发动机作为军用车辆的主要总成和动力来源，具有结构和运动状态复杂、振动激励源多，振动传播路径繁杂等特点，这些特点决定了对其进行状态监测和故障诊断的困难程度。为提高其运行的安全性和可靠性，满足军用车辆视情维修的要求，对发动机进行状态监测和故障诊断具有十分重要的意义。本文以发动机基本结构和动力学特性的研究为基础，分析了发动机振动的主要激励源、传播路径及其表面振动信号的特性，并针对发动机的不同运行状态以及在相同状态下的不同故障程度，设计了可行的缸体振动信号测试方案。针对汽车发动机机体表面振动信号的非平稳性等特点，通过对实测故障信号和正常信号的对比分析，给出了连续小波变换系数尺度能量谱、三维能量图以及小波包频带能量熵等对汽车发动机诊断行之有效的特征提取方法和故障特征量。同时，将这些特征量分别用于汽车发动机的异响故障实例的诊断，取得了比较好的效果，证明了小波变换分析方法在汽车发动机机体表面振动信号特征提取中具有比传统的傅立叶频谱分析更好的特征提取能力。本文在总结和汲取领域研究成果的基础上，结合课题实际，引入适用于非平稳信号分析的新方法——局域波分析方法，应用局域波边际谱和瞬时能量谱的提取，成功地实现了汽油发动机气门间隙异响故障以及柴油发动机活塞敲缸异响故障的诊断，从而验证了局域波分析的可行性和优点。