一种高效紧凑内燃机-有机朗肯循环复合系统及其工作方法，属于能源动力领域。其特征在于：该系统包括内燃机子系统、冷却子系统、余热回收子系统和动力传输子系统。上述直接接触换热器（9）将废烟气余热直接传递给循环水（24），循环水（24）再通过蒸发器（17）为ORC子系统提供主要热源；冷却子系统回路中的预热器（12）对ORC子系统提供次要热源。由于直接接触换热器（9）的传热系数远高于常规非接触对流换热结构，在相同传热量条件下结构更为紧凑；蒸发器（17）和预热器（12）热侧工质均为液体，其整体传热系数高，可采用结构紧凑的板式换热器。此外直接接触换热器（9）还能对废烟气初步净化。该系统高效紧凑，特别适合对空间及载荷要求高的内燃机车节能改造。