物均质时，燃烧室5的空燃比总体上等于平均空燃比。在中等尺寸和小尺寸的内燃机中，在分层稀状态时，燃烧室5的空燃比总体上例如为15至16或稀的。此外，火花塞10周围的空燃比例如为13至14或浓的。另一方面，将当执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制时的燃烧状态称作“弱分层浓”状态。在弱分层浓状态时，燃烧室5的空燃比总体上例如为12至13或浓的。火花塞10周围的空燃比例如为8至11或浓的。在大幅地延迟点火正时的控制中，执行控制以相比于催化剂加热控制已经结束后怠速状态大幅地延迟点火正时。利用用于大幅地延迟点火正时的控制，例如，点火可能处于上止点后(ATDC) 10至20度的范围内。
[0071]在此，中等尺寸和小尺寸的内燃机具有例如3升或者更少的排量。当达到排量大于3升的较大尺寸的内燃机时，有时燃烧室5的空燃比总体上被设定为稍微浓的一侧。也就是，如果内燃机变为大尺寸，有时其被设定使得燃料的浓度变得更稠。例如，在六气缸或者八气缸或者其他大尺寸的发动机中，排量变大。在这种情况下，例如，当燃烧状态为分层稀状态时，燃烧室5的空燃比总体上被设定为14.6至16的区域。此外，当燃烧状态为弱分层浓状态时，燃烧室5的空燃比总体上被设定为10至14。
[0072]这样，通过同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制，能够向排气净化催化剂20供给高温排气并且能够在短时间内加热排气净化催化剂20。结果，能够缩短排气净化催化剂20处于低于活化温度的状态的时间，并且能够缩短排气的性质降低的时间。出于这个原因，能够减少包含在排气中且应当被除去的成分的释放量。例如，当排气净化催化剂20具有氧化功能时，能够减少在催化剂加热控制时期释放到外部的碳氢化合物的量。
[0073]图2为说明了第一比较例和本实施例的第一运转控制的示意图。在本实施例的运转控制中，使用定义为“相关温度”的与排气净化催化剂20的温度关联的部分的温度作为用于催化剂加热控制的依据。可以采用如下部分的温度作为相关温度:该部分的温度升得越高，排气净化催化剂20的温度升得越高。在本实施例中，采用发动机冷却水的温度作为相关温度。发动机冷却水的温度与发动机机体I的温度关联，同时排气净化催化剂20的温度与发动机机体I的温度关联。出于这个原因，发动机冷却水的温度升得越高，排气净化催化剂20的温度升得越高。
[0074]此外，内燃机设置有检测相关温度的相关温度取得装置。本实施例中的相关温度取得装置包括布置在发动机冷却水的流动路径中用于检测发动机冷却水的温度的温度检测器。温度检测器的输出被输入至电子控制单元31。
[0075]在本实施例的运转控制中，基于发动机冷却水的温度预设第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制的执行范围。在图2中，横坐标示出了发动机冷却水的温度。在第一运转控制中，预设执行第一催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度的第一温度范围和执行第二催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度的第二温度范围。
[0076]执行第一催化剂加热控制所处的第一温度范围被设定为温度WTla至温度WTlb。此外，执行第二催化剂加热控制所处的第二温度范围被设定为温度WT2a至温度WT2b。在本实施例的内燃机中，存在同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度范围。在第一运转控制中，当发动机冷却水的温度处于第二温度范围时，同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。
[0077]当内燃机冷起动时，发动机冷却水的温度刚好在起动之后逐渐上升。当发动机冷却水的温度低于温度WTla时，不执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制，继续正常运转状态以使排气净化催化剂20的温度升高。例如，在外部空气的温度非常低的情况下，发动机冷却水的温度低于温度WTla。在这样的情况下，执行控制以优先可靠地使燃料在燃烧室5中燃烧而不执行催化剂加热控制。例如，控制燃烧室5中的燃烧状态使得空气燃料混合物处于均质状态并且燃烧时的空燃比变为理论空燃比。
