Per i veicoli da corsa è stato sviluppato un modello da 275 CV. Con il modello speciale BMW 320si è stata anche costruita una versione su strada da 173 CV.
Motore in linea, 4 cilindri
Cilindrata: 1999 cm3
Potenza: 127 kW / 173 CV a 7000 g/min
Centralina di gestione motore: MEV9.2 (come N46)
senza Valvetronic
La struttura della testata corrisponde sostanzialmente a quella del motore S54. I bilancieri scorrevoli hanno una struttura geometrica identica a quella dei bilancieri montati sul motore S54, ma sono dotati di un rivestimento DLC (Diamond light Carbon). La regolazione del gioco valvole si attua, come nel motore S54, mediante piastrine di regolazione nel piattello molla superiore.
Nel copritestata è integrato lo sfiato del basamento. Lo sfiato del basamento è regolato per depressione e riscaldato elettricamente.
Come nel motore N45B16, si impiega una doppia VANOS continua.
L'N45B20S è dotato di un sensore di livello olio di tipo termico. Il controllo del livello olio si attua per via elettronica. Le modalità di controllo e visualizzazione del livello sono identiche a quelle degli altri motori nella E90.
L'impianto di aspirazione variabile corrisponde a quello della N46.
Per il servofreno si impiega una pompa aspirante a getto come nell'N45B16.