动力机械的广泛使用加剧了世界石油能源的消耗,由此带来了能源危机和环境污染问题,因此,关于节能减排和环境保护的研究已引起全世界的广泛关注。汽车燃料燃烧所释放的能量只有1/3左右作为动力输出被有效利用,还有1/3左右的能量被尾气消耗。而内燃机尾气余热回收技术可以比较有效地利用尾气能量,进而提高燃料的能量利用率,对于缓解能源消耗具有十分重要的意义。本文针对基于朗肯循环的汽油机尾气余热回收系统开展了理论和试验研究。针对基于朗肯循环的汽油机尾气余热回收系统的特点,选择一种多层螺旋管式换热器作为蒸发器。根据蒸发器的结构和工作特点,在Matlab中建立了蒸发器换热计算模型,得到蒸发器预热段、蒸发段与过热段的换热情况。计算结果表明,工质流量的增加会使得工质与尾气在蒸发器出口处的温度降低,同时提高了废气利用率。工质流量以及工质的出口温度受到换热面积的限制。膨胀机是朗肯循环热功转换的核心部件,与透平式膨胀机相比,往复活塞式膨胀机更适用于内燃机尾气余热回收系统。为了研究配气相位对活塞式膨胀机的影响规律,建立了往复活塞式膨胀机的仿真模型,计算并分析了热力循环过程,获得了配气相位对膨胀机的性能的影响规律。配气相位直接决定着活塞式膨胀机的输出功,质量流量以及绝热效率。选择合适的进排气关闭时刻可以将膨胀机的输出功率提高1300W。考虑到汽油机工况瞬态变化的特性,对工质流量以及膨胀机转速随汽油机工况的变化进行了模拟分析,找出了汽油机工况,工质流量以及膨胀机转速之间的最佳匹配关系。建立了朗肯循环的汽油机尾气余热回收试验系统,详细阐述了试验原理与控制策略,开展了余热回收系统性能测试试验,并对试验结果进行了分析。通过理论和试验结果的对比分析验证了蒸发器以及膨胀机模型的正确性,为进一步分析和优化朗肯循环余热回收系统奠定了理论基础。