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Computerized Engine Controls Ninth Edition by Steve V. Hatch

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Table of Content

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . xi

Chapter 1: A Review of Electricity

and Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Electrical Circuits versus

Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Electron Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Electrical Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Electrical Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Polarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Circuit Faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Semiconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

The Digital Age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Chapter 2: Computers in Cars . . . . . . 43

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Why Computers? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

How Computers Work . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Functions of the Engine Computer . . . . . . 62

Controlling Exhaust Gasses . . . . . . . . . . . 64

Closed-Loop and Open-Loop

Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

The PCM and Exhaust Emissions . . . . . . 67

Attitude of the Technician . . . . . . . . . . . . . 67

System Diagnosis and Service . . . . . . . . . 67

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Chapter 3: Common Components

for Computerized Engine

Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Common Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Sensing Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 102

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Chapter 4: Common Operating

Principles for Computerized

Engine Control Systems . . . . . . . . . . 109

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Fuel Volatility and Fuel Octane . . . . . . . . 110

Electronic Fuel Injection System

Operating Principles . . . . . . . . . . . . . . 111

Ignition System Operating

Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Emission-Control Systems . . . . . . . . . . . 132

Variable Valve Timing . . . . . . . . . . . . . . . 138

42 V Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Chapter 5: Diagnostic Concepts . . . . 145

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Types of Faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Diagnostic Trouble Codes . . . . . . . . . . . . 146

Data Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Functional Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Technical Service Bulletins . . . . . . . . . . . 148

Pinpoint Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Flowcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Electrical Schematics . . . . . . . . . . . . . . . 155

Other General Diagnostic

Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Chapter 6: Diagnostic Equipment . . . 159

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Scan Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Breakout Boxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Non-Powered Test Lights . . . . . . . . . . . . 164

Logic Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Digital Volt/Ohm Meters. . . . . . . . . . . . . . 166

Digital Storage Oscilloscopes . . . . . . . . . 175

Safety Considerations When Using

A DVOM or DSO . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Gas Analyzers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Chapter 7: Exhaust Gas Analysis . . . 195

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Theory of Gas Analysis . . . . . . . . . . . . . . 195

Measured Gasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Gas Analyzers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Diagnosing with the Gasses . . . . . . . . . . 206

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Chapter 8: Understanding OBD II . . . 213

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

CARB/EPA/SAE/OBD Background . . . . . 213

Why OBD II? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

What Does OBD II Do? . . . . . . . . . . . . . . 214

Diagnostic Management Software . . . . . 215

Standardization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

OBD II Monitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

The Ten Global Modes of OBD II . . . . . . 235

Cold Start Emissions Reduction . . . . . . . 239

Reducing the Escape of HC

Emissions During Refueling . . . . . . . . 240

OBD III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Chapter 9: Multiplexing Concepts . . . 245

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Multiplexing Overview . . . . . . . . . . . . . . . 245

Multiplex System Designs . . . . . . . . . . . . 248

Multiplexing Protocols . . . . . . . . . . . . . . . 250

Communication on a J1850 VPW

Data Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Communication on a CAN

Data Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Multiplexing Variations. . . . . . . . . . . . . . . 256

Fiber Optic Protocols . . . . . . . . . . . . . . . 258

Other Bosch Protocols . . . . . . . . . . . . . . 258

Diagnosis of Multiplexed Circuits . . . . . . 259

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Chapter 10: General Motors’

Electronic Engine Controls . . . . . . . . 263

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Powertrain Control Module . . . . . . . . . . . 264

Operating Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

Fuel Management Systems . . . . . . . . . . 277

Idle Speed Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

Spark Management Systems . . . . . . . . . 290

Emission Control Systems . . . . . . . . . . . 301

Other PCM-Controlled Systems . . . . . . . 310

Body Control Module . . . . . . . . . . . . . . . 316

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 320

PCM, PROM, and CALPAK Service . . . . 323

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Chapter 11: Advanced General

Motors Engine Controls . . . . . . . . . . 331

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Northstar Engine Overview . . . . . . . . . . . 332

