国鉄キハ20系気動車
窓枠はJR四国時代に改造施工されたユニット窓で、冷房化は水島臨海鉄道時代の1991年12月に、サブエンジン式冷房装置を搭載する方式で実施されていた。
1997年には2002と2017が黄色に青屋根の「島鉄ハッピートレイン」色となり、トラ700形を連結するトロッコ列車に使用された。2002年には2011も島鉄ハッピートレイン色となった。
2002年に2016が、2004年に2013がそれぞれ国鉄一般色へ変更された。2002年には2018が国鉄首都圏色に、2005年には2006が島鉄急行色に変更された。
1992年に吾妻駅 - 阿母崎駅間で発生した正面衝突事故により、2007・2009が廃車となった。1996年からはキハ2500・2550形の新製投入に伴う老朽廃車が始まり、最後まで残った7両も2008年の島原外港 - 加津佐間廃止により全廃となった。
定山渓鉄道のキハ7000形7001 - 7003は、国鉄札幌駅への乗り入れに備えて1957年に製造された。
客用扉を両端に寄せた翌1958年製造開始のキハ22形に近い側窓配置とキハ20系に準じた基本構造を備えるが、前面は湘南形の2枚窓構成で便所はなく、メーカーである日立製作所笠戸工場のオリジナルデザインである。1958年に増備されたキハ7500形7501は、前面はキハ7000形と同様であるが、側窓配置がキハ21形に準じたものとなった。
国鉄線内は国鉄キハ08系気動車などとの併結あるいは単独で、定山渓鉄道線内はエンジンをアイドリングさせたまま電車に牽引されて運用された。1969年の路線廃止後はキハ7501を含めて全車が他社に譲渡されることもないまま解体処分されている。
JR東日本ではDMH17系エンジンを搭載した気動車の機関換装を1987年度より計画し、カミンズ、小松製作所、新潟鐵工所の3社から機関を選定の上で1988年1月よりキハ58形3両により現車試験を行っていた。その最中の1988年3月にキハ58系ジョイフルトレイン「サロンエクスプレスアルカディア」の火災事故が発生したことを受けて、防火対策の一環としてDMH17系エンジン車のキハ20系・キハ35系・キハ45系・キハ58系のうち今後も使用継続見込みのある車両で機関更新を行うことになった。
キハ20系ではキハ52形100番台が対象となり、1990年から1992年にかけて28両に施工された。28両のうち150・154の2両は特別保全工事施工済み車で、ほか26両は機関換装と同時に車両更新工事が施工されている。
機関はカミンズ製がDMF14HZ(NTA855-R1)、小松製がDMF11HZ(SA6D125-H-1)、新潟製がDMF13HZである。機関本来の仕様は出力330psまたは350psだが、種車の液体式変速機を流用したため、出力を250psに落として使用していた。
機関のメーカーは当初の投入線区単位で飯山線向けがカミンズ製DMF14HZ、只見線向けが小松製DMF11HZ、盛岡地区向けが新潟製DMF13HZまたは小松製DMF11HZで揃えられていた。
気動車化のモデル地区としてキハ10系が大量投入された房総地区は、1954年10月には朝夕ラッシュ時を除く全列車が気動車となった。1958年からは気動車による準急列車網が順次拡大し、房総地区でも同年7月10日より両国 - 銚子間に準急「犬吠」が運転を開始したが、キハ55系の配置を待たずにキハ25形が投入された。11月10日からは房総東線安房鴨川、房総西線館山へ向かう編成が併結され、列車名も「房総」に統合された。
1959年7月1日からは準急「房総」の新宿発着2往復が増発され、房総方面の編成は房総東線・房総西線をそれぞれ循環する形態となった。同時に従来の両国発着列車は「京葉」へ改称されている。1960年からは準急用キハ26形が新製配置されて「房総」に順次投入されるとともに、「京葉」の増発列車にキハ20系が使用されている。
