Για τους αγώνες αυτοκινήτων Touring εξελίχθηκε ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο με ισχύ 275 PS. Με το ειδικό μοντέλο BMW 320si κατασκευάστηκε και μια έκδοση δρόμου 173 PS.
Σε σειρά κινητήρας, 4 κύλινδρος
Κυβισμός: 1999 cm3
Ισχύς: 127 kW / 173 PS στις 7000 1/min
Έλεγχος κινητήρα: MEV9.2 (όπως στον N46)
χωρίς Valvetronic
Η κατασκευή της κυλινδροκεφαλής είναι ουσιαστικά ίδια με αυτή του κινητήρα S54. Το ολισθαίνον ζύγωθρο είναι γεωμετρικά ίδιο με αυτό του κινητήρα S54 αλλά διαθέτει μια επίστρωση DLC (Diamond light Carbon). Η ρύθμιση ανοχής των βαλβίδων γίνεται όπως και στον κινητήρα S54 μέσω καπελότων στην επάνω πλάκα του ελατηρίου.
Στο καπάκι κυλινδροκεφαλής είναι ενσωματωμένος ο εξαερισμός του στροφαλοθαλάμου. Ο εξαερισμός στροφαλοθαλάμου πραγματοποιείται μέσω υποπίεσης και θερμαίνεται ηλεκτρικά.
Όπως και στον κινητήρα N45B16 χρησιμοποιείται ένα αδιαβάθμιστο Διπλό-VANOS.
Ο N45B20S είναι εξοπλισμένος με έναν θερμικό αισθητήρα στάθμης λαδιού. Ό έλεγχος στάθμης λαδιών γίνεται ηλεκτρονικά. Η λειτουργία του ελέγχου στάθμης λαδιών και η ένδειξη της στάθμης λαδιών είναι ίδια όοπως και στους άλλους κινητήρες του E90.
Η μεταβλητή εισαγωγή αντιστοιχεί σε αυτή του N46.
Για την υποβοήθηση φρένων χρησιμοποιείται μια αντλία αναρρόφησης όπως στον N45B16.