東風 4 型內燃機車

東風 4 型內燃機車（DF4）是中國鐵路第二代電力傳動柴油機車的首款車型，也是中國首次設計研製的交 — 直流電傳動柴油機車，該型機車從研製到成熟亦經歷了一段曲折的歷程。1960 年代中期，大連機車車輛廠與大連熱力機車研究所等單位開始研製 240/275 系列中速柴油機，並開始研製採用交 — 直流電傳動裝置的 4000 馬力電力傳動柴油機車。1969 年，大連機車車輛廠試製成首臺東風 4 型柴油機車，但由於受到文化大革命的影響，機車的效能和質量均未達到設計要求。1974 年，隨著對柴油機的改進和試驗考核取得進展，加上當時中國鐵路對大功率柴油機車的迫切需求，東風 4 型柴油機車尚未進行全面的耐久性試驗就忙於投入批次生產，致使機車投入使用之後不久就出現大量問題，此後多年一直處於一邊生產、一邊改進的局面。在歷經大量設計改進和試驗研究之後，柴油機的可靠性和耐久性得到大幅提高，從 1980 年起機車品質有了明顯改善。此後，作為東風 4 型機車的升級產品的東風 4B 型柴油機車於 1982 年面世，並於 1984 年投入批次生產，成為中國鐵路史上生產數量最多、運用最廣泛的柴油機車車型。

東風 4 型內燃機車可根據齒輪傳動比的不同而作為貨運機車（構造速度為 100 公里 / 小時）或客運機車（構造速度為 120 公里 / 小時）使用，動力來源為一臺裝車功率 3,300 馬力的 16V240ZJ 型四衝程柴油機（後期改為使用 16V240ZJA 型或 16V240ZJB 型柴油機），傳動系統採用由 TQFR-3000 型牽引發電機、ZQDR-410 型牽引電動機、GTF-4800/770 型矽整流裝置組成的交 — 直流電傳動裝置，走行部採用具有拉桿式軸箱定位裝置和二系彈簧懸掛的轉向架。

發展歷史

1.1 開發背景

1956 年，根據當時對國際上鐵路牽引動力發展趨勢的研究，中華人民共和國鐵道部制定了《鐵路十二年科技發展規劃》，提出了 “技術政策的中心環節是牽引動力的改造，要迅速地有步驟地由蒸汽機車轉到電力機車和內燃機車上去” 的方針。1958 年，中國鐵路在大躍進形勢的推動下踏上了牽引動力改革的道路，鐵道部屬下的機車車輛工廠相繼開始設計試製柴油機車和電力機車。1958 年 3 月，大連機車車輛廠在蘇聯專家協助下，仿照蘇聯鐵路 TE3 型柴油機車，開始進行雙節 4000 馬力柴油機車的設計試製工作。1958 年 9 月，大連機車車輛廠製造出兩臺巨龍型柴油機車，但由於製造工藝和可靠性仍然存在不少問題，尚未具備投入批次生產的條件，隨後工廠對這種機車進行了大量的試驗和改進。1962 年，鐵道部確定了動力改革 “內燃、電力機車並重，以內燃為主” 的方針，在發展內燃機車方面確定了 “高速柴油機和中速柴油機並舉，電力傳動和液力傳動並舉” 的方針，並確定以大連、四方、戚墅堰三個工廠為主力，加強柴油機車的試製工作。1963 年 8 月，為了使第一代國產柴油機車和電力機車能夠儘快定型及投入批次生產，經國務院批准成立了 “國家大功率牽引動力內燃化、電氣化領導小組”，組織內燃機車和電力機車試製大會戰。1963 年 12 月，大連機車車輛廠試製出第一臺 ND 型柴油機車。1965 年，鐵道部批准 ND 型柴油機車投入批次生產（1966 年 8 月改稱為東風型柴油機車）。

