本发明公开了一种基于马尔可夫变迁场和改进高斯原型网络的发动机气门故障诊断方法，包括：获取发动机气缸缸盖电压信号数据，建立时序数据集；对时序数据集进行编码，获得不同类型的二维特征图；将编码后的二维特征图打标签；对高斯原型网络中的嵌入网络进行改进，获得改进嵌入网络；获得训练好的基于改进高斯原型网络的发动机气门故障诊断模型；依据训练好的改进高斯原型网络的发动机气门故障诊断模型对测试集进行测试。本发明将采集到的发动机各个气缸振动时产生的电压信号转换成二维特征图，保留了电压信号的时间相关性，避免了重要信息的丢失；进而本发明再通过改进了高斯原型网络中的嵌入网络，提高了模型的计算速度和对小样本下发动机气门故障诊断的识别率。