国鉄キハ181系気動車（こくてつキハ181けいきどうしゃ）系列を持つ国鉄初の新系列気動車として3桁表示の付番となり、新性能電車同様に形式称号と車番の間にはハイフンが挿入されている。正式な系列名は「181系」である。ただし、慣例的なものや、181系電車との混同を防ぐため、一般には「キハ181系」と呼ばれることが多い。とは、日本国有鉄道（国鉄）が開発・保有した特急形気動車。1968年（昭和43年）から1972年（昭和47年）までに158両が製造された。
在来の特急形気動車キハ80系の設計コンセプトを踏襲しつつ、キハ90系試作車における大出力エンジン開発の成果を踏まえ、国鉄の量産気動車としては初の500 PS級大出力エンジン搭載車となった。大出力を利して主に電化前の中央西線や奥羽本線、伯備線、あるいは土讃線など勾配区間が連続する急峻な山岳線区を中心に、特急列車用として投入された。
開発経緯
本系列登場以前は、非電化区間特急列車用としてDMH17H系ディーゼルエンジンを搭載するキハ80系が投入され、電化区間とほぼ同等の快適な特急サービスを日本全国に幅広く提供していた。だが、キハ80系には快適な客室設備とは裏腹に、以下の制約を抱えていた。
搭載機関が旧式かつ非力で、十分な走行性能を確保するには1両あたり2基ずつ搭載する必要がある。 サービス電源用の発電セットを搭載する車両については走行用エンジンが1基までしか搭載できない。 発電セットは4両につき1両（消費電力の大きな食堂車は1両につき2両分の負荷とみなす）に搭載する必要がある。 運転台付き車両は例外なく発電セットを搭載するため、食堂車を含む基本編成7両中2両が必ず1エンジン車となり、それ以上の増結時にも最低1両は1エンジン車が含まれる。
これらの制約から、キハ80系ではおのずと編成中の2エンジン車の比率が低下し、編成全体の走行用エンジン出力が不足気味となった。同時に、高速運転を重視した歯数比としたことから、同系列は勾配線区での均衡速度を高く取れなかった。さらに、同系列が搭載するDMH17系機関にはその熱効率の低さ故に排気管過熱・焼損が発生しやすく、俗に「5ノッチ・5分」として知られる全力運転を5分以内に限るという運用上の制約を抱えていた。そのため、キハ80系は急勾配区間が連続する山岳線区への投入は極めて困難であり、また電車特急との混走区間でのさらなる運転速度の引き上げも事実上不可能であった電車特急は1時間定格出力120 kW級のMT54形電動機の開発によりパワーアップが実現し、主要幹線での最高速度が120 km/hに引き上げられたが、そもそもキハ80系は、車輪の摩耗時にも100 km/hを確保できるような最終減速比が設定されるなど、各部が最高速度100 km/hを前提に設計されており、100 km/hのまま留め置かれた。『鉄道ピクトリアルアーカイブスセレクション14』p.40・『世界の鉄道 '77』 p.163。
キハ80系は当初、DD13形用のDMF31Sを横置き（水平）シリンダーとしたDMF31HS系ディーゼルエンジンと、新型の多段直結式液体変速機を搭載する大出力ディーゼルカーとして計画されていた。だが、キハ80系設計直前の1960年（昭和35年）に、同系列のためのデータ収集用試作車として計3両が製造されたキハ60系の試験では、肝心のDMF31HSAエンジンとDW1多段直結式液体変速機の実用試験がどちらも失敗に終わってしまうキハ60系自体も後に通常のDMH17Hエンジンと、TC2またはDF115液体変速機に換装された。。そのため、同エンジン・変速機の実用化を前提に進められていた特急用新形気動車は、開発スケジュールの問題もあって同エンジン・変速機の不具合の問題解決を諦め、基本設計が古く非力だが一定の信頼性が確保可能なDMH17系機関を横置き仕様に手直しした、新設計のDMH17H系機関このDMH17H系機関は補機や排気管の取り回しなどの制約から、構造的に過給器の付加が難しい、という問題を抱えていた。縦置きのDMH17系では、排気タービン過給器や中間冷却器を付加することで定格出力300 PSを達成したDMH17SBが存在したが、これを横置きの気動車用に応用することは困難であった。を2基搭載とする以外にはなかった。
