El problema no es la cilindrada, es el régimen de giro.
Un 330ci es un 3000cc, con 231cv, es decir, que da 77cv por litro. Si fuera un 3.2 tendrías 246 cv, vamos, que gastarse un dineral en rehacer un motor para ganar eso no tiene sentido.
Un M3 es un 3200cc con 343 cv, es decir, que da 107cv por litro (en realidad se suelen quedar cerca de 100cv/litro).
Por lo tanto, como puedes ver, la diferencia de potencia entre un 330 y un M3 no es por la cilindrada, pues es casi igual. Es por que son motores completamente distintos.
Para sacarle potencia de forma "visible" a un 330 tienes que meter muchos euros, y alcanzar la cifra del M3 es realmente complicado por no decir imposible (al menos sin recurrir a sobrealimentar).
Esto es así, porque para hacer que un M54B30 gire a casi 8000rpm que es lo que gira un M3, hay que cambiar medio motor por decir algo.
Lo mejor es montar un compresor.
@drakaned ilústranos please