柴油發電機組內燃機大修是一次恢復性的修理。主要是恢復發電機組的內燃機的動力性能、經濟性能及機件的緊固性能，保證柴油發電機組內燃機的完好狀況，延長其使用期限。
其基本內容是：修理或更換曲軸、連桿、缸套、氣門座、氣門導管；修理偏心軸承；更換柱塞副、出油閥副和針閥副三大精密偶件；修焊油管及接頭；修換水泵、調速器、清除水套水垢；檢查、修理、調整供電系統中的線路、儀表、充電發電機和啟動電機等；安裝、檢查、試驗、調整各系統，并且載荷試車。
柴油發電機組內燃機大修的時機，一般應根據規定的工作時數和技術狀況來決定。不同型號的內燃機大修時的工作時數也不同，如4135柴油機第一次大修期為6000h。這個時間也不是一成不變的，如因使用維護不當或內燃機工作條件惡劣（多塵、經常在超載情況下工作等），可能在沒達到工作的時數以前，就不能繼續使用了 。因此，在確定內燃機大修時，除根據工作時數外，還要根據如下大修判定條件。
1.內燃機工作無力（加負荷后轉速下降較大，聲音突變），排氣冒黑煙。
2.內燃機在常溫下啟動困難，走熱后曲軸軸承、連桿軸承和活塞銷有敲擊聲。
3.內燃機在溫度正常時，氣缸壓力達不到標準壓力的70%.
4.內燃機的燃油和機油消耗率顯著增加。
5.氣缸的失圓度和錐形度、活塞與氣缸之間的間隙、曲軸軸頸和連桿軸頸的失圓度超道規定的極限。
柴油發電機組的內燃機大修時，其主要機件均應修理，將全機分解為總成、組合件、合件及零件，并進行檢驗與分類，根據修理技術條件，對其進行徹底檢查、修理與裝復試驗。

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