随着空燃比的增加，发动机油耗明显下降，这主要来自几个方面的原因：首先是采用稀薄混合气燃烧时循环热效率提高。汽油机的实际循环接近于定容加热循环，定容加热循环的指示热效率与压缩比和绝热指数的关系可以看到，提高工质的绝热指数和压缩比有利于指示热效率的提高。随着空燃比的提高，空气所占的量增加，因此工质的绝热指数逐渐接近于空气的绝热指数，理论上，在空燃比达到无限大时，热效率达到最大值。另外，由于稀燃混合气燃烧温度低，燃烧产物的离解损失减小，并且降低了与气缸壁面的传热，也使热效率得以提高。 由于稀燃发动机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制，可以采用较高压缩比，有利于热效率的提高。当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵气损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善是很明显的，同时也可以采用变质调节，不用节气门或是小节流，会大大减小泵气损失，特别有利于改进部分负荷性能。
随着空燃比的增加，由于采用稀的混合气使燃烧温度降低，NOx的排放明显减少，同时燃烧产物中的氧成分有利于HC和CO的氧化，因此，HC和CO的排放也减小，然而，随着空燃比增加到一定程度，由于燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全，HC的排放会迅速增加。如果能合理地设计紧凑的燃烧室，并组织好空气运动使燃烧在短时间内完成，那么三种排放都可以大大减少。
根据稀燃发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500℃范围内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。
然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。
利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650°以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。
在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。为此，通过NOx传感器监视硫附着在催化剂上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。
作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是为了净化处理NOx，这是不得已而为之。
另外，稀燃发动机由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。
另外稀燃发动机对燃油品质的要求也比较高。
