能源在国家未来发展的战略性作用毋庸置疑，我国人口基数大，人均能源紧缺，尤其石油能源很大程度上依赖进口。因此，需要从节能技术上有所突破。在传统内燃机设计技术的基础上，通过内燃机余热能的回收利用，如果可将内燃机的热转换效率提高10%左右，将意味着我国可以从内燃机消耗的石油中节约石油达到3000万吨左右，减少CO₂排放7000万吨。具有相当可观的经济效益和环保效益。本文通过对现有的各种内燃机排气余热回收利用方式的分析和比较，提出了基于朗肯底循环和温差发电技术回收内燃机排气余热能的方法，并以潍柴某型号大功率柴油机为研究对象，针对通过实验的获得内燃机排气的参数等。针对内燃机余热源的特点，采用优化的温差发电与朗肯联合循环方案对内燃机排气余热进行能量回收，分析了不同系统工作压力（蒸发与冷凝）、温差发电器布置、涡轮膨胀机效率等参数对使用不同工质的废热回收系统总效率的影响规律。通过分析可知，热功转化的关键部件涡轮膨胀机的效率，是决定系统效率的关键因素。因此本文工作后期重点对涡轮膨胀机的工作性能进行分析。使用ANSYS CFX软件对所设计的涡轮膨胀机的喷嘴、动叶轮进行初步的CFD计算。通过理论分析，当系统工作在p_evap=5.5MPa/T_cond=303K条件下，可以回收27.01kW的功率，指示效率可以从裸机的41%提高到45.71%。针对额定转速30,000转的膨胀机进行初步设计，其动叶轮直径仅为11.3cm，可以满足车用小型化的需求，此外其工作效率可达69.5%。本文建立了发动机排气能量回收TEG-ORC联合循环并进行了性能分析，并提出进一步改进方向。研究表明，采用TEG-ORC联合循环回收利用内燃机排气余热能是一种行之有效的方法，能实现汽车节能、降低油耗和CO₂排放。为废热回收系统的应用打下良好的基础。