快速发展的电子技术和控制技术越来越多的应用到发动机控制系统，使得发动机朝着提高动力性和节能的目标发展，日益严格的排放法规对发动机控制系统提出了更高的要求，而提高空燃比控制精度是改善发动机动力性、燃油经济性和降低尾气污染的关键环节。本文根据发动机均值模型理论建立了进气通路均值模型和燃油蒸发子模型。利用en-DYNA发动机动力学仿真软件中的si_s4发动机模型对进气通路均值模型进行了仿真验证；对燃油蒸发子模型的动态特性进行了仿真分析，说明了当发动机在加速和急减速工况时对燃油传输动态特性进行补偿的必要性并建立了燃油传输动态特性补偿器，通过仿真验证了燃油传输动态特性补偿器具有良好的效果。本文研究的空燃比控制目标是无论发动机处于稳定工况还是过渡工况，都能够使实际空燃比保持在理论空燃比14.7附近。对于稳定工况，首先给出了空燃比开环控制方法，但考虑到开环控制对各种设备精度要求高、易受干扰，因此使用氧传感器对实际空燃比进行基于PID的闭环反馈控制。对于过渡工况，说明了对空燃比精确控制的关键在于准确预测进气量，而对进气量的预测是通过对进气压力的预测实现的。因此重点研究了进气压力预测算法，对相关文献提出的进气压力预测算法进行了改进，并提出了一种变预测范围的进气压力预测算法。该算法根据发动机转速的大小动态调整预测范围，在低转速时预测范围小，以提高预测精度；在高转速时预测范围大，以保证发动机ECU有充足的时间进行预测算法的运算。仿真试验表明，进气压力预测算法具有较高的精度，因此由进气压力预测值计算得到的进气量预测值也具有较高的精度，再由目标空燃比计算喷油量，并对燃油传输动态特性进行补偿，以达到在此工况下对空燃比精确控制的目的。本文的研究重点不是对各种空燃比控制方法进行介绍，而是从实际应用的角度研究空燃比的具体控制算法，对控制算法进行了严谨的推导和仿真验证，因此本文对发动机ECU空燃比控制的软件开发具有一定的参考作用。