こうして半ば応急処置的に開発されたキハ80系が初期のトラブル続出を乗り越え大きな成功を収める一方で、その後も国鉄内部では一度は失敗に終わった単一機関による大出力ディーゼルカーの開発が模索され続けていた。そうして1964（昭和39）年度に至り、ようやく気動車用の新形大出力ディーゼルエンジンと、これに適合する新形液体変速機の実用化に目処がつくことになる。このとき新開発された2種のエンジンは以下の特徴を備えていた。 DMH17系シリンダ径130 mm、行程160 mm。のそれを基本にピストン径（ボア）を10 mm拡大し、増積を図った新設計のシリンダブロックを採用。 排気タービン過給器の付加による気筒内圧力の増大を前提に、各部の構造を強化。 必要に応じ、直列6気筒あるいは水平V型12気筒対向シリンダのクランク軸とコネクティングロッドの組み付け状態から、いわゆるボクサーエンジンではなく、バンク角180°のV型12気筒となる。構成を選択可能。 これは、1気筒当たりの排気量が過大で気筒内潤滑が難しく、気動車用横置き（水平）機関としての使用に適さないことが判明した、キハ60系用DMF31HSAシリンダ径180 mm、行程200 mm。に対する反省から生み出されたもので、過給器常用を前提DMH17の初号機が設計された戦前の段階では、日本ではターボチャージャー（当時は一般に排気タービンと呼称した）は満足な性能・信頼性を得られる量産品が存在しなかった。とし、シリンダ径を変更した以外は、燃焼室の構造やシリンダの行程長が同一で、かつシリンダ数を増減して様々な性能要求に対応する点などを含め、第二次世界大戦前に初号機が完成していたDMH17系の影響が極めて色濃いとされる。
これらの新型機関は、当時の国鉄の命名基準に従って6気筒モデルがDMF15HZA、12気筒モデルがDML30HSAと付番され、新系列機関と呼称された。前者は過給器に加えて中間冷却器の追加で300 PS、後者は過給器のみの付加で500 PSを発揮した。これらは1966年（昭和41年）に試作されたキハ90形・キハ91形にそれぞれ搭載の上で評価試験が実施された。この際、新形気動車の走行用機関としては出力に余裕があり、冷房用電源のための床下スペース捻出も容易なDML30HSAが採用されることになった。
この決定を受け、1967年（昭和42年）夏にはDML30HSAに小改良を施したDML30HSBを搭載するキハ90系量産試作車が落成し、同年秋の中央西線での性能試験以降、中央西線の急行「しなの」などでの大出力新系列気動車の長期実用試験が開始された。しかし、この実用試験完了を待っていては当時国鉄が進めていたいわゆる「ヨンサントオ」と呼ばれる1968年10月実施予定の白紙ダイヤ改正に伴う列車高速化計画に間に合わないことは明らかであった。そのため、既に一定の実用性が立証されているキハ91形の走行機器と、キハ80系の車体構造を折衷する形で、キハ90系による試験結果を待たずに新形特急形気動車の設計が開始された。
こうして1968年に完成したのが本系列である。
車両概説
