proxy_max_temp_file_size вообще не имеет к размеру файлов в кеше никакого значения
Цитата:
Директива задаёт максимальный размер временного файла для проксированного
ответа. "proxy_max_temp_file_size 0" запрещает создание файла.

Т.е. определяет может ли nginx писать ответ бекенда на диск перед отдачей клиенту, или ему придется отдавать его на лету.
При этом общий объем отдачи клиенту и этот размер никак не коррелируют.
Ответ может быть 10Тер, а размер временного файла 1Мег, тогда nginx может каждый пришедший 1Мег записывать на диск и потом отдавать клиенту, и все это в цикле, (пока все не посинеют)))
Хотя никто не сказал, что будет если размер ответа известен сразу и превышает - nginx может отказаться писать ответ во временный файл, если сочтет это не эффективным.
Полезность его установки в больше нуля только в одном - если надо разгрузить бекенды для новых запросов при неторопливых клиентах (или такого вида атаки)
Но если у вас система обрабатывает 100к запросов, и вы поставили размер в 1мег, то это может потребовать 100Гиг диска для временного хранения ответов.
И нехилый вобщем disk-io )))