冷却室内设有冷却水系统和散热装置，冷却室顶部装有V型结构的铜管肋片式散热器，及以两个直径为1,600毫米的轴流式冷却风扇，冷却风扇由静液压马达传动。机车设有两套独立的循环冷却水系统，分别为冷却柴油机的高温冷却水系统（12个散热器单节），以及冷却增压空气、机油、静液压传动油的低温冷却水系统（32个散热器单节）。东风4D型机车早期曾采用传统的焊接结构扁管肋片式散热器，容易出现扁管断裂导致冷却水泄漏的问题，因此大连机车车辆厂后来设计了机械胀接式散热器，于2000年先后在多台准高速客运机车上试用（沈阳机务段的东风4