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診斷柴油機故障的方法很多，但不管采用什么方法都必須具備一定的專業知識和工作經驗，并掌握柴油機的結構情況及使用年限等。常用的簡易診斷方法多為以下幾種：
(1)聽聲音聽聲音的方法有很多種，可直接用耳朵聽，也可借助聽棒、螺釘旋具聽。在聽的同時可改變柴油機轉速，或者拆掉一根高壓油管，以求確診故障部位。
實踐證明柴油機的異響噪聲是有規律的，其振動異響主要是由于本身的支撐不牢所致。柴油機每一個工作循環出現一次異響，多屬與凸輪軸有關系的零部件有關(如氣門、正時齒輪等)。柴油機每轉一圈異響出現一次，與曲軸連桿機構的機件有關。如果有規律地連續發生異響，多出現在旋轉部件上(如飛輪、正時齒輪等)。間歇而無規律的異響，大都來自柴油機附件故障。
柴油機內部異響的特征有以下幾點:
1)活塞敲缸聲缸體上部響聲最大，怠速時較清晰，冷機或剛起動時響聲明顯、響聲類似金屬的敲擊聲。采用逐缸斷油的方法，如響聲減弱或消失時可判定是該缸的活塞敲缸。
2)連桿軸承響響聲較短促，加速時有連續的敲擊聲,響聲隨轉速的增大而變響。采用逐缸斷油的方法判斷，如響聲減弱或消失，即可斷定該缸連桿軸承發生了故障。
3)活塞銷響響聲在柴油機氣缸體上部，怠速及低速時，有清晰的“嗒、嗒”聲，柴油機溫度升高時最明顯。用斷油的方法逐缸判斷，如響聲減小或消失便可確認該缸的活塞銷有故障。
4)活塞環響響聲不清脆，拔出機油標尺可聽到鈍啞的“啪、啪”聲，隨著轉速增高而加大、斷油時聲音不消失。可用一根Im長的桿物貼在氣缸體上部逐缸檢查，當桿的另一端貼在耳部聽到上述響聲時，該缸即有可能發生了活塞環響的故障。
5)竄氣聲機油標尺口有節奏地冒藍煙，嚴重時也會出現竄機油現象。逐缸斷油，聲音可消失，但藍煙仍舊竄出，即可斷定該缸出了故障。
6)曲軸主軸承響響聲來自氣缸體下部，響聲隨轉速的增高而加大。逐缸斷油，聲音無明顯變化。相鄰兩缸斷油，響聲減小，并伴有機油壓力下降，即可斷定該異響為曲軸部位。
7)氣門響怠速時可聽到有節奏的“嗒、嗒”聲,響聲隨轉速的提高而加大,逐缸斷油響聲無變化。
8)氣門座圈響響聲如同氣門響,響聲無規律，中速時較為清晰,逐缸斷油無變化。
9)氣門彈簧響可以聽到“嚓、嚓”的響聲，打開加機油口聲音會更明顯。
10)飛輪響響聲來自柴油機后下部、怠速時不明顯、提高轉速時有沉悶的“哐、哐”聲。加速時響聲明顯，急減速響聲也明顯。單缸斷油，響聲加劇。
(2)看煙色柴油機排氣管排氣的煙色，一般有白、黑、微藍、藍色和無色等幾種。
1)白色在柴油機冷態時出現是正常的，白色是水蒸氣的顏色。如果能隨著柴油機工作溫度的上升而變為微藍色，進而變為淡灰色(即很淡的黑色)或無色，說明柴油機工作正常。如果在熱機狀態下仍冒白煙，則說明工作狀態不正常。
2)藍色很淺的微藍色，可能是極細微的水氣造成的。看得清楚的藍色，多是燒機油的癥狀。
3)黑色這是柴油過濃、霧化不良、燃燒不完善的標志。
4)無色和灰色這是對應小負荷和大負荷正常的排煙顏色。如果摘掉空氣濾清器，煙色就會從黑色變為無色，說明空氣濾清器已太臟或進氣阻力過大。
(3)手感振動和溫度柴油機有些部位的振動和溫度，能顯示出機件內部的工作情況。例如手摸高壓油管，可感到噴油泵柱塞向噴油器送油的情況。又如柴油機起動后低速不穩，同時感到一排氣支管比其他支管溫度低，很可能這一缸不工作。
(4)查外觀柴油機上有一些儀表和指示信號，供使用者掌握柴油機的工作情況。例如蓄電池電壓、機油壓力、冷卻液溫度等，往往都有指示信號，這些都可用來了解柴油機的工作狀況。除此之外，查看外觀也是查找故障最方便的手段。例如看到某供油管路接頭處有油跡或沾有塵土，可以斷定這就是泄漏點。
(5)拆部件例如當難以查出是因為哪一缸噴油過濃造成排氣管冒黑煙時，只要看拆哪一缸的高壓油管黑煙便停止，說明該缸便是噴油過濃的缸。
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