汽车正常运行时，电控单元ECU的输入、输出信号的电压值都有一定的变化范围。当某一信号的电压值超出了这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，ECU便判断为这一部分出现故障。ECU把这一故障以代码的形式存入内部随机存储器（RAM），同时点亮故障检查灯。当某电路产生了故障后，其信号就不能作为发动机的控制参数而使用。
为了维持发动机的运转，ECU 便从其程序存储器（ROM）中，调出某一固定值，作为发动机的应急参数，保证发动机可以继续运转。当ECU中的电控单元出现故障时，ECU自动启用后备控制回路对发动机进行简单控制，使汽车可以开回家或是到附近的汽修厂进行修理，这样的功能就是故障运行，又称“跛行”模式。另一方面，当ECU检测到某一执行器出现故障时，为了安全起见，采取一些安全措施。这种功能叫作故障保险。
ECU故障诊断是针对系统中的传感器、电控单元和执行器进行的。当传感器和电控单元发生故障时，往往采取故障运行方式；而当执行器发生故障时，往往采取故障保险措施。
4.1 传感器的故障自诊断与故障运行
由于传感器本身就是产生电信号的，因此，对传感器的故障诊断不需要专门的线路，而只需要在软件中编制传感器输入信号识别程序即可实现对传感器的故障诊断。水温传感器的正常输入电压值为0.3-4.7V，对应的发动机冷却水温度为-30℃-120℃。所以，当ECU检测到的电压信号超出此范围，如果是偶尔一次，ECU的诊断程序不认为是故障。但如果不正常信号持续一段时间，则诊断程序即判定冷却水温传感器或其电路存在故障。ECU将此情况以代码（此代码为设计时已经约定好的代表水温传感器信号异常故障的数字码）的形式存入随机存储器中。同时，通过检查故障警告灯，通知驾驶员和维修人员发动机电控系统中出现故障。当ECU发现水温传感器不正常后，便采用一个事先设定的常数来作为水温信号的代用值，使系统处于运行状态。
4.2 电控单元的故障自诊断与后备回路
电控单元如果发生故障，控制程序就不可能正常运行，电控单元处于异常工作状态。这样便会使汽车因发动机控制系统故障而无法行驶。为了保证汽车在电控单元出现故障时仍能继续运行，在控制系统工程中，设计有后备回路（备用集成电路系统）。当ECU的电控单元发生故障时，ECU自动调用后备回路完成控制任务，进入简易控制运行状态，用固定的控制信号，使车辆继续行驶。由于该系统只具备维持发动机运转的简单功能而不能代替电控单元的全部工作，所以此后备回路的工作又称为“跛行”模式。采用备用系统工作时，故障指示灯亮。电控单元工作是否正常是由被称为监视回路的电路进行监视的。监视电路中安装有独立于电控单元之外的计数器。电控单元正常运行时，由电控单元的运行程序对计数器定时进行清零处理。这样，监视电路中计数器的数值是永远不会出现溢出现象的。当电控单元出现不正常运行现象时，电控单元不能对这个计数器进行定时清零，致使此监视计数器发生溢出现象。监视计数器溢出时输出的电平由低电平变为高电平（此输出一般为计数器的进位标志。当计数器达到其最大值时，再增加一个计数脉冲，计数器便出现溢出现象。此时，计数器的溢出端的电平将由低电平变为高电平；同时，将计数器清零）。计数器输出电平的这一变化，将直接触发备用回路。备用回路只按照起动信号和怠速触点闭合状态，以恒定的喷油持续时间和点火提前角对喷油器和点火器进行控制。
4.3 执行器的故障诊断和故障保险
汽车电子控制系统中，执行器是决定发动机运行和汽车行驶安全的主要器件，当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶造成一定的影响。因此，对于执行器故障的处理方法通常是：当确认为执行器故障时，由ECU根据故障的严重程度采取相应的安全措施的实施，在控制系统中，又专门设计了故障保险系统。
由于ECU对执行器进行的是控制操作，控制信号是输出信号。因此，要想对各执行器的工作情况进行诊断，一般要增设故障诊断电路，即ECU向执行器发出一个控制信号，执行器要有一条专用回路来向ECU反馈其执行情况。发动机电子控制系统中，对执行器进行故障诊断的典型部件是点火器。正常情况下，当ECU对点火器进行控制时，点火器每进行一次点火，便由点火器内的点火确认电路将点火执行情况以电信号的形式反馈给ECU。当点火线路或点火器出现故障时，ECU发出点火控制命令后，得不到反馈信号；此时ECU便认为点火器已经不能正常工作。由于发动机工作时，如果点火系统发生故障，便会使未燃烧的混合气进入排气装置和排气管道。排气净化装置中的催化剂温度就会大大超过允许值。同时，未燃烧的混合气在排气管内聚集过多，还会引起排气系统的爆炸。为此，采用故障保险系统，当ECU接收不到点火确认信号后，立即切断燃油喷射系统电源，停止燃油的喷射。