正當中國第一代柴油機車剛剛形成生產能力的同時，鐵道部已經開始計劃研製第二代柴油機車。隨著柴油機車不斷向提升單機功率的方向發展，柴油機和傳動裝置的功率也相應提高。電力傳動柴油機車自問世以來，一直採用直流牽引發電機配合直流牽引電動機的直 — 直流電傳動系統，但受到直流發電機之整流子換向條件和電機尺寸的技術限制，3000 馬力以上直流電力傳動裝置的設計和製造面臨很大困難，成為進一步提升直 — 直流電傳動柴油機車單機功率的制約因素。1964 年，法國成功研製了世界上第一臺採用交 — 直流電傳動裝置的 BB 67036 號柴油機車。交 — 直流電傳動裝置採用交流牽引發電機，透過整流器使交流電變為直流電，然後再供給直流牽引電動機，交流發電機具有結構簡單、減輕重量、維護簡便的優點，使交 — 直流電傳動柴油機車得到迅速發展，當時世界上的大功率柴油機車已經出現了採用中速柴油機和交 — 直流電傳動的發展趨勢。

1.2 研製過程

1964 年 11 月，鐵道部機務局在株洲召開總工程師會議，有意選定一家部屬工廠開展新型中速大功率柴油機的研製。1965 年初，大連機車車輛廠、大連熱力機車研究所、大同機車廠、鐵道科學研究院、北京鐵道學院等機構聯合組成新中速柴油機設計組。由於當時同類型柴油機的設計參考資料十分匱乏，設計組只能從國內外雜誌文獻中尋找相關資訊，將國外同類型柴油機及機車的資料、圖片以及使用中情況等作為設計參考，例如蘇聯哈爾科夫運輸機械製造廠的Д70 系列柴油機、法國阿爾薩斯機械製造公司的 AGO 240 系列柴油機、瑞士蘇爾壽公司的 LVA24 系列柴油機等。1965 年 7 月，鐵道部內燃機車、電力機車會戰指揮小組在青島召開會議，聽取了大連機車車輛廠提交的方案彙報，鐵道部機輛局總工程師郎鍾騋表示同意這個方案，但提出活塞行程要區別於國外同類型柴油機，因此最終決定將活塞行程定為 275 毫米，隨後鐵道部向大連機車車輛廠下達新中速柴油機設計任務書，主要技術指標為缸徑 240 毫米、行程 275 毫米、小時功率 4000 馬力、額定功率 3600 馬力、額定轉速為每分鐘 1100 轉、平均有效壓力 1.6 兆帕、四衝程、渦輪增壓。

1965 年，大連機車車輛廠開始新中速柴油機的施工設計，並開展 4000 馬力電力傳動柴油機車的初步草圖技術設計，提出拿下新中速柴油機、3000 馬力以上柴油機車（東風增型柴油機車、東風 4 型柴油機車）和 2000 馬力液力傳動柴油機車（飛龍型柴油機車）這三大的目標，力爭在結構、效能、使用、維修、壽命等方面超過世界先進水平。同年，大連機車車輛廠建成雙缸機試驗檯，並開始設計 16 缸的 16V240ZJ 型柴油機。1966 年 2 月 17 日，大連機車車輛廠試製成雙缸試驗機，隨後開始在試驗檯上進行燃燒系統技術引數試驗、軸瓦剝離試驗、機油選型試驗、氣缸套磨損試驗等研究，時任鐵道部部長呂正操並曾到工廠觀看試驗；同年 6 月 30 日，雙缸機最大輸出功率突破 500 馬力，證明 16 缸機可達到 4000 馬力的預期目標。1965 年 8 月，工廠組裝成首臺 16V240ZJ 型柴油機，並完成了無增壓器情況下的運轉試驗，柴油機試驗功率達到 3000 馬力。由於配套的增壓器研製進度落後，柴油機試驗工作隨後暫停。

