柴油机结构复杂，组成部件众多，由于各种原因不可避免地要发生故障，使柴油机的动力性、经济性变坏。有时一个机构或部件出问题，同时引起几种故障；有时一种故障，可能是几个原因引起的。要排除故障，首先了解各类故障的特点和现象，然后通过综合分析找出产生故障的原因，诊断出故障的确切部位，并尽快排除故障。
一、经验诊断法
经验诊断法是凭驾驶员、维修人员的基本素质和丰富经验，快速准确地对柴油机故障做出诊断。无论是驾驶员还是维修人员，都必须通过学习和实践不断的探索，才能不断提高对发动机故障的认识，经验越多，判断就越准确。
例如，柴油机排气冒黑烟，是由于柴油燃烧不完全所致。这时可大致判断，有可能是供油过量、空气滤清器堵塞使进气量不足或负荷过重，按此分析，逐个检查有关部位，就可判明故障原因和故障部位。
如诊断柴油机过热故障，首先要检查散热系统液面是否正常。如果冷却液面偏低，表明柴油机的冷却水量不足；如果冷却液面正常而发动机仍过热故障，要检查水泵节温器的工作情况、散热器的工作情况、柴油机风扇的运行状况和水泵是否损坏。
二、隔离判断法
隔离判断法是判断故障的主要方法之一。所谓隔离判断法，就是在车辆产生故障后，不能确切判断故障的具体部位，采用隔离开部分零部件后，再加以判断的方法。例如，柴油发动机产生工作不稳定的故障时，不能断定哪一个缸工作不良，这时就采用单缸熄火法来判断。
具体方法是：拧松某一缸高压进油管压紧螺母，切断该缸的燃油供应，若此时发动机的运转状态发生变化（发动机运转时的声音有变化），则说明该缸原来工作正常；若此时发动机的运转状态不变，则说明该缸不工作，问题就在此缸。
三、比较、试探法
对故障部位的某零件有怀疑时，可用合格的总成或零部件试替换可能损坏的总成或零部件，换后若故障消失，则说明故障是因原零件不良所至。这种判断故障的方法就叫比较、试探法，用这种方法既简单又直观。
如发动机的机油压力指示系统发生故障，当怀疑压力感应塞损坏时，可将备用的好的压力感应塞替换原车上的压力感应塞，再试车，如果换件前不好，换后立即解决了问题，明显就是这个部位发生了故障，而且及时修好了。
四、气味、异响判断法
农用运输车产生故障时，往往伴随有各种异常气味或异常响声，利用它们可迅速找到故障部位。气味异常主要有：电气元件产生故障时，由于电流过载，塑料或电木被烧焦的气味；离合器、手制动和车轮制动器的摩擦片，因发热严重而被烧焦的气味；机油燃烧的特殊气味等。
响声异常是车辆故障的重要表现。掌握和利用车辆响声异常的规律，可以迅速判断出故障的部位，若经验丰富还可以判断出故障部位的损坏程度。车辆的响声较为复杂。
鉴别响声时，要注意区别正常响声与异常响声。一般来说，响声与发动机的转速和车速有一定关系，可以通过不断变换油门或车速的方法，听响声在什么情况下严重、突出。此外，还要注意响声有无节奏，有节奏的响声（指每隔相同时间发生同样的响声），一般都与旋转部件有关，．无节奏的响声，一般与旋转部件无关。
车辆的响声异常有下列几种情况：
(1)车辆停驶，发动机运转有异常响声。踏下离合踏板使离合器分开，若响声消失，则可能是离合器分离杠杆、变速器常啮齿轮或中间轴发响；若仍有响声，则说明响声来自发动机。此时，松掉风扇皮带，若响声消失，则说明皮带轮及其附件发响；若仍有响声，则说明发动机内部发响。
(2)车辆停驶，发动机运转无异常响声，而车辆行驶时有异响，说明响声来自底盘。这时将车停住，发动机仍运转，若轻踏离合踏板有异响，则说明变速器一轴轴承发响；若踏下离合器踏板有异响，则说明离合器分离轴承或中间主动盘（双片式）发响。
五、局部拆装诊断法
局部拆装法，就是已经判明故障可能发生在某个总成上，但不能准确判断具体是哪一部分发生故障的时候，可以按照总成的工作原理，局部拆掉某一部分进行检查，而后再装上去的方法。
如怀疑发动机的某一缸不工作时，可用单缸断油拆卸法来检查，局部拆卸是拆下这个缸的高压油管接头，发动机运转中的转速和响声均发生变化就是表示这个缸工作正常；而无反映就是工作不正常。发动机动力性不足怀疑空气滤清器堵塞时，可以拆下空气滤清器芯再试发动机，如动力性在无空气滤清器情况下恢复，故障就在这里。