国鉄キハ04形気動車
DA55搭載のキハ41500形(この時点では、戦後製のキハ41600 - のみ在籍)を改番したグループ。
キハ41000グループは、地方鉄道に67両(キハ40000形を含めると77両)が払い下げられた。16m級の車体が地方私鉄には手頃な大きさだったことや、戦時中の休車が復活せずに廃車された際の譲渡例は多く、中には複数の鉄道会社を渡り歩いた車両もある。
また、譲渡後に液体式への改造、機関の交換を行ったものも多かった。なお、キハ06形の譲渡車は無かった。
1936年(昭和11年)にキハ41000形をベースに前面のみキハ42000形と同形のものに変更したキハ500形501・502を新潟鐵工所で製造した。詳細は五日市鉄道キハ500形気動車の項を参照。
キャブレターは大型のアップドラフト式を1基装備とする平凡堅実な手法で、初期にはアメリカの著名なキャブレターメーカーの一つ、ストロンバーグ製「UT-5」を装備し、その後、1932年(昭和7年)に設立された新興の国内メーカーである日本気化器がほぼコピーした同等品「トキハ」に切り替えている。サイドバルブエンジン側面の低い位置にキャブレターを配置する構造のため、燃料は床下吊り下げの300Lタンクからポンプなし、フィルターを介するのみの配管で重力供給された。
補機類の中で唯一、点火プラグのみは国産化できず、輸入部品のボッシュ社製点火プラグが純正指定品となっていた。鉄道省は廉価に安定供給可能でかつ国内産業育成に資する国産品採用を原則としていたため、あえて高価な輸入品を選択したことは、国産点火プラグの品質水準がいかに不十分であったかの裏返しといえる。十分な性能と品質の点火プラグを量産できなかったことは、当時の日本製ガソリンエンジン一般の最大のウィークポイントであった。その他の電装系補機類については点火コイルも含め、ボッシュの設計を模した芝浦製作所、東亜電機(1937年に日立製作所に合併、同社戸塚工場となる)の製品を装備していた。
GMF13は当時の日本の工業水準が反映され、実用性ではウォーケシャ6RBに大きく劣り、特に低温時の始動性に問題があった。このため、輸入エンジンに比肩する大型エンジンとして鉄道省以外の外地鉄道路線や私鉄路線に導入された事例もあったものの、寒冷地では樺太庁鉄道をはじめ、発注時にGMF13を避けてウォーケシャ6RBを指定する事業者や、一時国産機関を採用したもののすぐに輸入機関に戻す事業者が少なからず存在した。
この日車開発の逆転機支持方法は完成度が高く、戦後まで長らくこれを凌駕しうる代替手段は開発されなかった。他メーカーは日車が保有する実用新案の回避を目的として別方式を採用したが、日本車輛の方式よりも優れたものを作ることは出来なかった。このため競合各社には、日車製逆転機を購入したり、有償で同型品を製作した例もあった。しかし鉄道省がこれに関する使用権を、料金を支払って取得した形跡は今のところ発見されておらず、車両発注数の調整(日本車輌への車両発注を意図的に増やす)で相殺した可能性が高い。
この方式にはユニバーサルジョイントに無理な負荷がかからず、逆転機部分(ファイナルギア)のギア比(最終減速比)を変えることで走行特性の変更が容易に行え、機関台枠部分の仕様を走行特性の異なる形式間で共通化可能、という製造・保守上の大きなメリットがあった。この仕様は、鉄道省でも本形式に引き続き設計されたキハ40000形で勾配線区及び貨車牽引用にギア比を変更する必要が生じた際に有効に活用された。このためキハ40000形の逆転機は本形式のD207でなく、基本構造が同じだが減速比4.057としたD206に変更されている。
両毛線用の郵便荷物制御気動車(合造車)として、1961年(昭和36年)にキハ04形キハ04 30から改造された。液体式気動車と併結可能なよう制御回路が改造され、連結器も小型密着自動連結器に交換された。改造は1両のみで、キユニ16形キユニ16 10への置き換えにより1965年(昭和40年)に廃車された。
