目前全球能源短缺问题日益严重,内燃机作为石油最重要的消耗源之一,其能耗的降低对缓解能源危机与改善环境污染具有深远的意义。研究表明,内燃机工作时的有效功率输出不到燃料燃烧产生总热能的一半,大量的能量通过排气和缸套水以余热的形式散失而未得到有效利用。因此针对排气和缸套水进行余热回收对提升内燃机能效具有重要意义。在众多余热回收技术中,有机朗肯循环系统由于具有效率高、稳定性好以及适用范围广等特点被认为是一种最具潜力的内燃机余热回收技术。而内燃机余热源具有多品位的特点,其缸套水和排气余热源之间温差范围很大。这给有机朗肯循环结构构建和工质选择带来了巨大的挑战。为了适应内燃机多品位余热源的特点,本文通过系统结构的主动构建和工质的主动筛选对冷热源进行匹配,从而提高余热回收系统的效率。首先,为综合评价循环结构的性能,本文构建了基于热力学第一定律、第二定律和经济性的综合评价模型。通过建立内燃机余热回收温度匹配关系T-Q图,分析发现传统预热循环系统回收内燃机的余热会产生热交换过程中温度匹配较差的问题。同时系统膨胀后乏气温度较高,冷源处的温度匹配也有待改善。针对传统预热循环系统与热源之间温度匹配较差的问题,本文基于T-Q图进行余热回收系统的主动构建,依次提出了四种循环结构:低温回热跨临界循环、高温回热跨临界循环、双回热跨临界循环以及分流回热跨临界循环。通过预热循环系统与四种优化循环系统的对比分析结果发现,优化系统能够改善系统热源的温度匹配性,降低热交换过程的不可逆损失,实现净功输出的大幅提升。其中分流回热系统对于系统热源的温度匹配性最好,获得的净功输出最高。针对分流回热循环系统,本文研究了工质物性对于系统温度匹配的影响。从工质临界温度以及工质比热角度分析,定义了工质物性与内燃机余热回收系统温度匹配的特征,据此对系统工质进行了主动的筛选。研究结果发现,循环工质的临界温度位于排气换热温区时,能够有效改善系统与冷源的温度匹配关系,实现系统净功的提升。据此发现乙醇的物性与内燃机余热最匹配,净功输出达到25.52k W,发电成本为0.577$/（k W·h）。本文基于余热回收系统与冷热源之间的温度匹配关系,进行了循环结构的主动构建以及工质的主动筛选。结果表明基于温度匹配构建的余热回收系统能够有效改善系统热交换过程中的不匹配问题,并显著提升系统性能,为设计高效的内燃机余热回收系统提供有效的方法指导。