1959年9月から一般形気動車は、外板色をそれまでの青系から、朱色4号の地色に、窓周りをクリーム4号の塗り分けとした新塗色へ移行した。
新塗色で落成した号車
キハ20 268 -
キハ22 35 -
キハ25 233 -
キハ52 15 -
キハユニ25 7
キハユニ26 9 -
この他、一部の車両では準急列車への増結を目的として準急色(外板色全体がクリーム2号で雨樋と窓下部分の帯が赤2号)に塗り替えられた車両もあった。
1978年度から、朱色(朱色5号)単色塗装のいわゆる首都圏色への塗り替えが行なわれている。
ただし、定期急行「いなわしろ」運用を持っていた郡山客貨車区配置のキハ52型(1,17,18,126 - 128,143)は、例外的に首都圏色への塗り替えは行われなかった。
1982年11月のダイヤ改正の「いなわしろ」運用廃止後も、一部は1985年頃まで前項の朱色系の塗り分けを維持していた。
これらの内、1983年に事故車(キハ53 6)の補充として米子運転所に転属したキハ52 128は、2000年に廃車になるまで塗装変更されることはなかった。
国鉄時代の1982年より延命を目的とした気動車への特別保全工事が開始され、キハ80系やキハ58系など優等列車用車両から優先して施工された。JR化後も施工された車両があり、キハ20系ではJR北海道、JR東日本で少なくとも7両の施工事例がある。
JR北海道では1987年から1988年にかけてキハ22形200番台5両に施工され、JR東日本では1988年にキハ52形100番台2両で施工されている。JR北海道では以後の施工はなく、JR東日本では車両更新工事に移行した。
最終の設計変更では外ハメ式の尾灯やハニカムコア構造の客用ドアも採用されたが、同じく遅くまで増備が続いたキハ52形100番台ですでに採用されていた横形機関(水平シリンダーエンジン)は、本形式では採用されなかった。
また、同等の耐寒・耐雪装備を持つ2基エンジン車は製造されず、ローカル線では旅客需要がないにもかかわらず、排雪(ラッセル)抵抗による運行障害(1軸駆動のため空転しやすかった)を防ぐため、冬季は2両編成で運転せざるを得なかった。
しかし、本形式に対する現場の信頼は厚く、酷寒地向け次世代車の国鉄キハ45系気動車キハ24形・キハ46形の仕様が具体化していた1960年代中期でも新形の採用には消極的で、本形式の駆け込み増備が図られたという(製造年・製造会社別一覧を参照)。
本形式は北海道内での使用を前提に設計された車両であるが、キハ21形共々、一部は東北北部でも使用されていた(国鉄分割民営化後、JR東日本に引き継がれた車両もあった)。これらの中には、地方私鉄や第三セクター鉄道へ譲渡、または貸し出された車両も存在する(詳細は後述の「#譲渡車・同形車」節を参照)。
キハ22 49(宗谷本線豊富駅、1973年3月14日)
キハ22 14(釧網本線川湯駅付近、1984年)
キハ22 317(長万部駅、1994年8月29日)
キハ22 263
キハ22の車内。床が木張りになっている(幸福駅跡、2009年8月10日)
雄別鉄道のキハ49200Y形はキハ21形同型車で、私鉄初のキハ20系同型車である。1957年にキハ49200Y1 - キハ49200Y3の3両が新潟鐵工所で製造された。キハ21の計画時の形式称号であるキハ49200に雄別の頭文字であるYを付した番号である。
台車は菱枠型でTR29相当の新潟鐵工所NH38、ブレーキは直通・自動切換え式のGP-Sで、いずれも機械式気動車で実績のあるものが使用された。車体は前面貫通路があるものの幌枠はなく、トイレは設置されていない。
1970年の路線廃止後は関東鉄道へ譲渡されキハ760形761 - 763となり、筑波線(後・筑波鉄道)で1987年の廃線まで活躍した。