toyota training course t874 engine control systems II intro

ENGINE CONTROL SYSTEMS I
Course 852

TOYOTA Technical Training
© 2010 Toyota Motor Sales, U.S.A., Inc.
All rights reserved. This book may not be reproduced or copied, in whole or in part by any means, without the written permission
of Toyota Motor Sales, U.S.A., Inc.
Printed in U.S.A.
Ver. June 14, 2010


Toyota Motor Sales, U.S.A., Inc.


Table of Contents
Section 1:
Diagnostic Tools and
Resources

Diagnostic Tools and Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Previous Troubleshooting Experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
The 6-Step Diagnostic Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
DTC Check. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Diagnostic Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
DTC Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Repair Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Terminals of ECM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Section 2:
On-Board Diagnostics
(OBD II)

OBD Generations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
OBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
OBD II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
CAN OBD II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Diagnostic Toolset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
General OBD II Scan Tool or Techstream Procedure . . . . . . . . . . . 10
TIS Techstream Diagnostic Trouble Codes Screen. . . . . . . . . . . . . . 11
Diagnostic Trouble Codes (DTCs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Confirmation Driving Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Universal Trip Driving Pattern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Freeze Frame Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Data List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Active Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Monitors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Malfunction Indicator Lamp (MIL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Section 3:
Engine Control Module
(ECM)

Section 4:
Engine Control Systems

Section 5:
Input Sensors

Basic ECM Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Sensors (Inputs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
ECM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Actuators (Outputs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Introduction to ECM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Overview of ECM-Controlled Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
ECM Power and Ground Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Power Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
ECM Memory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
ECM Ground Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Voltage Control Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
VC Short. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Air Induction Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fuel Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ignition Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Exhaust/Emission Control Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23
24
25
26

Input Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Power Side vs. Ground Side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Position and Mode Switches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Temperature Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Diagnosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Toyota Engine Control Systems I

Course 852

i


Table of Contents

Position Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Operation — Single Output Contact Type TPS. . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Operation — Dual Output Contact Type TPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Operation — Dual Output Non-Contact Type TPS. . . . . . . . . . . . . . 36
Operation — Dual Output Contact Type APPS. . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Operation — Dual Output Non-Contact Type APPS . . . . . . . . . . . . 38
Diagnosis with Techstream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Diagnosis with DVOM Checks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Testing (Contact Type Only). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Mass Air Flow (MAF) Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Diagnosis with Techstream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Diagnosis with DVOM Checks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Position/Speed Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Operation — Pickup Coil Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Operation — MRE Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
MRE vs. Pickup Coil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Pickup Coil Camshaft Position Sensor (G Sensor). . . . . . . . . . . . . . 49
Pickup Coil Crankshaft Position Sensor (NE Sensor) . . . . . . . . . . . 49
Pickup Coil NE and G Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
MRE VVT Position Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
MRE VVT Sensor Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
MRE Crankshaft Position Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

MRE Crankshaft Position Sensor Waveforms. . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Knock Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Diagnosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
O2 and A/F Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
O2 Sensor Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Super Stability O2 Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
O2 Sensor Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
O2 Sensor Limitations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
A/F Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
A/F Sensor Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
A/F Sensor Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
O2 Sensor Heater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
A/F Sensor Heater. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
O2 and A/F Sensor Diagnosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Section 6:
Ignition Systems

ii

Ignition Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Typical Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Ignition Control Signals: IGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Ignition Control Signals: IGF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Ignition Advance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Firing Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Spark Plug Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Spark Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Electronic Spark Advance (ESA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Direct Ignition System (DIS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
DIS Diagnostics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

TOYOTA Technical Training


Table of Contents

Section 7:
Fuel Systems

Fuel Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Typical Port Injection Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Return Type Fuel Delivery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Returnless Type Fuel Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Fuel Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
In-Tank Electric. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Jet Pump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Fuel Pump Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
ON/OFF Control by the ECM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2-Speed Control with Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3-Speed Control with Fuel Pump ECU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Fuel Pump Interruption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
ECM Controlled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Inertia Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Fuel Pressure Regulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Vacuum Modulated Pressure Regulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Atmospheric Modulated Pressure Regulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Fixed (Constant) Pressure Regulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Fuel Pressure Diagnosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Fuel Delivery Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Lines and Connectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Fuel Tank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Fuel Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Pulsation Damper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Port Fuel Injection Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Fuel Cut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Open and Closed Loop Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Open Loop Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Closed Loop Mode (O2 Sensor). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Closed Loop Mode (A/F Sensor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Fuel Trim. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Fuel Injection Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Fuel System Diagnosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Fuel Trim. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Injector Volume Active Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Fuel Trim Diagnosis Tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Section 8:
Air Induction Systems

Electronic Throttle Control System Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Variable Valve Timing Systems (VVT-i). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Effects of VVT-i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Active Tests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Oil Control Valves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Controller (Helical) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Controller (Vane). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Dual VVT-i Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Acoustic Control Induction System (ACIS). . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Exhaust Gas Recirculation (EGR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
EGR Operation (Cutoff Control). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
EGR Operation (Constant Vacuum). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Toyota Engine Control Systems I

Course 852

iii


Table of Contents

Section 9:
Appendix

iv

Circuit Inspection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Input Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Amplitude. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Frequency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
AC Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
DC Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Output Control Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Duty Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Fixed Duty Cycle/Variable Duty Ratio (Pulsewidth Modulated)

Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Variable Duty Cycle/Variable Duty Ratio Signal. . . . . . . . . . . . . . . . 115
Measuring and Interpreting Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Output Signals and Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Power Side Switched Circuit Interpretation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Measuring Voltage: Power Side Switched Circuit . . . . . . . . . . . . . . 117
Ground Side Switched Circuit Interpretation. . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Measuring Voltage: Ground Side Switched Circuit . . . . . . . . . . . . 118
Solenoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Normally Closed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Normally Open . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Vacuum Switching Valves (VSV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2-Way VSV Operation Checks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3-Way VSV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
PZEV Camry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
PZEV vs. Conventional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Simulator Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

TOYOTA Technical Training