1966 年，文化大革命在全國範圍內爆發，受到 “奪權” 和 “批鬥” 政治運動干擾，各地科研機構首當其衝的遭到巨大的衝擊，研製工作只能在斷斷續續的情況下進行。1967 年，湘潭電機廠試製了首批為第二代大功率柴油機車配套的牽引電機組，包括 3000 千伏安三相交流同步牽引發電機、410 千瓦牽引電動機、80 千瓦起動發電機、45 千伏安三相交流同步勵磁發電機。1968 年是大連機車車輛廠受文革衝擊最嚴重的一年，工廠幹部和技術人員被下放車間 “勞動改造”，工廠生產和機車研製工作近乎癱瘓。1969 年初，天津機車車輛機械工廠試製出 45GP801 型增壓器，由於增壓器在試驗期間出現一系列問題，因此決定設計新的 45GP802 型增壓器。

1969 年 5 月，為慶祝中華人民共和國二十週年國慶，大連機車車輛廠提出試製 4000 馬力電力傳動柴油機車。工廠對原來的設計方案進行區域性修改，將之前試製的第一臺柴油機和牽引電機組樣機安裝在機車上。同年 9 月，天津機車車輛機械工廠研製出 45GP802 型增壓器。1969 年 9 月 26 日，大連機車車輛廠試製出東風 4 型 0001 號機車（0001 號機車出廠時為貨運機車，後來改裝客運傳動比轉向架，並將機車編號改為 2001 號），出廠後在沈大鐵路大連至大石橋區間進行牽引試驗，但由於這臺機車為 “國慶獻禮” 草率上馬，其零部件未經必要的試驗考核和改進，柴油機和電氣部分以及機車其它一些裝置未達到設計要求，導致整臺機車的效能和質量都未能過關。

1.3 試驗改進

1970 年末至 1971 年初，交通部召開了內燃機車、船用柴油機會戰會議，決定將大連機車車輛廠試製的 16V240ZJ 型柴油機列入的四種新型柴油機攻關專案之一，並決定在 1971 年組織一場內燃機車試製生產大會戰。根據會議決定，大連機車車輛廠繼續進行東風 4 型柴油機車和 16V240ZJ 型柴油機的試驗及改進工作，針對 2001 號機車試執行過程中發現的各種問題作攻關改進。在柴油機方面，機務局在審批東風 4 型柴油機車設計任務書時，提出改變柴油機裝車功率數值以提高可靠性和耐久性的建議。16V240ZJ 型柴油機原本是按照小時功率 4,000 馬力、持續功率 3,600 馬力設計，並且安裝到東風 4 型機車上之後也是按照 3,600 馬力的最大運用功率使用，但機車實際使用環境溫度和海拔高度一般都比柴油機標定功率規定的標準高，因此提出將柴油機裝車功率下調至 3,300 馬力，避免柴油機在最高檔位時超負荷運轉。從 1971 年到 1974 年間，大連機車車輛廠又生產了 0002～0006 號五臺柴油機進行試驗考核，先後改進了曲軸、缸蓋、活塞、增壓系統、調速器、排氣系統等零部件的結構，基本解決了柴油機功率不足、燃燒不良、排氣溫度高、機油稀釋和柴油機振動等幾大關鍵問題，這五臺柴油機進行總計 2265 小時 22 分鐘的各種臺架試驗。

同時，因應初期試製配套牽引電機組存在的一些問題，由田心電力機車工廠、永濟電機廠、株洲電力機車研究所、大連熱力機車研究所等單位組成聯合設計組，對牽引電機組的設計作出改良。1972 年至 1973 年間，田心電力機車廠先後完成 ZQDR-410 型牽引電動機、TQFR-3000 型牽引發電機、TQL-45 型同步勵磁機、ZQF-80 型起動發電機的試製和投產。與此同時，面對東風 4 型機車遲遲未能定型投產、大功率內燃機車產能不足的情況，鐵道部決定從法國阿爾斯通公司訂購一批技術較先進的內燃機車作為過渡，也就是代表著當時世界上電傳動柴油機車先進水平的 ND4 型柴油機車，以解決當時中國鐵路運輸急需大功率柴油機車的問題。

