日本の気動車史
1910年頃から、欧米では軽量・高出力なガソリンエンジン動力の「ガソリンカー」(ガソリン動車)が広く用いられ、日本にも1920年代以降普及した。
その最初は矢沼商店が1919年に製作した自動車改造車であったが、この車両は公開試運転(1919年7月28日、京浜電気鉄道の蒲田 - 穴守間を借用して10.5往復運転)を行なったにとどまった。
営業運転第1号車となったのは矢沼商店から独立した自動鉄道工業所が製造し1921年に福島県の好間(よしま)軌道に納入した超小型ガソリンカーである。この車両は1920年10月に完成、1921年4月4日に営業運転を開始した4 mほどの木造車体で、定員は12人。運転台が片一方のみで運転台方向に前進走行する「単端式」で、終点では蒸気機関車と同様、転車台等で方向転換をしていた。好間軌道納入前に静岡県の根方軌道で試運転を行なっている。
地上設備を余り要さず初期投資費用も安いガソリンカーは、輸送量の少ない閑散路線には総合コストで有利であることから、新たに開業した非電化軌道から採用が始まったが、他の動力を使用する非電化軌道にも導入例が見られるようになった。
普通列車用気動車の冷房化は長らく立ち後れていたが、1980年代中期以降著しく進展した。これはエンジン出力の向上と、電車や客車と共通の電動式冷房装置に代わり、バス用の直接駆動式冷房装置を採用するようになったこととが影響している。
国鉄気動車は長年にわたり、冷房システムを電車と同一の電動式冷房装置に依っていた。このため空調やサービス機器用の電源は、専用エンジンを用いた発電機(発電セット)を搭載して確保せねばならなかった。たとえばキハ58系では、冷房用電源の4VK形発電機(自車を含め3両分の冷房電源を供給可能)を搭載したキハ65・キハ28・キロ28が編成に含まれなければキハ58の冷房が使えず、冷房サービスを敷衍させるには自由度を欠いていた。また単行運転される両運転台気動車は、空調用電源エンジンを搭載するスペースの余裕がないか、スペースがあっても過剰装備となりコスト面で不利なことから、容易に冷房化できない状況が続いていた。
高出力の直噴直列6気筒エンジンを搭載した新形気動車では、出力に余裕があることから、バス同様、冷房装置の空調用コンプレッサーを走行用エンジンの余力で直接駆動するように改められた。
1981年以降、富士重工業が「LE-Car」の名称でバス部品を多用した小型気動車を開発し、1984年以降私鉄での営業運転に導入されたほか、新潟鐵工所も簡素な設計の小型気動車を「NDC」の名称で開発、1985年以降私鉄に順次導入された。ことにNDCは国鉄末期に新製されたキハ31形・キハ32形などにも影響を与えたほか、JR各社にもアレンジされる形で導入例が生じている。
これらの体質改善においては、エンジン性能向上のほかにステンレス車体の採用による軽量化、台車の軽量化・空気ばね化による走行性能及び乗り心地の向上、変速機の多段化による効率改善、優等列車用の高速車両での振り子式機構の採用などが定型的に用いられている。この結果、JR各社における一部の強力型気動車については、既に電車と遜色ない性能水準に到達している。
新型気動車の導入は、燃費改善・検修の合理化・ワンマン運転の実現など経営改善策となり、また速度向上や冷房の設置など旅客サービス改善をも実現できた。
しかしながら、2010年代以降、NT-855系・N14系を含むカミンズのNシリーズエンジンは、排出ガス規制の関係で後継形式エンジンに代替され、製品ラインナップから除かれた「過去の形式」となっているが、にもかかわらずJR東海は、全ての気動車用エンジンをNシリーズに統一した後は後継形式の導入はせず、2010年代に至ってもNシリーズの調達を続けている(カミンズは、製品ラインナップから除かれた過去の形式であっても調達には応じている)。日本では鉄道車両に排出ガス規制が設けられていないという背景もあるとは言え、新形式の導入に消極的となって環境性能に劣る旧形式機関の調達を続けるという状態であり、過去の国鉄が、過度の標準化思考から脱することができず、旧式化したDMH17系エンジンを採用し続けたのと似た状況が生じつつある。
これら3系統の11 - 15 L級の直列6気筒エンジンが、21世紀初頭現在の日本における気動車用エンジンの主流であり、必要に応じたチューニングをすることで、普通列車用のレールバスから特急形車両に至るまで、広範に用いる手法がJR各社において半ば常識化している。しかし、上記のように、標準化を達成してしまうとそれ以上の刷新が阻まれるという状況も再び生じつつある。
また従前の日本の気動車では、1両あたり400 PS以上の出力を要する場合には、構造の複雑なDML30HS/HZ系機関を搭載する以外に選択肢がなかったが、整備性や経済性の改善された新世代の直列6気筒直噴エンジンが出現すると、特急形車両を中心にこれを1両に2基搭載する事例が多く見られるようになった。また、非力だったキハ40系を中心に、これらの新型エンジンと新しい変速機に換装することにより走行性能を改善させることも行われている。あわせて、換装後の機関の余裕出力により冷房化を図るケースも見られる。詳細は次項を参照のこと。