車体 基本設計はキハ80系に準じた構造となっている。ただし、機関出力の増大、屋根上への自然放熱式冷却器の搭載、冷房装置の強化に伴う重量増などの対策のための構体補強などにより自重は中間車であるキハ80形とキハ180形の比較で3 t増加している。また、台車が仮想心皿方式となり、枕ばねとして車体直結型空気ばねが採用されたため、客用扉が位置的にこれと干渉することから戸袋を設けて引き戸にすることができず、2枚折戸に変更された。加えて同時期製造の特急電車などと同様に、側面行先表示器を採用し、便・洗面所をデッキ外に配置している。またキハ82形をはじめとする他の特急形車両の塗り分けと異なり、運転台付き車両側面窓まわりの赤帯は前頭寄り端部の上側がせり出した逆台形型となった。全長は新世代の客車・気動車標準の21.3 m（いずれも連結面間）に拡大された21.3mの全長は気動車においては1956年に登場したキハ44800形で既に採用されていた。。 前面はキハ82形の貫通形デザインを踏襲した。ただし、ライトケースがキハ82形の丸みを帯びたものから角張ったものに、ヘッドマークが逆台形のものからに長方形に変更され、尾灯とタイフォン（警笛）が一体型のケースにまとめられた。また、前面の羽形飾り帯の意匠（赤い部分の塗り分け）が一部変更されている。
空調装置はキノコ型キセ（カバー）付きのAU12系冷凍能力4,000 - 5,000 kcal/h。から、14系座席客車でも採用された、1ユニットずつ独立した分散型のAU13S冷凍能力5,500 kcal/h。なお急行形電車や485系電車後期型、183系電車などで採用されたAU13EはAU13を基本として架線下での使用を前提に絶縁対策が施されている。へ変更された。
車内 180px|thumb|キハ180形車内 キハ80系を概ね踏襲しているが、2等車（普通車）の座席は回転クロスシートであるT17形座席で、80系では座席背面がデコラの化粧板であったが、特急形電車同様に座席と同素材のモケット張りとなっている。1等車（グリーン車）の座席は腰掛けに小型格納式テーブルを持つR22形で、80系に見られたヘッドレストの上下調整機構が省略されている。
主要機器 250px|thumb|キハ181-1床下のDML30HSCエンジン
走行用エンジン 走行用エンジンとして、当初はキハ91形2 - 8に搭載されたDML30HSBを改良した DML30HSC水平対向12気筒排気量30 L 予燃焼室式水冷4ストロークディーゼルエンジン ターボチャージャー付 連続定格500 PS/1,600 rpm、最大出力590 PS/2,000 rpm。を、付随車であるキサシ180形以外の各形式について各1基搭載し、以後増備の度に順次改良されてDML30HSD・DML30HSE・DML30HSFが搭載されたが、その基本設計に変更はない。
発電用エンジン キハ80系では走行用のDMH17Hを発電用に転用したDMH17H-Gを先頭車（キハ81・82形）に各1基搭載して編成の電力をまかなったが、本系列ではキハ90形で走行用として試験されたDMF15Hをデチューンの上で発電用に変更したDMF15HS-G横形（水平シリンダー形）直列6気筒 予燃焼室式水冷4ストロークディーゼルエンジンターボチャージャー付230 PS/1,500 rpmを搭載しており、走行用のDML30HSCとは部品の互換性がある。ただし、量産先行車（キハ181-1 - 4）はターボなしのDMF15H-G 180 PS/1,500 rpmで、その分発電能力が低下する。をキハ181形に各1基搭載する。
これにより、キハ80系では発電セット発動発電機を表す英語の Generator set に由来する、当時の用語。1セット当たり三相交流440 V/125 kVAであった給電能力が、キハ181系量産車では発電用機関の出力向上から三相交流440 V/180 kVAに増強され、1セットで5両分のサービス電源供給発電用エンジン出力の相違から、キハ181形量産先行車では1セットで4両分の給電能力となる。が可能となったただし、キサシ180形は電子レンジや電気コンロなどの厨房機器の関係で、それぞれ2両分の電力を消費する。。
変速機 250px|thumb|キハ181-1の台車減速機周辺。手前側が自在継手装備のトルクロッド、奥手側が駆動用の推進軸である キハ91形の設計を踏襲し、1段3要素充排油方式の液体式変速機のDW4C - DW4EDW4Cは爪クラッチ、DW4Eは湿式多板クラッチで、DML30HSC搭載車はDW4C搭載で竣工したが、途中で改良や検査時の部材プールの関係でDW4D・DW4Eへ改修・交換されている。を搭載する。
