柴油机在运行中如果出现机械故障，轻者造成零部件损伤，重者导致重大机械事故的发生。通常情况下，柴油机发生故障前，转速，声音、排气、水温、机油压力等数据都会表现出异常，即故障预兆特征。
操作人员应根据预兆特征，迅速准确作出判断，果断采取措施，避免事故发生。
“飞车”故障
预兆特征：转速突然升高，越来越快，不受抽门控制，声音异常、刺耳，排气管冒出大量蓝烟或黑烟。
“飞车”属于超速空转，在正常负荷下不会发生。而在刚起动或突然减轻负荷的情况下，才可能出现。“飞机”的主要原因是调整器发生故障，使供油失去控制而引起。出现“飞车”预兆，如不立即采取措施，会导致捣缸，断轴等事故发生。
处理措施：主要是通过断油或断气达到熄火目的。一是关油门停止供油，并踏下制动器：二是堵塞进气管，切断空气的进入；三是迅速松开高压油管停止供油；四是可用高档重负荷(制动)，迫使发动机熄火。
粘缸故障
预兆特征：转速下降、运转无力，声音沉闷，水温超高，超过100℃。
此时，向机件洒一些水，会迅速蒸发。主要是严重缺水，水冷却系统失效。若立即熄火停机，就可能产生粘缸。
处理措施：慢速运转一段时间或熄火摇转曲轴帮助冷却，使水温降至40℃左右，再缓慢加入冷却水。否则，立即加冷却水，会使机件因局部温度下降过快产生变形或裂纹。
捣缸故障
预兆特征：曲轴箱有“嗒嗒”声，像小锤子轻敲硬地板的声音，即俗称的“敲缸声”。机油压力下降，急加速时更明显。
捣缸是破坏性很大的故障，主要是由于连杆螺栓松退，连杆轴配合间隙过大，造成螺栓松脱成折断所致。若有敲缸声，但机抽压力正常，则不是捣缸的预兆。
处理措施：立即停机检修，更换新件。
烧瓦故障
预兆特征：声音发闷，好象负荷突然加重转速降低，机油压力下降，排气冒黑烟。
烧瓦会导致轴瓦与轴颈抱死而熄火，主要是轴瓦表面润滑油膜被破坏，轴瓦与轴颈表面金属直接接触、摩擦温度迅速上升，表面产生胶合所致。
处理措施：立即停机，拆盖检查连杆轴瓦，查明原因，维修更换。
断轴故障
预兆特征：曲轴箱内发生沉闷的敲击声，慢速行驶时机件抖动严重，排气冒黑烟。
断轴主要是曲轴颈轴肩处机械疲劳超限，有一个从裂到断的渐变过程。出现隐性裂变时，预兆特征不明显，随着裂纹扩大，预兆特征越来越明显，最后导致断轴熄火。若出现油门抖动时停机。可能正处于断轴的临界点。此时拆盖检查，用手推动飞轮，如轴向间隙较大，且推动不费力，表明曲轴已折断。
处理措施：发现预兆立即停机检查，发现裂纹及时更换曲轴。
拉缸故障
前兆特征：排气管严重冒黑烟而突然熄火，曲轴不能转动。此时不能再启动柴油机进行工作，而应查明原因并加以排除。
处理措施：
（1）早期发现拉缸时应首先加大气缸滑油注油量。如过热现象没有改变，可采取单缸停油、降低转速、加快活塞冷却等措施，直到过热消除为止。
（2）当发现拉缸时，必须迅速降低转速，然后停车。继续增加活塞冷却，同时进行盘车。
（3）如因活塞咬死而不能盘车时，可待活塞冷却一段时间后，再行盘车使之活动。
（4）当活塞咬死的情况比较严重时，可向气缸内注入煤油，待活塞冷却后撬动飞轮或盘车。
（5）吊缸检查时，应将活塞与缸套表面上的拉缸痕迹用油石仔细磨平。损坏的活塞环必须换新。若活塞和缸套损坏严重，应予以换新。
（6）活塞装复时，必须仔细检查气缸上的各注油孔注油是否正常。若活塞和气缸套均换新，则在装复后应进行磨合，磨合时应从低负荷开始逐渐地加负荷并连续运转。
（7）如拉缸事故不能修复或不允许修复时，可采取封缸方法继续运行。