[0078]在发动机冷却水的温度不低于温度WTla而低于温度WT2a的温度范围内，执行第一催化剂加热控制。此外，在发动机冷却水的温度高于温度WT2b并且不高于温度WTlb的温度范围内执行第一催化剂加热控制。在这些情况下，第二催化剂加热控制停止。当执行第一催化剂加热控制时，使在燃烧室5中燃烧时的空燃比为稀状态。从燃烧室5流出的排气的空燃比也变为稀的。而且，在压缩行程中，从燃料喷射器11喷射燃料以形成用于燃烧的分层状态。此外，能够大幅地延迟点火正时以使排气的温度上升。
[0079]在发动机冷却水的温度不低于温度WT2a并且不高于温度WT2b的温度范围内，执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。控制燃烧室5中燃烧时的空燃比总体上变浓并且形成用于燃烧的弱分层状态。此外，大幅地延迟点火正时。而且，二次空气供给装置25被驱动向发动机排气通道供给空气。包含在从燃烧室5流出的排气中的一氧化碳和碳氢化合物能够被氧化。
[0080]在发动机冷却水的温度高于温度WTlb的温度范围内，停止第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。在该温度范围内，排气净化催化剂20的温度变得足够高。例如，在高于温度WTlb的温度范围内，能够判断排气净化催化剂20已经达到活化温度或者更高的温度。在该温度范围内，内燃机变为正常运转状态，燃烧室5中的空气燃料混合物被控制变为均质状态，然后，而且，燃烧时的空燃比被控制变为理论空燃比。
[0081]这样，在本实施例的第一运转控制中，第二温度范围被设定以便包括在第一温度范围内。第一催化剂加热控制的执行范围被设定得比第二催化剂加热控制的执行范围宽。在本实施例中，第一催化剂加热控制的第一温度范围的下限被设定得低于第二催化剂加热控制的第二温度范围的下限。也就是，温度WTla被设定得低于温度WT2a。此外，第一温度范围的上限被设定得高于第二温度范围的上限。也就是，温度WTlb被设定得高于温度WT2b。
[0082]图2不仅示出了本实施例的第一运转控制，还示出了第一比较例。第一比较例为直接向燃烧室内喷射燃料并且不具有二次空气供给装置的直接喷射型的内燃机的控制的示例。排气净化催化剂的加热控制仅由第一催化剂加热控制执行。执行第一比较例的催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度范围基本上与执行第一运转控制所处的发动机冷却水的温度范围相同。
[0083]在本实施例的第一运转控制中，在发动机冷却水不低于温度WT2a并且不高于温度WT2b的区域内，能够不仅执行第一催化剂加热控制，而且也执行第二催化剂加热控制。出于这个原因，能够使排气净化催化剂的温度在比第一比较例更短的时间内升高。也就是，能够使排气净化催化剂在比第一比较例更短的时间内达到活化温度或者更高的温度。
[0084]图3为本实施例的第一运转控制和第二比较例的示意图。在第二比较例中，布置燃料喷射器以便将燃料喷射进入发动机进气通道内。第二比较例的内燃机为，例如，进气口喷射型内燃机。此外，第二比较例的内燃机设置有二次空气供给装置。
[0085]在执行进气口喷射的内燃机中，在燃烧室内部，空气燃料混合物处于均质状态。也就是，执行均质燃烧。当驱动用于执行第二催化剂加热控制的二次空气供给装置时，喷射燃料使得燃烧室中燃烧时的空燃比变浓。从燃烧室流出的排气的空燃比也变浓。
[0086]在这点上，二次空气供给装置25在非常低温的状态下易受到气泵等的冻结的影响。如果保持冻结状态，二次空气供给装置25倾向于无法正常运转，或者二次空气供给装置25的气泵等易于出故障。执行第二催化剂加热控制所处的第二温度范围小，所以第二温度范围的下限变得高于执行第一催化剂加热控制所处的第一温度范围的下限。
[0087]在第二比较例中，在温度WT2ac至温度WT2bc的范围内执行第二催化剂加热控制，以便即使很小地拓宽用于执行催化剂加热控制的温度范围。与此相反地，在本实施例的第一运转控制中，增加了第一催化剂加热控制，所以能够使用于执行第二催化剂加热控制的第二温度范围的下限高于第二比较例的温度范围的下限。也就是，能够使用于运转二次空气供给装置25的温度范围比第二比较例的窄。出于这个原因，能够降低二次空气供给装置25无法正常运转或者发生故障的可能性。此外，由于用于驱动二次空气供给装置25的温度范围变得更窄，则能够减少气泵和空气开关阀的驱动时间并且能够抑制二次空气供给装置25中的故障并提高可靠性。
[0088]此外，当起动或者停止二次空气供给装置25时，出现噪音或者振动。通过使驱动二次空气供给装置25所处的温度范围变得更窄，能够减少二次空气供给装置25起动的次数并且能够抑制噪音和振动。
[0089]而且，当驱动二次空气供给装置25时，流入排气净化催化剂20的排气的空燃比变稀。如果排气净化催化剂20具有氧化功能，那么在排气净化催化剂20上引起氧化反应，并且排气净化催化剂20逐渐劣化。通过使用于驱动二次空气供给装置25的温度范围更窄，能够