本发明涉及内燃机节能减排技术领域，旨在提供一种基于能量综合回收利用的车用气动-内燃混合动力系统。该系统包括至少一个具有加热水套的气动发动机和至少一个水冷式内燃机；其特征在于，该系统还包括：废气涡轮、压气机、水泵、电子节温器、水-空热交换器、空-空热交换器、压缩空气储能系统以及控制阀；其中，废气涡轮与压气机相连成为废气涡轮-压气机机组。本发明可实现内燃机排气余能多级利用、内燃机冷却水余热多级利用、气动发动机排气余能利用、发动机制动能量回收利用等四条能量回收利用技术路径。实现了内燃机排气余能和冷却水余热从高品位至低品位的梯级回收，同时提升了压缩空气的做功能力，提升了气动发动机的动力性和经济性。