本实用新型公开了车辆工程领域的二氧化碳布雷顿循环和涡轮增压的内燃机废热利用系统，以克服现有技术中废热回收系统中采用的工质不同从而导致废热回收系统的庞大复杂的缺陷。二氧化碳布雷顿循环和涡轮增压的内燃机废热利用系统，包括沿废气循环路径中依次设置的内燃机、废热换热器、透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机和再压缩机，本实用新型采用二氧化碳作为涡轮增压和布雷顿循环的单一工质，利用二氧化碳稳定的化学性质和临界温度低且临界点附近具有较低压缩因子，可回收高温废热且具有结构紧凑、热效率高等特点，提高内燃机燃料综合利用率；布雷顿循环与涡轮增压可共用一个透平进行动力输出，降低了整体系统的复杂性。