船用柴油机故障仿真数据集说明

本文介绍一个船用柴油机故障仿真数据集。该数据集是一个面向大型船用柴油机燃烧室部件故障诊断研究的热力学仿真数据集。它基于经过实船数据标定的一维热力学仿真模型构建，包含柴油机在正常状态及五类典型燃烧室故障状态下、覆盖完整工作循环（0°~360°曲轴转角）的14项关键热力学参数，为数据驱动的设备健康管理和可解释性故障诊断研究提供数据基准。

一、数据集的故障组成

本数据集针对船用柴油机燃烧室这一较易受损的核心区域，模拟了1种正常状态与5种典型故障。数据集中包含的6类状态定义如下：

• F0 - 正常状态 (Normal): 柴油机在标定工况下的健康运行状态。
• F1 - 缸盖开裂 (Cylinder Head Cracking): 通过微调缸盖表面温度进行模拟，反映由热机械负荷引起的结构完整性退化以及局部散热受阻。
• F2 - 活塞烧蚀 (Piston Ablation): 综合微调活塞表面温度分布和漏气质量流量进行模拟，再现材料损失引起的表面温度局部升高及密封性退化。
• F3 - 缸套磨损 (Liner Wear): 通过调整缸径大小和相应的漏气特性，模拟缸套内壁磨损、几何形变导致的活塞-缸套密封失效。
• F4 - 活塞环磨损 (Ring Wear): 通过控制漏气质量流量参数，模拟由于磨损、变形等引起的活塞环端面密封性下降及漏气现象。
• F5 - 活塞环粘结 (Ring Sticking): 综合微调缸径、缸套表面温度及漏气流量参数，模拟由于积碳、润滑不良等原因导致活塞环运动受阻、传热能力下降的现象。 

二、数据集的关键特征参数

在每个仿真样本中，数据以 3°曲轴转角 (Crank Angle) 为步长，记录了0°至360°瞬态变化的14项核心热力学参数。具体参数清单及其实理物理单位如下表所示：

参数标签	参数名称 (中文)	参数名称 (英文)	单位
P01	气缸压力	Cylinder Pressure	Pa
P02	气缸温度	Cylinder Temperature	K
P03	活塞壁面热流量	Piston Wall Heat Flow	J/deg
P04	气缸盖壁面热流量	Head Wall Heat Flow	J/deg
P05	缸套壁面热流量	Liner Wall Heat Flow	J/deg
P06	漏气热流量	Blow-By Heat Flow	J/deg
P07	漏气质量流量	Blow-By Mass Flow	Kg/s
P08	涡轮功率	Turbine Power	J/s
P09	排气压力	Pressure of Exhaust	Pa
P10	排气温度	Temperature of Exhaust	K
P11	增压器前排气压力	Pressure of Exhaust Gas before Turbocharger	Pa
P12	增压器前排气温度	Temperature of Exhaust Gas before Turbocharger	K
P13	增压器后排气压力	Pressure of Exhaust Gas after Turbocharger	Pa
P14	增压器后排气温度	Temperature of Exhaust Gas after Turbocharger	K

 

三、数据集的标定与物理有效性

本仿真数据集的构建并非仅依赖纯理论计算，而是基于真实船舶推进系统采集的数据进行了物理标定。

研究人员利用集成在船舶上的数据采集模块（DCM）获取了长达六个月的实船运行监测数据。经过校准后，热力学仿真模型在额定工况下的主要输出参数（如功率、转速、增压器前后温压等）与实验测量值之间的误差控制在5%以内。这在一定程度上确保了本仿真数据集在提供干净故障标签的同时，保留了物理合理性。

四、 数据集获取与引用说明

数据集共享网址: https://github.com/TS-RF/TSRF/releases/tag/dataset

学术论文引用来源:

C. Luo, M. Zhao, X. Fu, et al. Thermodynamic simulation-assisted random forest: Towards explainable fault diagnosis of combustion chamber components of marine diesel engines [J]. Measurement, 2025, 251: 117252.

Github主页：

https://ts-rf.github.io/