方红1型机车使用之12V175Z型柴油机，将原来的曲轴主轴瓦改成轴承形式，成功试制出12V180ZL型柴油机，并于1973年投入批量生产。该型柴油机还被用于东方红2型液力传动调车机车。12V180ZL型柴油机为四冲程、V型结构、12气缸、预燃室式、涡轮增压、增压空气中间冷却的高速柴油机，气缸直径180毫米，活塞行程205毫米，额定转速为每分钟1500转。在东方红3型0001～0005号机车上的装车功率为1250马力，在东方红3型0006～0251、0254～0268号机车上的装车功率提高到1350马力。