在内燃机运行过程中，气缸套作为燃烧室的重要组成部分，可能因磨损而影响整机热力学性能。

近期发表的学术成果《Thermodynamic simulation-assisted random forest: Towards explainable fault diagnosis of combustion chamber components of marine diesel engines》为内燃机关键部件的故障诊断提供了有益的思路。

该研究提出了一种基于一维热力学模型的故障仿真方法，通过对物理和热力学参数进行精细化调整，来重现气缸套磨损故障在系统层面的瞬态响应，为后续的故障数据积累与诊断算法提供物理支撑。

气缸套磨损故障的物理机理通常源于磨粒磨损或密封界面退化，这会导致气缸套表面材料流失、局部缸径变大以及圆度超差。

在一维热力学仿真模型中，这种物理层面的退化需要被合理地映射为系统级特征参数的变化。具体而言，仿真中主要通过微调两个关键参数来重现该故障：

• 一是将气缸直径（Bore）从正常状态进行微调增大；
• 二是由于活塞与气缸套配合间隙变大、密封性下降，引入相应的漏气质量流量特性，使漏气量（Blow-by mass
  flow）参数从正常状态的零值调大至特定目标值。

在具体实施数值仿真时，边界条件与模型参数的精确定位至关重要。根据该研究中的实验配置，气缸套磨损故障仿真时，将气缸直径由正常的620 mm设为620.1 mm，漏气质量流量上限设定为0.03 Kg/s。

为了排除其他耦合故障的干扰并控制单一变量，活塞表面温度和气缸盖表面温度等热量边界条件需保持与正常状态一致的基准值（分别为276.85 ℃和246.85 ℃）。

通过此种参数微调，能够更客观地观察到由于漏气路径增加所导致的气体泄漏对整个循环动力学特征的影响。

一维热力学模型在仿真运行后，可输出曲轴转角全循环内的一系列热力学瞬态曲线。通过对比正常状态（Normal.csv）与气缸套磨损故障状态（Liner-wear.csv）的数据，可以观察到由于密封失效、漏气量增大，磨损状态下的气缸内最大爆发压力会出现一定程度的下降，而漏气热流量（Blow-By Heat Flow）与实际漏气量明显上升。

这些输出曲线为气缸套磨损特征的敏感性分析提供了量化依据，也直观展示了磨损对气缸内部能量转化过程的影响。

为从仿真输出的众多热力学参数中筛选出对气缸套磨损最敏感的特征，可以引入可解释性分析方法（如SHAP值法）。

通过对仿真数据集进行特征贡献度计算，能够定量评估气缸套磨损发生时各参数的变动对分类诊断的贡献权重。

分析表明，气缸套壁面热流量（Liner Wall Heat Flow）等指标在此类故障识别中表现出较高的关联度。利用一维热力学模型进行故障仿真，不仅能够以较低的成本获取稀缺的磨损样本数据，也为提升内燃机故障诊断模型的可解释性提供了方法参考。

参考文献：

Thermodynamic simulation-assisted random forest: Towards explainable fault diagnosis of combustion chamber components of marine diesel engines[J]. Measurement, 2025, 251: 117252.

仿真数据及代码：https://ts-rf.github.io/