3002号机车、天津机务段的3022～3029号机车），并于2001年通过铁道部技术评审后推广使用。东风4D型机车并采用了与东风6型机车相同的加压封闭循环高温冷却系统、密闭压力水箱和机油热交换器。散热器下方设有静液压变速箱、后转向架牵引电动机通风机、空气压缩机等，柴油机自由端通过传动轴与静液压变速箱相连，并通过尼龙绳传动轴带动后转向架牵引电动机通风机。冷却室左右两侧侧壁各设有六个通风百叶窗口。辅助室内设有预热锅炉、空气干燥器、空调电源设备和控制箱等。空气制动装置采用JZ-7型空气制动机（准高速客运型机车使用