これは直結1段・変速1段構成で、大出力による空転を防ぐ目的で1台車2軸駆動を実施する関係上、従来は台車枠から吊り下げられる最終減速機と一体であった逆転機が機関直結の変速機と一体化するように変更されているという特徴がある。また、機関のピストン往復方向への振動や大トルクによる変速時の動揺が車体に伝わることを遮断する目的で、機関を車体と弾性支持とし、台車側へも「反力軸」と呼ばれる反力吸収用の軸（トルクロッド）を推進軸と並行する形で変速機から出し、これを動力台車の機関寄り最終減速機と結合して支持することで、機関の動揺を車体側だけではなく台車側でも抑える、という対策が講じられている『鉄道ダイヤ情報 No.273 2007年1月号』 pp.29,34-35。
従来のTC2・DF115系の場合は45 km/hで変速 - 直結の手動切替を行っていたが、DW4系は大馬力エンジンによる太いトルクで空転が多発することを防止するため、低速ではすべりが大きく、中高速での効率をより重視した構成（トルクコンバーターのストールトルク比が小さい設定）となっており、85 km/h程度まで変速段で加速を行い、回転数を検知してマイクロスイッチよりクラッチが作動することで直結段に自動変速する自動切替となっている。このため、勾配線区で常用される速度域が伝達効率の低い変速段で占められる動輪周馬力 = けん引力と均衡速度は応分に高く、特にトルク伝達効率のピークは、板谷峠を想定した登り33.3パーミルでの均衡速度である60 km/h強に設定されている。ことになり、また起動加速時には滑り損失の大きさから、攪拌による変速機油の温度上昇が大きくならざるを得なかった。
もっとも、その一方で 85 km/h以上での高速走行時には、通風量の増大で冷却システムが有効に機能し、直結段で機関本来の性能がフルに発揮可能であるため、本系列はむしろ平坦線において85 - 120 km/hの速度域で電車に伍して走行するのに適している。なお最終減速比はキハ80系の2.613に対して、2.362と設定された。
変速機故障の割合は62.2％に及びディーゼル 1970 4 株式会社 交友社 発行 PP52-58、これによりエンジンカット→MT比低下による出力低下→過負荷→オーバーヒート→速度低下→運転不能といったケースに結び付き、割合以上に深刻な問題をキハ181にもたらしたディーゼル 1970 1 株式会社 交友社 発行 P100。
冷却系 山岳線での運用主体ということもあり、中間車（動力車）は冷却ファンの駆動による走行用機関の馬力損失と騒音・振動を嫌い、また車両製造コストの削減を狙って自然通風式を採用した。このため、大型の放熱素子を並べた巨大な自然通風式ラジエーターを屋根上ほぼ車体全長に渡って搭載している。
もっともこのシステムは先行採用したキハ90系でも冷却能力の不足が解決できていなかったこのため冷房搭載の試験車となったキハ91 8を除くキハ91形量産試作車では、屋根上放熱フィンの間に強制通風ファンを追加して速度による通風量変動を一定の範囲に収めるという、その採用理由と相矛盾する対策が採られた。これに対し、本系列ではキハ91 8と同様ここに冷房装置が搭載され、夏期には側面吸気上面排気という冷房装置の構造から、一定の冷却補助を期待できたが、小断面トンネルが連続する勾配区間では逆に上面から排気された熱を帯びた空気が屋根上放熱器にまとわりつくことになるため、状況がかえって悪化した。上に、夏場の高温下での運用試験が未了であったにもかかわらず、いわば「見切り発車」で採用されており、後述するように本系列が夏場を中心に急勾配線区で不具合を頻発する一因となった。
