改进汽油发动机和柴油发动机性能的途径很多，在各种各样的改进措施中包括分级加载、小型化（Downsizing）技术和全变量气门驱动等等。
目前，柴油发动机研制开发的难点是减少有害物质排放量的问题，必须通过创新性的对柴油发动机进行技术革新并且开发出在价位上可以被人们接受的尾气后处理装置，才能达到严格的法律要求的排放标准。
汽油发动机与柴油机有所不同。对于汽油发动机而言，目前最迫切的要求是降低油耗。Opel动力有限责任公司通过市场分析认为，在未来的欧洲市场上，柴油发动机的市场占有率会有所下降，将从目前占绝对优势的60％下降到40%～45％左右，因为相对而言，汽油发动机的优点越来越突出——重量轻、结构紧凑、价格低廉、工作可靠。
降低油耗
在FEV发动机技术有限责任公司，汽油直接喷射、全变量气门调节控制技术，小型化技术等是他们在小排量发动机性能改进方面的重点攻关课题。在攻克这些技术难题时，还要附带解决变量密封技术的问题。另外，发动机磨擦对燃料消耗的影响也不可忽视。在发动机的每一个工作循环中，磨擦阻力所消耗的功率占有相当的比例：在汽油机中超过了20％，在柴油机中甚至超过了25％。不过，后来的试验证明，将曲轴的滑动轴承改为滚动轴承后，可明显减少曲轴的磨擦阻力。
在汽油发动机中，采用了汽油直喷技术后，可降低油耗15％以上。 在小型化技术的可行性试验中，FEV公司利用一台3L排量的6缸自然吸气汽油机与一台4缸1.8L排量的增压发动机进行了对比试验，在相同的输出功率条件下，汽油机可降低油耗16％，如果再辅助采用全变量密封技术，可将油耗减少23％，另外，小型化技术与直接喷射相互配合的非常好。Opel公司在2L排量的4缸汽油发动机中也采用了小型化技术和增压技术，将来在其他小排量发动机中，他们也会逐步采用这些技术。
在柴油发动机中，是否采用小型化技术主要取决于是否可以降低有害物质排量，而柴油机有害物质的排放量可通过新的微粒过滤系统来解决，可在不采用新的降低油耗的措施下保证达到法律法规规定的排放标准。在柴油机的研制开发中，增大柴油机的输出功率始终是各发动机供应商研发的一个重点。在FEV公司，目前每升柴油所能输出的功率已经达到了30kW，有些高性能柴油机可达60 kW/L，而提高柴油喷射压力仍是未来柴油机设计的一个重点发展趋势。目前，柴油喷射压力已达150～200bar之间了，这样高的柴油喷射压力对发动机制造所使用的金属材料也提出了很高的要求。目前有一种新型的片状-球墨铸铁被研制开发出来用以取代传统的灰铸铁机体。这种新型的铸铁材料的机械强度是传统灰铸铁的两倍。据奥迪公司介绍，用片状-球墨铸铁制造的3L V6－TDI发动机机体的重量减轻了7kg。
三次喷射
柴油三次喷射技术也是人们研究的另一个重点。奥迪公司在他们的A8轿车和新型A6－Limousine轿车中安装了采用柴油3次喷射技术的3.0V6TDI发动机，这种发动机最主要的特点是采用了Bosch公司研制的第三代直喷系统—— 一种采用了压电直喷技术的柴油喷射系统。奥迪公司这一新的6缸柴油发动机的输出功率为171kW/233马力，最大输出扭矩为450Nm。
分级增压
Opel公司和BMW公司都在自己的柴油发动机设计中采用了分级增压技术。分级增压的工作原理是：当发动机在低速范围内工作时，一个小型的高速增压器进行工作。它在不影响发动机工作的情况下为发动机提供废气回用气体。当发动机在1800～30001250r/min工作时，另一个大功率的低速增压器也投入增压工作。当发动机的转速高于30001250r/min以后，只有大功率的低速增压器自己单独的为发动机提供压缩空气。
Opel公司为一种4缸发动机研制了这种分级增压技术。这种1.9L的CDTI 4缸发动机在采用了二级增压技术后，达到了当今世界上柴油机的最大功率每缸82kW/112马力。
在BMW公司535d型3L直列发动机中，每缸的功率数值达到了66kW/90马力。BMW公司在奥地利的柴油机专业厂Steyt（斯太尔）生产的这种柴油机的最高转速可达4800r/min。
从2004年秋季开始，BMW公司的535d型轿车采用了能提供更大的功率的6缸3L排量的柴油发动机，该柴油发动机的额定功率为200kW/272马力，最大输出扭矩可达560Nm。该柴油发动机设计中的最大特点是二级增压，如同Opel公司在Vectra OPC轿车中使用1.9L排量156kW /212马力的CDTI发动机一样，利用这种二级增压技术，柴油发动机在大功率和低油耗两方面都有良好的表现。据Opel公司称：在不增加燃油消耗的情况下，采用二级增压技术后可提高功率达50％，在相同输出功率的情况下，它还可以减少燃油消耗近25％。
变气门控制
另一个令人瞩目的发动机研发项目是Eschen市的泰森集团Presta股份公司一直在进行的变气门控制技术。Presta公司可望于2007年～2008年时将这种“Delta Valve Conteol”变气门控制技术应用于汽油和柴油发动机的实际生产制造中。
变气门控制技术的主要特点是：气门的行程、气门开启角度可以连续变化，可以实现气门的开、关控制，气门的开启行程与开启角度（时间）同时减少，发动机可以智能地调节控制其配气相位。该变气门控制系统由一个气门行程控制系统进行控制，共有5个不同等级的气门行程分级方式和全变气门控制方式。这样一来，在汽油发动机的负载控制中可以明显地减少负载变化损失。据Presta公司称，这种变气门控制技术可减少汽油发动机的燃油消耗12%～18％。除此以外，变气门控制技术还可以明显降低发动机排气中有害物质的含量。变气门技术还有一个优点：驱动功率小，仅50W。
“Delta Valve Conteol”变气门控制系统的设计是非常成功的，它仅由几个最小的零部件组成，对于一个4缸汽油发动机来讲，一套这样的变气门控制系统的销价仅200欧元左右，成本非常低。
该变气门控制系统可利用简单的支架安装到汽缸盖上。在汽油发动机中，变气门控制系统是安装在缸盖进气门一侧的；而在柴油发动机中，Presta公司将变气门控制系统分别配置在发动机缸盖的进、排气门处。目前，这种双变气门控制的柴油机样机已在小批量生产之中。
由于到目前为止在汽油直喷技术中一直没有令人鼓舞的突破性进展，有的汽车生产厂家开始采用其他方法了。目前，已经有一家德国的汽车生产厂家和一家法国的汽车生产厂对变气门控制技术非常看好。
