柴油机直接喷油压燃的工作方式决定其故障主要发生在供油系中。实践证明，检测和排除供油系故障约占柴油机使用维修时间的60％以上。由于不同的故障现象却有相同的故障原因，如喷油器喷雾质量差，不但引起柴油机排黑烟，还引起柴油机的功率不足，油耗过大与燃烧噪声等，这都给故障分析造成困难。诊断柴油机供油系故障时，常将经验诊断、仪器检测、推理分析等结合在一起，按轻重缓急，由简到繁，由表及里的方法，通过筛选、综合、甄别，最后确定故障原因并予以排除。
1空气进入油路
油管中混入空气时，将使实际供油量减小，压力波动增加，柴油机加速能力降低。特别是在柴油机大负荷或启动工况时，油路中空气会使柴油机功率下降，使启动困难或不能启动。
油路中的空气一般是由低压油路进入的。例如，油管和滤清器的油流阻力，吸油时油面低和管接头渗漏等，都使负压下的吸油能力降低，从而使空气进入供油系。供油系安装时，由于其空间未充满燃油，必然也存留大量空气。此外，北方冬季由于燃油标号（主要凝点）偏高和季节严寒，也会引起油流阻力增加，增加低压油路进入空气的可能性。
若供油系中空气影响柴油机工作，应查明进气的原因并予以排除，随后对供油系进行排气。低压油路的排气由输油泵出油口开始，沿供油路线逐一进行。排除气体时用手油泵供油，先排除燃油粗滤器、细滤器中的空气，最后利用喷油泵体上的排气螺钉，排出低压油路中最后的空气。高压油路排气时，用起动机驱动喷油泵旋转，松开喷油器进油口接头，使空气排出高压油路。
2柴油机转速不稳
柴油机转速不稳，也称为游车，是柴油机低负荷时转速在较大范围内波动的结果。由于各缸供油不均匀和喷雾质量、喷射压力的差异过大，柴油机的各缸工作不一所致。调速器低速弹簧过软，造成调速幅度过大，是柴油机游车常见的原因。柴油机低速时的轻微游车，通常造成机械运行使用的不适感。柴油机大负荷、高转速时，游车现象无明显感觉。严重的低速游车应查明原因，予以消除。
保证柴油机转速稳定，必须具备两个基本条件：（1）柴油机每个循环供油均匀（数量相同），喷油器雾化质量均匀（质量相同）;（2）柴油机调速器调节灵敏。因为调速器有自动调节转速的功能，即随外界负荷的变化自动调节供油量，使柴油机转速变化一致。柴油机出现转速不稳，一般是喷油泵和调速器部分引起。对于喷油泵机械式调速器，检查供油齿杆移动灵活性，如果不灵活，那是由于柱塞的转动有阻滞或其他运动件有摩擦阻滞，使供油齿杆灵敏度降低，也可能是调速器机油太脏、过稠引起的，则应更换机油。如果供油齿杆移动阻力较大，则应逐一查看出油阀座压紧螺栓拧紧力矩是否过大，泵内是否有水垢或锈蚀的污物，引起柱塞生锈后阻滞；齿杆与齿圈啮合处是否嵌有异物，查明后予以排除。如果油量调节拉杆运动自如，转速不稳，是调速器各部位连接点松旷，如飞块销孔和座架磨损过大，调速器外壳松旷，供油齿杆间隙过大，凸轮轴轴向间隙过大等，则要对调速器进行检修，恢复各活动部位的正常配合间隙。
3喷油器雾化不良
喷油器雾化不良，是指喷油嘴喷出的燃油质量不好，不能形成良好的油雾，油雾形状也不合要求的倒锥形，影响混合气的质量，造成燃烧不完全，对发动机工作状况影响极大，使柴油机功率下降、耗油增加，有时还产生敲击。雾化状况良好与否又取决于喷油器与高压油泵。其常见的喷油器雾化不良原因：调整喷油压力的弹簧弹力减弱或弹簧折断，使喷油压力过低；喷孔磨损，喷孔积碳堵塞或烧坏；针阀与针阀体不密封，积碳将针阀卡住，或由于过热使针阀咬在打开的位置上而雾化不良。
诊断时可采用断油诊断法。让柴油机在选定转速下运转，切断某一缸的高压油管，观察和分析该缸在工作和不工作两种情况下柴油机故障症状的变化，以诊断引起故障的原因。这一方法被广泛应用于柴油机的故障诊断。柴油机的故障现象及规律，与汽缸的工作情况密切相关。单缸工作不良引起柴油机工作的不平顺；喷油器的喷射压力、喷雾状况和密封性变坏时，引起柴油机排黑烟，并增加燃料消耗。曲柄连杆机构的异响，对该缸是否工作反应灵敏，即不工作时会使异响明显减弱或消失。由于喷雾质量不良，柴油机在低负荷时产生明显的燃烧爆震。
利用断油法诊断柴油机故障时，选择故障反应最明显的转速，逐一中断被检缸的高压供油，目测、听察柴油机转速、排烟、异响等故障的变化。当某一缸断油后，如果柴油机故障症状出现明显变化，则故障与该缸有关。
当柴油机工作平稳性较差时，常用断油法定性诊断和区分故障。若断油后柴油机转速发生明显降低，证明该缸工作良好；反之则证明该缸工作不良或不工作。对于不工作或工作不良的汽缸，又可检测其汽缸压力或汽缸漏气量，以确定原因是汽缸密封性还是喷油质量。当确定是喷油质量引起的故障时，首先检查、调试喷油器的喷油压力、喷雾质量和密封性。对于非喷油质量引起的故障，需进一步查明原因，以确定消除故障的方法和措施。