柴油机是常见的船舶动力机械设备，由于柴油机长期承受着较大的热负荷和机械负荷，再加上机舱环境恶劣，其主要部件容易发生阻塞、磨损以及结垢等故障，严重影响柴油机系统的经济性与安全性，甚至会导致船舶无法正常营运。但传统的柴油机维修保障工作主要依赖于事后维修和计划维修，缺乏诊断前期故障的能力，无法在柴油机发生严重的失效故障前针对性能劣化的部件发出预警。因此有必要对船舶主机系统关键能耗设备进行实时监测，及时定位性能劣化部件并发出警报。　　本文以6PA6L-280柴油机为研究对象，根据热经济学结构理论搭建了柴油机故障诊断模型，根据炯效率计算准则确定了增压器、空冷器、气缸和缸套水冷却器的“燃料”和“产品”，绘制了柴油机系统的生产结构图，分析了各组元的的“故障”、“障碍”和“故障成本”，提出将“故障”和“故障成本”同时为正且绝对值较大的组元诊断为故障组元。然后，本文使用GT-Power软件搭建了6PA6L-280柴油机仿真模型并进行了故障模拟，利用模拟所得的故障运行参数对故障诊断模型进行了逆向验证。　　结果表明，本文提出的基于热经济学结构理论的故障诊断模型在发生压气机阻塞、空冷器结垢和气缸喷油压力降低的单一故障时可以准确定位故障部位，尤其是在空冷器组元故障诊断时显示了较高的灵敏度，在柴油机功率下降2kW时，空冷器的故障成本被放大到了11kW，但该诊断方法对缸套水冷却器结垢的故障不敏感。在上述的压气机阻塞、空冷器结垢、喷油压力降低故障同时发生两种或两种以上时，压气机阻塞和气缸喷油压力降低故障可以被同时诊断出来，但空冷器结垢故障由于对柴油机效率影响较小，容易被压气机阻塞和气缸喷油压力降低故障掩盖，其故障成本和故障值仅为单一故障情况下的0.06倍甚至更低。因此在使用热经济学结构理论进行故障诊断时，应优先定位对柴油机性能影响较大的故障，待故障排除后，可再对较轻微的故障进行定位。