柴油机在运行中出现机械故障轻则造成基础件损伤，重则导致重大机械事故的发生。通常情况下，柴油机发生故障前其转速、声音、排气、水温、机油压力等方面会表现出某种异常迹象，即故障预兆特征。所以操作人员应根据预兆的特征迅速作出正确判断，果断采取措施避免事故的发生。
1.“飞车”故障
预兆特征转速突然升高，而且越来越快，不受油门控制，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，在负荷下工作不会发生，都是在刚起动或工作中负荷突然去掉或减轻的情况下，才有可能出现。“飞车”的主要原因是调整器系统发生故障,使供油失去控制或油底壳机油过量而引起。出现“飞车”预兆，如不立即采取紧急措施，最后会导致捣缸、断轴等重大事故。
处理措施主要是通过断油或断气达到熄火目的。可以采取的紧急措施有：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；四是车用柴油机行走中可用高档重负荷（制动），使发动机因扭气不足而熄火。
2.粘缸故障
预兆特征转速下降、运转无力，声音沉闷，水温超高，配有水温表的其指示超过100℃。
此时，向机件洒一些水，会迅速蒸发。主要原因是严重缺水，水冷却系统失效。若立即熄火停机，就可能产生粘缸。
处理措施怠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。注意不要立即加冷却水，否则会导致机件因局部温度突然下降过快而变形或产生裂纹。
3.捣缸故障
预兆特征曲轴箱部位有“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。
捣缸是破坏性大的机械故障，主要原因是由于连杆螺栓松退或螺栓拉伸缩颈，连杆轴配合间隙过大，造成螺栓松脱或折断所致。
若有敲缸声，但机油压力正常，则不是捣缸的预兆，应从供油提前角的调整方面考虑。
处理措施立即停机检修，更换新件。
4.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，主要原因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。
5.断轴故障
预兆特征曲轴箱内发生沉闷的敲击声，轰动油门则敲击声变大，怠速运行时机件抖动严重，排气冒黑烟。
断轴是曲轴颈轴肩处机械疲劳引起，都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。若出现油门等抖动或敲击频率相吻合时停机，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，发现裂纹应及时更换曲轴。