この冷却器は構造単純でかつ廉価であったが、その反面、冷却水量過大や車両重量の増加、それに重心高の引き上げという問題があった。また低速・高負荷状態での連続運転を強いられた山岳線区、中でも特に中央本線のような線区での運用時においては、通風量の不足と前述の変速段常用、それに機関そのものの高発熱特性などによる発熱過大が重なって起きた致命的な冷却能力不足と、これに起因する機関故障等が頻繁に発生した。こうした事情から、このシステムを含むキハ90以来の新系列気動車は客観的に見て決定的な失敗作であったと断じられているこの問題は機関出力の損失を嫌って同じく自然通風式冷却器を搭載した、戦前のキハ40000形でもやはり勾配線区での走行時に発生して問題となったことが知られている。なお、本系列の開発が進められていた当時、国鉄の車両全般について責任を負う車両担当副技師長は同形式の設計開発に携わり、その失敗の経緯を良く知っていた北畠顕正であった。。
それゆえ、このキハ90系と同様の自然通風式冷却器搭載を踏襲した中間車については、冷却系の能力改善が特に強く要求された。これに対し国鉄技術陣は基本設計には抜本的な変更を加えず、不足する冷却能力の強化を目的として床下に油圧モーターによる強制通風式ラジエーターを追加搭載『鉄道ダイヤ情報 No.273』 p.33することで問題の解決を図った。これにより冷却能力不足については一定の改善が見られたが、油圧モーターのためのオイルポンプ駆動に伴って機関出力損失が発生し、自重も増大した。
キハ91の試験結果を受け、屋根上放熱器のフィンの数を増やすか、補助送風機の風量の増加で設計を大きく変えず放熱容量を強化できると判明したため鉄道技術研究資料 26(6)P82 著者 日本国有鉄道鉄道技術研究所 監修 出版者 研友社 出版年月日1969-02、気温24度（7M3T編成）及び30度（6M4T編成）の環境で行われた特急ダイヤの試運転（名古屋-長野間）では、25‰勾配において強制通風よりも冷却性能は上回り床下強制通風装置は一度も作動せず、冷却容量も余裕のある結果が出ている鉄道技術研究資料 26(9)P31 著者 日本国有鉄道鉄道技術研究所 監修 出版者 研友社 出版年月日1969-09。
1978年2月には苗穂工場にて豪雪極寒地域での影響を調査しており、設計の変更で対処可能とされた鉄道工場 29(4)(331)P40 出版者レールウエー・システム・リサーチ 出版年月日 1978-04が、北海道用の新形式気動車の最高速度は100km/hとされ将来の運転速度向上も望みが薄いと考えられ鉄道工場 30(10)(349)P12 出版者レールウエー・システム・リサーチ 出版年月日 1979-10、この速度ではファンによる強制通風と大きな差はなく、重量も嵩む屋根上放熱器は採用されなかった。
これに対し、キハ181形は発電セットを搭載するため、軸重の制限『世界の鉄道 '77』 pp.162,164・『鉄道ピクトリアルアーカイブスコレクション14』 p.77キハ181形の自重は量産先行車で44.2 t、量産車では44.6 t、積車重量は51 t（軸重 12.75 t）に達した。これに対し、発電セットを持たない中間車は、キハ180形の初期車で自重41.4 t、キロ180形の量産車でも42.4 tであった。なお、冷房装置とその発電セットを搭載し、しかも自然通風式放熱器を搭載するキハ91 8は、発電セットが小型であったにもかかわらず、自重が45.9 tに達した。から重量面で不利な自然通風式が採用できなかった。このため、走行・発電の2基分のエンジンのラジエーターをまとめて運転台後部の車体両側面に装備し、屋根上の2基の静油圧駆動ファンによる強制通風をおこなった。自然通風式放熱器よりも冷却不足による温度高に悩まされたのは、強制通風であった『ディーゼル』通巻204号、交友社、1970年1月、p.100。