1.4 運用考核

1972 年初，東風 4 型 2001 號機車已經走行 12,000 餘公里，隨後交付北京鐵路局北京內燃機務段開始進行運用考核。1973 年，大連機車車輛廠又試製了東風 4 型 2002 號機車，同年 5 月交付北京內燃機務段進行運用試驗。兩臺原型車在京原鐵路北京至靈丘間進行了牽引效能試驗，並與同期從西德引進的 NY6 型柴油機車進行對比試驗，然後又在京包鐵路南口至康莊間進行了八達嶺大坡道上停車再起動試驗，以及在京廣鐵路完成旅客列車長距離牽引試驗。隨後，東風 4 型 2001 號和 2002 號機車被安排在京山鐵路牽引旅客列車，分別完成 8 萬公里和 10 萬公里執行試驗後返廠，整修後配屬北京內燃機務段運用。

1974 年 5 月 11 日，大連機車車輛廠試製了東風 4 型 0001 號貨運機車，同年 6 月交付北京鐵路局豐臺機務段投入運用考核，從 6 月 25 日開始京山鐵路豐臺西至南倉間擔當貨物列車牽引任務。1974 年 8 月，這臺機車赴湘黔鐵路婁底至金竹山區間進行夏季高溫冷卻效能試驗。1974 年 9 月，這臺機車又改裝客運傳動比的轉向架，在京廣鐵路豐臺至石家莊之間、京承鐵路豐臺至洞廟河間進行動力學效能試驗，期間在京廣線先後進行了兩次最高速度達 136 公里 / 小時的高速行車試驗，以及一次速度不低於 120 公里 / 小時、連續透過 14 個車站的長距離高速試驗。同年 9 月 23 日，東風 4 型 0001 號機車返廠安裝貨運傳動比的轉向架，至 11 月初回到豐臺機務段，並繼續在京山鐵路進行運用考核。至同年底，0001 號機車已完成 1.5 萬公里的磨合試驗。

1975 年 1 月 9 日至 2 月 5 日，東風 4 型 0001 號機車在北京環形鐵道由鐵科院主持進行了牽引熱工效能試驗，試驗專案包括柴油機起動效能、調速器效能、柴油發電機組負載效能、機車阻力、牽引效能、燃油消耗特性、電阻制動效能等。試驗結果顯示機車主要效能都達到了設計任務書規定的指標，建議東風 4 型機車可以投入批次生產。1975 年 2 月，《中國新聞報》和香港《大公報》均以《4000 馬力內燃機車誕生記》為題對東風 4 型機車的研製作了長篇報道。

1.5 投入生產

1972 年 3 月，大連機車車輛廠提出轉產 4000 馬力柴油機車的技術改造任務書，同年 8 月交通部以《（72）交計字第 1413 號》文批覆，同意工廠轉產改造計劃任務書所確定的生產綱領，年產 4000 馬力柴油機車 150 臺、16V240ZJ 型柴油機 180 臺，總投資 450 萬元人民幣，並要求在 1974 年完成改造工程。1972 年 10 月，工廠擴大初步設計方案上報，同年 12 月鐵道部以《（72）交鐵工字第 2566 號》文批覆。1973 年至 1974 年，大連機車車輛廠大量擴建廠房和改造裝置，重點是生產柴油機和柴油機車的九個車間，並自制了柴油機機體加工數控組合機床、柴油機搖臂軸座自動生產線、曲軸氮化電阻爐、二氧化碳氣體保護焊機等加工裝置。1974 年下半年，為了滿足中國鐵路對大功率柴油機車的急切需求，東風 4 型柴油機車正式投入批次生產，同時停產東風型柴油機車。張店電機廠（今淄博牽引電機集團）和永濟電機廠亦分別於 1974 年和 1975 年開始，按照株洲電力機車廠提供的圖紙生產牽引電機組。