Northstar Inputs/Outputs . . . . . . . . . . . . . 336

Cadillac LH2 Northstar Upgrades . . . . . . 347

Cadillac HFV6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

GM Generation III Small-Block V8s . . . . . 351

GM Generation IV Small-Block V8s . . . . 354

GM Active Fuel Management

System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Flywheel Alternator Starter System . . . . 356

Belt Alternator Starter System . . . . . . . . 361

Chevrolet Volt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

GM Voice-Recognition/ Navigational

System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 365

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

Chapter 12: Ford’s Electronic

Engine Control IV (EEC IV) . . . . . . . . 371

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

Powertrain Control Module . . . . . . . . . . . 372

Operating Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

Fuel Management Systems . . . . . . . . . . 398

Idle Speed Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

Spark Management Systems . . . . . . . . . 403

Emission Control Systems . . . . . . . . . . . 414

Other PCM-Controlled Systems . . . . . . . 420

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 425

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

Chapter 13: Ford’s Electronic

Engine Control V (EEC V) . . . . . . . . . 439

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

Engine Controls Inputs . . . . . . . . . . . . . . 440

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440

Fuel Management Systems . . . . . . . . . . 443

Idle Speed Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

Ignition Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447

Emission Control Systems . . . . . . . . . . . 448

Advanced Ford Computer

System Features . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

Body Control Modules . . . . . . . . . . . . . . . 460

Voice Recognition/Navigational

Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

AdvanceTrac™ System . . . . . . . . . . . . . . 462

EcoBoost Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

CVPI Fire-Suppression System . . . . . . . 463

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 464

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

Chapter 14: Chrysler Corporation

Fuel Injection Systems . . . . . . . . . . . 469

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Powertrain Control Module . . . . . . . . . . . 470

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

Fuel Management Systems . . . . . . . . . . 488

Idle Speed Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 491

Spark Management Systems . . . . . . . . . 492

Emission Control Systems . . . . . . . . . . . 495

Other PCM-Controlled Systems . . . . . . . 497

Chrysler Multiplexing Systems . . . . . . . . 499

Advanced Chrysler Electronic

Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 502

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 506

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506

Chapter 15: European (Bosch)

Engine Control Systems . . . . . . . . . . 509

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509

System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

Continuous Injection System. . . . . . . . . . 513

Pulsed Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514

Motronic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516

Electronic Control Unit . . . . . . . . . . . . . . 516

Operating Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521

Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524

Bosch Obd II Update . . . . . . . . . . . . . . . . 533

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 534

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

Chapter 16: Asian Computer

Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . 539

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539

Nissan: Electronic Concentrated

Control System (ECCS) . . . . . . . . . . . 540

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542

Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 553

Toyota Computer-Controlled

System (TCCS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 564

Honda: Programmed Fuel

Injection (PGM-FI) . . . . . . . . . . . . . . . 565

Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

Honda’s VTEC Systems . . . . . . . . . . . . . 573

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 578

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

Chapter 17: Alternative Power

Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Honda Insight, Civic, and Accord

Hybrids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585

Toyota Hybrid System . . . . . . . . . . . . . . . 588

Ford Escape Hybrid . . . . . . . . . . . . . . . . 593

Allison Two-Mode Hybrids . . . . . . . . . . . . 595

Fuel Cell Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595

Flexible Fuel Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . 599

System Diagnosis and Service . . . . . . . . 600

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

Chapter 18: Approach

to Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

Narrowing Down the Area

of the Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

Pinpoint Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609

Diagnosing Intermittent Symptoms . . . . . 614

Testing Catalytic Converters . . . . . . . . . . 615

EVAP System Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . 618

Diagnosing Air/Fuel Ratio Problems . . . . 620

Diagnosing an Emission

Test Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623

Reprogramming a Computer . . . . . . . . . . 626

The Three Essential Tools of Electronic

System Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . 629

Other Diagnostic Resources . . . . . . . . . . 630

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630

Diagnostic Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

Appendix A: Terms and Acronyms . . . 635

Appendix B: Automotive-Related

Web Addresses . . . . . . . . . . . . . . . . 643

Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663

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