Serie sind 80 PS (59 kW). Auf der italienischen Teststrecke von Nardo überzeugt der C 111-IID im Juni 1976 mit spektakulären Geschwindigkeiten. Insgesamt 16 Weltrekorde stellen vier Fahrer in 60 Stunden auf, davon gelten dreizehn für Dieselfahrzeuge und drei für Automobile aller Motorisierungen. Die Durchschnittsgeschwindigkeit der rasanten Versuchsfahrt liegt bei 252 km/h, und Mercedes-Benz beweist, dass auch der Diesel sprinten kann. Der Triumph des äußerlich kaum modifizieren C 111-II in Nardo spornt die Entwickler zu neuen Höchstleistungen an. Diesmal entwerfen sie keine Studie für einen Sportwagen mit Straßenzulassung, sondern einen puren Rekordwagen, getrimmt auf die Jagd nach Geschwindigkeitsrekorden – den C 111-III. 1977 wird an dem neuen Fahrzeug gebaut, das schmaler ist als die ersten C 111, einen längeren Radstand hat und mit seiner Vollverkleidung sowie Heckflossen eine perfekte Aerodynamik bietet. 1978 steht der C 111-III an der Startlinie in Nardo. Wieder grollt ein Dieselmotor unter dem diesmal silbern lackierten Kunststoff der Karosserie. Doch obwohl das Aggregat noch auf der Serienausführung basiert, leistet der Motor jetzt 230 PS (169 kW) und bringt den Stromlinienwagen auf Geschwindigkeiten, die weit jenseits der 300 km/h liegen. Neun absolute Weltrekorde holt Mercedes-Benz mit diesem Silberpfeil der späten 1970er Jahre. Doch die Evolution zur absoluten Rekordmaschine hat der C 111 noch vor sich. Die letzte Version des Sportwagens, der 1979 vorgestellte Typ C 111-IV, bricht in Nardo mit einer Geschwindigkeit von 403,978 km/h den aktuellen Rundstreckenrekord. Diesmal arbeitet aber kein Diesel mehr unter dem Kunststoff-Kleid, sondern ein V8-Benzinmotor mit 4,5 Liter Hubraum und zwei Turboladern, der dem Wagen eine Leistung von 500 PS (368 kW) mit auf den Weg gibt. Auch die Form der Karosserie hat sich vom ersten Entwurf mittlerweile weit entfernt. Aus der mit Esprit und Mut karossierten Linie von 1969 ist zehn Jahre später ein lang gestreckter, schlanker Bolide mit zwei Heckflossen und massiven Spoilern in silbernem Lack geworden.
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