1.6 品質危機

東風 4 型機車從 1974 年下半年投入批次生產，到 1977 年底已生產了 233 臺機車，配屬全國 9 個鐵路局、14 個機務段運用。然而，隨著機車走行里程的增加，可靠性問題不斷暴露出來，柴油機相繼出現如連桿螺栓斷裂、連桿瓦蓋斷裂、連桿結合齒斷裂、鍛鋁組合式活塞裂紋、配氣齒輪打牙、凸輪軸剝離、滑油泵斷軸等故障，僅在 1975 年就有 22 臺柴油機連桿螺栓折斷，可以說不僅柴油機的主要零部件都出現了大大小小的質量問題，甚至電機電器、輔助裝置乃至轉向架都是問題百出，加上機務部門對這種新型機車的運用保養也沒有經驗，使得機務段叫苦連天。東風 4 型機車初到豐臺機務段時被安排在繁忙的京山鐵路運用，但由於機車執行途中經常發生故障，至 1975 年初東風 4 型機車被迫退出京山鐵路，改為用於每天只有幾對列車的京原鐵路，當時豐臺機務段還曾經傳唱著一句順口溜：“東風 4，東風 4，從東單跑不到西四。京廣線要癱瘓，東風 4 要完蛋”。

為此，鐵道部下令組織產品質量攻關，並且連續幾年召開設計改進會議。大連機車車輛廠對零部件出現的問題進行了詳細的分析研究後，制定了一系列結構改良方案並再進行疲勞試驗驗證。工廠首先針對較廣泛的連桿螺栓和連桿蓋斷裂故障，改為採用全纖維輾制滾壓螺栓和加厚對稱連桿蓋，以提高連桿零部件的疲勞強度和剛度；並將原來左、右兩列氣缸並聯工作的兩根排氣總管，分別接到兩端的增壓器上的結構，改成兩列氣缸共用一根排氣總管，從其兩端接到柴油機兩端的渦輪增壓器上，並在柴油機頂部加設排氣穩壓箱，這樣既可以改善增壓系統的穩定性，又可以降低柴油機低工況時的燃油消耗率。為了區別原有的 16V240ZJ 型柴油機，經過上述改進的機型改稱為 16V240ZJA 型柴油機，並於同年下半年開始批次生產。第一臺裝用 A 型柴油機的東風 4 型 0109 號機車於 1976 年 6 月 29 日出廠。對於之前生產的機車，工廠一方面派出技術人員到全國各機務段現場進行維修，更換了 6000 多根改良後的連桿螺栓、整修近 2000 塊連桿瓦蓋，另一方面亦按照鐵道部的指示安排機車返廠維修，四年間共返修 218 臺機車。

從 1976 年末開始，柴油機又出現了更嚴重的機體裂紋，到 1978 年末已有多達 143 臺柴油機出現機體裂紋，佔當時已出廠東風 4 型機車總數的 41.6%，導致大量機車無法運用返廠待修。設計部門透過大量試驗研究查明，柴油機各種故障的根源在於機體強度和剛度不足，以及柴油機軸系動力效能欠佳所致。為此，工廠對柴油機機體等二十多個零部件進行了修改設計，包括將機體橫截面由八面體改為六面體，加高主軸承座以增加機體的高度，主軸承蓋加設了水平橫拉螺釘，透過調整曲軸平衡塊重量和加粗主軸頸來提高曲軸強度，又將鍛鋁活塞改為整體薄壁球鐵活塞，採用簧片式彈性聯軸節以改善曲軸扭振效能等。1977 年 11 月至 12 月，集中了上述改良的 0255 號柴油機完成 500 小時臺架耐久試驗，結果顯示柴油機效能和部件狀態良好，作為 A 型柴油機的升級產品定型為 16V240ZJB 型柴油機。

1976 年 2 月，大連熱力機車研究所對東風 4 型 0063 號機車進行了冷卻裝置效能和輔助傳動消耗功率測定。1976 年 7 月，鐵道部科學研究院對東風 4 型 0104 號機車進行了高原效能試驗。1977 年 12 月，大連機車車輛廠與濟南鐵路局、株洲電力機車廠利用東風 4 型 0182 號機車和 ND4 型 22 號機車，進行了一次牽引電動機動力學效能對比試驗。1978 年，大連機車車輛廠參加春秋兩季的第 43 屆及第 44 屆廣交會，東風 4 型機車比例模型和柴油機曲軸實物亦在會上展出。1979 年 6 月，為了東風 4 型柴油機車功率隨大氣條件的變化規律，以便確定柴油機隨大氣條件的功率修正方式，鐵道部科學研究院選定了東風 4 型 0108 號機車，在多個不同海拔高度及氣溫的地點進行柴油機功率試驗，試驗結果為高原地區合理運用東風 4 型機車以及後來設計高原增壓器提供了參考資料。1979 年，大連機車車輛廠總工程師辦公室設立全面質量管理小組，開始在工廠全面推行質量管理。