台車 thumb|right|200 px|【参考画像】同じ構造を採用したキハ65形のDT-39形台車。こちらは最初からディスクブレーキで製造されている。 キハ90形・キハ91形で新規開発された延長リンク+ウィングばね複合軸箱支持方式を採用する、DT36B・TR205B量産車（キロ180-3 - ・キハ181-5 -・キハ180-7 -・キサシ180-3 - ）以降は車輪ディスクブレーキ付きのDT40・TR219への改良が実施された。仮想心皿方式空気ばね台車が引き続き採用された。
これらは片側台車2軸駆動のために設計されたものであり、トランサム（横梁）中央を推進軸が貫通している鉄道ピクトリアル通巻772号p.53、p.59、p.64後年のキハ183系の2軸駆動台車（DT48・DT54）はボルスタの有無に関わらず推進軸の貫通場所をトランサム中心からずらすことでこの問題を回避している。。このため揺れ枕吊りとボルスタ（心皿）を廃して推進軸との干渉を回避し、荷重は左右の側梁中央直上に車体直結のダイアフラム式空気ばねを載せてここで受け止め、台車の首振りおよび牽引力の伝達は、空気ばねの横剛性（たわみにより台車の首振りを許容）と台車の枕梁と車体を直結するボルスターアンカーにより台車の位置決めをする仮想心皿方式を用いることで代替している『鉄道のテクノロジー』Vol,11 2011年 三栄書房 P47。また、逆転機は変速機内装とされたため、動台車には最終減速機のみが各軸に搭載されている。
なお、延長リンク+ウィングばね複合軸箱支持方式については延長リンクのスパンが過大で軸箱支持機構としての横剛性が低くリンク機構は十分な実績のある「アルストムリンク」と同様の「Zリンク」であるが、リンクの長さに対して断面積が小さい。、120 km/h運転時に1軸蛇行動が発生しやすいことが運用開始後に指摘されており『鉄道ピクトリアル No.806』 p.18、後述する台車枠交換時にペデスタル（軸箱守）で軸箱の上下動を案内するウィングばね構造に変更されている『鉄道ダイヤ情報 No.273』 p.29。
制御系
主幹制御器は専用品（形式名MC50形）を搭載し回転は横軸となっている。
これはキハ90系の設計を踏襲しており、電車と同等の自動進段を行うため、その制御信号は他の気動車各系列との互換性がなく、併結して総括制御を行えない。しかも、急行形として在来形気動車との併結の可能性を考慮せざるを得なかったキハ90系とは異なり、運用上キハ80系を含む在来形気動車との併結を一切考慮していない。
ただし、本系列の制御信号および電気連結器（後述）はキハ90系のそれと互換性があり、併結や混用も可能な設計となっている。このことは、運用開始直後の特急「しなの」での故障続出時に、車両不足をキハ91形で補うという形で有効活用もっとも、その煽りで車両を供出したキハ90系本来の急行運用において、こちらも車両故障が頻発していたことから定数を充足できず、エンジンの相違から同等の性能が得られず予備車となっていたキハ90形を機関換装してキハ91形へ編入改造することで、ようやく所要両数を満たす有様であった。された。だが、同じDML30系エンジンを搭載する急行形のキハ65形とはブレーキや制御信号、引き通し線の接続方式が異なるため、併結は不可能である。
これを受けて、編成内の引き通し線の接続はキハ90系と共通の密着自動連結器下に取り付けられた専用の電気連結器のみを用いており、増解結などによる編成組み替えが容易になっている。
常用ブレーキシステムは、同時期の国鉄気動車で一般的なシステムであったDA系自動空気ブレーキではなく、軽量化を目的として機器構成が簡素な、三圧力式制御弁を用いるCLE系電磁自動空気ブレーキ（C16B）を採用しており、それを作動させるためのC16Bブレーキ制御装置を各車に搭載している。運転席にはセルフラップ方式のSE16Aブレーキ弁を採用しており、ハンドルの回転は横軸となっている『鉄道のテクノロジー』Vol,11 2011年 三栄書房 P66。
