本实用新型公开了一种梯级能源发动机，包括内燃发动机、排气热交换器、外燃机和冷凝冷却器，在气缸套外围设有缸套工质承压通道，在气缸盖内设有缸盖工质承压通道，缸套工质承压通道的工质出口或经液相工质加压泵和缸盖工质承压通道的工质入口连通，缸盖工质承压通道的工质出口与排气热交换器的被加热工质入口连通，排气热交换器的被加热工质出口与所述外燃机的工质入口连通，外燃机的工质出口与冷凝冷却器的工质入口连通，冷凝冷却器的工质出口与缸套工质承压通道的工质入口连通或经冷凝液相工质加压泵连通，冷凝液相工质加压泵和液相加压泵可单独设置或同时设置。本实用新型能充分利用发动机气缸套周围的余热以及发动机排气中的余热。