有机朗肯循环技术是一种有效的余热能回收途径，已经在多个领域内得到广泛的应用。将有机朗肯循环系统与车用发动机相结合，能够回收发动机排气余热能量，降低发动机排放物对环境的污染，具有十分重要的现实意义。本文通过理论计算首先对有机朗肯循环余热回收系统进行了工质选择与方案设计，之后针对车用有机朗肯循环系统的变工况性能进行了分析，最后搭建试验台，进行了初步的试验研究。具体研究内容如下：1.有机朗肯循环的工质类型对系统性能有非常重要的影响，在满足环保性能要求的前提下，选择五种纯工质R245fa、isopentane、R123、R236ea和butane作为有机朗肯循环系统的备选工质，分别研究了系统热效率、（火用）效率、蒸发压力和工质质量流量随系统冷凝温度和膨胀机膨胀比的变化情况。综合考虑后选择R245fa和isopentane两种工质作为组元工质，按照质量分数比0.9:0.1、0.7:0.3、0.5:0.5、0.3:0.7以及0.1:0.9，配制为非共沸混合工质。研究组元工质质量分数的改变对系统性能的影响。最后，综合考虑工质的环保性能及热物性，确定选用R245fa与isopentane按照质量分数比为0.44:0.56组成的混合工质（简称isopentane/R245fa）作为系统的工质。2.针对三种有机朗肯循环系统方案（简单有机朗肯循环、抽气回热有机朗肯循环以及再热有机朗肯循环），根据热力学第一定律及热力学第二定律建立了三种有机朗肯循环系统的热力学模型，采用非共沸混合工质isopentane/R245fa作为系统的工质，分析了抽气压力（针对抽气回热有机朗肯循环系统）、中间压力（针对再热有机朗肯循环系统）的变化对系统性能的影响。对比分析了三种有机朗肯循环系统的热效率、（火用）效率、（火用）损率随蒸发压力及工质过热度的变化情况，确定抽气回热有机朗肯循环系统为最佳方案。3.针对一台车用柴油机的排气能量变化规律，建立了抽气回热有机朗肯循环系统，分别采用纯工质R245fa和非共沸混合工质isopentane/R245fa，研究了抽气压力这一参数对系统净输出功率、系统热效率、工质质量流量等性能的影响；进而确定isopentane/R245fa抽气压力为1.15MPa，R245fa抽气压力为1.2MPa，在柴油机变工况条件下，对比分析了采用两种工质的抽气回热有机朗肯循环系统的净输出功率、（火用）效率、工质质量流量等参数随柴油机转速和转矩的变化情况。4.针对车用柴油机及其测控系统试验台进行部件选型，针对有机朗肯循环及其数据采集系统进行部件选型，根据系统方案，搭建完成车用有机朗肯循环系统及其数据采集系统试验台架。利用搭建完成的试验台架进行了初步的试验研究，针对柴油机的15个工况点，获得了一些关于车用有机朗肯循环系统的试验数据，对于未来进行系统的优化提供了重要的参考价值。