本发明涉及使用模型预测控制的空气流控制系统和方法。扭矩请求模块基于驾驶员输入来生成用于火花点火发动机的第一扭矩请求。扭矩转化模块将所述第一扭矩请求转化为第二扭矩请求。设定点控制模块基于所述第二扭矩请求来生成每缸空气质量（APC）设定点、排气再循环EGR）设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点。模型预测控制（MPC）模块：基于所述APC设定点、EGR设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点来识别可能目标值的集合；分别基于所述火花点火发动机的模型和可能目标值的所述集合来生成预测参数；基于所述预测参数来选择可能目标值的所述集合中的一个；以及基于所述集合中的所选一个的可能目标值来设置目标值。