本发明公开了一种针对非稳定成分气源的发动机燃料控制系统及控制方法，控制系统包括比例式混合器、发动机电控单元、曲轴转速传感器、电子节气门、进气温度压力传感器和氧传感器；比例式混合器的燃气进口端与混合气出口端之间设置有包含燃气温度压力传感器和燃气旁通阀的燃气旁通管路。控制方法为：对不同工况下的初始空燃比进行初始化标定；正常运行，基于当前工况下的实际空燃比与初始空燃比的差值，通过PID控制调节燃气旁通阀开度进行空燃比闭环控制；同时根据燃气温度压力信号对开度进行修正；直至实际空燃比约等于初始空燃比停止开度的调节。本发明可根据非稳定成分气源做针对性的自适应控制，保证发动机正常运行以及功率稳定输出。