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简单说说我的看法，不保证正确！ 首先需要明确一点，汽车发动机，尤其是燃油发动机，是一种非常复杂的热工机械系统。目前，尽管已经有了不少关于发动机燃烧过程和机理的研究成果，但绝大部分还是基于实验或观测得到的知识，能够真正深入理解发动机燃烧过程的人并不多——即使这个人的职业就是研究这个内容。对于题主说的“掌握”发动机燃烧的某些知识是根本不可能的。
其次来说，任何一台发动机，只要设计不同，各个部件尺寸不一样，配气相位有差别，冷却系和水套形状有差异等等，都会影响发动机性能，即使是同一台发动机，在不同工况下（负荷、转速、气温、空气压力和流通截面），其排放特性也有区别。最后，即便是同一种燃油，由于加工方式不一样，其燃烧特点也会有不同。所以，单纯说哪些因素决定汽油机性能，哪些因素影响柴油机排放，是不现实的。
最后说到题主所说的正时系统和喷油时间，这两个的确能影响发动机的性能和排放，但是，这两个参数取决于发动机的设计和各种约束条件——也就是说，这些参数不是你想调就想调的。不过如果为了讨论问题的方便，可以假定某一个特定的喷油时间和正时系统组合能带来最佳的发动机性能和排放特性。
那么回到问题上来，什么样的发动机最省油呢？ 这取决于你所定义的“省油”是什么。对汽车来说，油耗通常指百公里油耗；对飞机和船舶来说，有时是指每千克燃料产生的动力功率，这时单位质量的油耗称为比功耗。 比功率是一个综合指标，反映了燃料利用效率。对于内燃机而言，它等于有效热效率与转速的乘积。有效热效率又叫做发动机的机械效率——这个概念很含糊，因为发动机本身就是一个热机和机械装置的集合体。机械效率实际上是所有输出功中被转换为有用功的那部分功率的比例。
显然，输出功率相同的情况下，转速越低，耗油量越少；在转速相同的条件下，体积功率越大(排气量和缸数多的机型)，耗油量也越多。没有所谓的“最省油的发动机”，只有最合适的发动机。 对于汽车来说，经济载重下的最省油车速并不是最高车速。同样，在最低油耗区间的时速也不是最小时速。