Existem duas maneiras de fazer isso. O caminho mais fácil e o jeito que realmente parecerá escuro.
O caminho mais fácil é exatamente o que você disse: jogue um quad em tela cheia que escurece a cena. Mas:
Eu tenho uma idéia que coloque uma camada no topo do jogo com a transparência entre 10 e 20% e mude de cor depende do tempo, mas não sei qual cor é boa.
Isso porque não há "bom". Existem apenas níveis variáveis de maus. Sempre parecerá o que é claramente: uma cena brilhante que foi escurecida. A noite real não é simplesmente uma cena brilhante que foi escurecida. Áreas diferentes são mais escuras de maneiras diferentes.
O melhor que você pode fazer é executar vários testes e encontrar a cor menos ofensiva. Ninguém pode lhe dar uma "boa cor", porque tal coisa não existe. Existe apenas "o que você pessoalmente pode tolerar para sua cena em particular".
A maneira certa de fazer isso é fazer com que seus artistas redesenhem todos os sprites para uma cena mais sombria. Obviamente, isso exige muito trabalho, e é por isso que a maioria dos jogos baseados em sprites não possui ciclos diurnos e noturnos.
De fato, os jogos de sprites que realizavam cenas noturnas também tinham a vantagem de usar sprites paletizados. Nesses casos, eles simplesmente criaram uma paleta especial "noite" para os sprites. Isso lhes deu a oportunidade de ajustar as cores para obter o melhor efeito visual.
Você pode tentar algo semelhante a isso, mas exigiria o uso de sprites paletizados.