DMF15系エンジン
1950年代から国鉄の気動車の標準機関として大量に製作されていたDMH17系エンジンは、その試作段階でさえ技術陣の間では既に時代遅れの物との認識があった。1960年代に入り、DMH17系エンジンを2基搭載したキハ80系やキハ58系がそれぞれ特急、急行列車として日本各地の高速輸送体系に使われ始めると、エンジン出力に由来する走行性能(動力性能 = パワーウエイトレシオ)の低さが目立ってきた。
その解決のために大出力機関が計画され、DD13形ディーゼル機関車に搭載されているDMF31系エンジンを横形(水平シリンダー形)に設計変更した400 PS級の過給機付直列6気筒機関であるDMF31HSAを搭載したキハ60系試作車が1960年(昭和35年)に3両製造された。しかし、これらはエンジンの振動・騒音とピストンの潤滑、変速機、特に「DW1」と呼称する新開発の2段直結式液体変速機とそのクラッチ機構に解決すべき問題が多く、最終的にDMF31系エンジンを気動車に流用するプランは放棄されるに至った。
しかしながら、DMH17系に代わるべき新たな気動車用大出力機関の開発と実用化は、電化とディーゼル化による蒸気機関車の淘汰を主眼とする動力近代化計画(無煙化)の遂行上急務であり、新たに気動車専用設計として全く新しい大出力機関の開発が計画された。こうして国鉄と新潟鐵工所、ダイハツディーゼル、神鋼造機の各社によって共同開発されたのが本系列である。