また、常用補助制動装置として機関ブレーキ（エンジンブレーキ）を備えている。機関ブレーキは3ノッチあり、マスコンを切位置にして左側に倒すと1ノッチ位置となりこの位置では、エンジンはアイドリング状態であり、機関ブレーキは開放の状態となっている。、2ノッチまでの機関ブレーキが掛かるようになっており、40 km/h以下になると機関ブレーキは開放される。量産先行車では基礎ブレーキ装置に踏面ブレーキを採用したが、高速運転時のフラット対策と踏面ブレーキ使用による、車輪踏面の損傷が発生したため、量産車（キロ180-3 - ・キハ181-5 - ・キハ180-7 - ・キサシ180-3 - ）以降はその対策として、油圧式車輪ディスクブレーキに変更している。
新製車 量産先行車 以下の4形式で構成される。 キハ181形 (1 - 4) 180px|thumb|キハ181-4 先頭車。定員52名。発電セットに加え、走行用機関の大型放熱器静油圧式ファンによる強制通風式で、発電セットの冷却用放熱器も併設する。も搭載するため、機器室がキハ82形より長くなり、定員の確保と軽量化のため便所と洗面所は設置されていない。そのため、営業運転では原則として3両以上の編成で運用する必要がある開発当時には、特急列車は食堂車や1等車（グリーン車）を連結することが当然と考えられており、そのような短編成での運用は考慮されていない。。行先表示器はない。
キハ180形 (1 - 6) 180px|thumb|キハ180-1 中間車。定員はキハ80形より4名多い76名。出入台付近に和式便所と洗面所を設けた。行先表示器と便所・洗面所の小窓の位置が量産車と異なる。
キロ180形（1 - 2） 中間1等車（グリーン車）。定員48名。キロ80形にあった荷物保管室は廃止となり、代わりに乗務員室（業務用控室）を設置した。車掌室内にはラジオ受信器を搭載している。0番台での便所は出入台側に洋式、反対側車端部に和式をそれぞれ1カ所、洗面所もそれぞれの便所の向かい側の2カ所に設けた。行先表示器はそれぞれの車端部に計4台設置されている。行先表示器と便所・洗面所の小窓の位置が量産車と異なる。 キサシ180形 (1 - 2) 食堂車で、系列中唯一の付随車。食堂定員40名。室内のレイアウトはサシ581形に準じており、前位寄から車販準備室・休憩室・食堂・厨房が設けられている。行先表示器はない。側窓は複層式磨きガラスの間にベネシャンブラインドを内蔵し、カーテンは廃止された。調理用をはじめ、電源はすべてキハ181形から供給を受ける設計となっていた。
量産車 ディスクブレーキの台車に変更され、製造番号はキロ180形100番台を除き量産先行車の続番となっている。 キハ181形 (5 - 49) 180px|thumb|キハ181-17 先頭車。定員52名。発電用エンジンが過給器付きのDMF15HS-Gに変更された。
キハ180形 (7 - 79) 180px|thumb|キハ180-77 中間車。定員76名。便所・洗面所の寸法変更ならびに小窓・行き先表示器の位置変更が行われた。
キロ180形（3 - 13、101 - 104）
中間グリーン車。定員48名。1969年5月の等級制廃止・モノクラス制移行に伴い、グリーン車マークが貼られている。便所・洗面所の寸法変更ならびに小窓・行き先表示器の位置変更が行われた。 100番台は1972年（昭和47年）に四国特急用として登場したもので、定員は0番台と同じく48名。四国特急では食堂車は連結しないため、0番台の洋式便所・洗面所のスペースを車販準備室とした。
キサシ180形 (3 - 13) 量産先行車では公式側（開閉窓のある側）前方（食堂室側）の休憩室の窓が2等車（普通車）の窓と同一寸法だったが、量産車では休憩室を小さくし非公式側（通路のある側）前方（食堂室側）の車販準備室の窓と同一寸法となる。
新造車一覧表 車両形式車両番号区分落成 配置落成日現行配置・処遇転属・除籍日最終 配置備考キハ181形キハ181-1量産先行