前面窓は先行した江若鉄道キニ4に倣ってこちらも2段上昇式の4枚窓構成で、運転席のレイアウトの都合もあり、窓幅は左右両脇が500 mm、中央寄り2枚が580 mmと中央部がやや幅広とされている。
前面は空気抵抗低減のため半流線型が採用された。屋根は木製帆布張りで、軽量化のために雨樋が省略され、扉上部に水切りが取り付けられた。
車内は混雑を考慮して扉付近をロングシートとするセミクロスシートとなった。戸袋部がロングシート、それ以外が対面式配置の背摺りの低い固定式クロスシートで、ロングシート部には吊革が設けられていた。定員は109名である。
塗装は竣工当時はぶどう色1号で、配置・時期により赤帯の有無があった。この際、当時試行されていたラッカー塗料を用いたものには正面に「ラ」の文字が記入されていた。ぶどう色1号の時期は短く、塗装規定変更により1935年(昭和10年)以降、キハ42000形同様、上半黄かっ色2号、下半青3号の2色塗り分けに変更された。
1936年(昭和11年)から1940年(昭和15年)にかけ、梅小路庫のキハ41038・41105の2両を使用して液体変速機の試験が行われている。
これは神戸製鋼がスウェーデンのユングストローム (Ljungstrom) 社からリスホルム・スミス式のDFR1.15液体変速機のライセンスを得て製造した「神鋼式流体自動変速機」ことDF1と、大阪鉄道局の小宮山勉技手が考案した、重連総括制御用の回路を搭載していた。この回路は各車の搭載機関の遠隔制御を電磁空気リンクで行うもので、1940年(昭和15年)の試験時にはほぼ完成の域に達しており、関西本線、和歌山線、片町線、姫新線などで試運転を実施しているが、戦前の時点では量産化には至らなかった。1941年(昭和16年)にはディーゼル化をする計画で神戸製鋼所に機関を発注したが実現しなかった。なお、この際の液体変速機が、戦後TC-2として実用化されたものの原形である。小宮山技手は戦後、液体式気動車の量産が軌道に乗った後で、このシステム考案の功績により当時の国鉄工作局長より感謝状を受けている。
天然ガス動車は数年をおかずして再度改造され、試作ディーゼル動車であった旧キハ41500形(初代)の2両、およびキハ41500形の一部と共に、DMH17を2気筒減らしてGMF13とそのまま置き換え可能としたDMF13に機関を換装し、キハ41300形(キハ41300 - 41335)に改称された。
ディーゼルエンジン化の過程で41000・42000形機械式気動車各車では、トルク増大の影響から起動時に駆動軸周りの車軸・車輪スポークの折損事故が多発したため、1952年には早くもキハ41500形63両の動軸を、細く脆弱な部分のある在来型(図面番号VC4394タイプ)から、脆弱部の段差をテーパー状にして強化した車軸(図面番号VC4383タイプ)に交換している。もっともこの折損現象は、単なる強度不足ではなく、起動時に車輪踏面と軌条面との間に粘着とすべりが短い周期で繰り返されて動軸に発生した捩り振動が、自励振動の形を採ることで(本来は相応に強度がある)動軸の亀裂・折損に至るという、単純ならざる原因で多発したものであった。これが解明されたのは1954年末からの鉄道技術研究所による精密な解析の結果であるが、対策は速やかには進まず、1955年9月には相模線でキハ41314が車軸折損による横転事故を起こしている。結局、41300・41400・41500の各形式合計135両の動輪は、圧延一体車輪導入とセットで太さを増した1954年設計の新車軸(図面番号VC4446タイプ)に1955-1956年に交換され、追ってエンジンを制御するガバナを改良型のニューマチック・ガバナとすることで、ようやく自励振動発生・折損の抑制に至っている。