而在大連機車車輛廠進行各種技術改進的同時，其他配套工廠也在為東風 4 型機車的各種零部件進行改良研究，例如天津機車車輛機械工廠研製的 QY-300 型調速器，南口機車車輛機械工廠設計了新的機油泵；負責生產牽引電機組的田心機車車輛廠、永濟電機廠、南口機車車輛機械工廠採用了、氬弧焊接等新技術，改善了電機產品的工藝質量和設計結構上的若干缺陷；西安訊號工廠和永濟電機廠改進了轉換開關主接觸器和磁場削弱接觸器。經過製造工廠和運用部門的共同努力，使東風 4 型機車度過了 1977 年至 1979 年這三年最艱難的時光，從 1980 年起機車品質有明顯好轉，運用故障率大幅度下降，檢修週期逐步延長，檢修範圍及工作量亦相應減少。當時的豐臺機務段、北京機務段、廣州機務段、濟南機務段、石家莊機務段共配屬 230 多臺東風 4 型機車，1975 年的每十萬公里機破率為 10.6 件、臨修率為 31.3 件，至 1979 年的每十萬公里機破率已降至 1.13 件、臨修率為 4.93 件，而機車長時間停運待修的情況亦不復見。

1.7 後續發展

1978 年 3 月，鐵道部科學技術委員會在大連召開了 16V240ZJB 型柴油機鑑定會議，批准 B 型柴油機初步定型，可以投入小批次生產。根據會議的建議，大連機車車輛廠將 0255 號柴油機樣機裝上東風 4 型 0282 號機車。從 1978 年 10 月至 1979 年底，這臺機車在豐沙鐵路豐臺西至張家口間進行運用試驗，期間牽引貨物列車共執行 21 萬多公里，柴油機經拆檢觀察顯示效能和主要零部件磨耗情況良好。為了使柴油機更加可靠，大連機車車輛廠決定參照國外柴油機的試驗規範，對柴油機再進行 2000 小時高負荷耐久試驗。1979 年 7 月至 1980 年 6 月，大連內燃機車研究所對 0503 號柴油機進行了 2000 小時耐久試驗，期間並試用了蠕墨鑄鐵氣缸蓋、加硼鑄鐵氣缸套、九節式排氣總管等新技術。與此同時，工廠先後在單缸機和三臺 16V240ZJB 型柴油機上進行了三種標定轉速的對比試驗，最終決定在保持裝車功率 3300 馬力不變的情況下，將標定轉速由原來每分鐘 1100 轉降為每分鐘 1000 轉，空轉轉速由原來每分鐘 500 轉降到每分鐘 430 轉，以降低柴油機零部件的機械負荷。1979 年 11 月起，大連機車車輛廠根據鐵道部的指示，開始生產裝有 16V240ZJB 型柴油機的東風 4 型柴油機車。

1980 年 9 月，大連內燃機車研究所選用東風 4 型 0188 號機車，進行了三種不同標定轉速下的牽引熱工效能試驗。1980 年至 1981 年間，大連機車車輛廠對已產生裂紋的 A 型柴油機機體陸續更換為 B 型柴油機機體，共更換 115 臺。1981 年 8 月 23 日至 9 月 11 日，0660 號柴油機在大連內燃機車研究所試驗檯完成了 UIC 360 小時耐久試驗。1982 年 12 月，裝用 16V240ZJB 型柴油機的 0527 號機車在大連機車車輛廠出廠，作為東風 4 型機車的升級換代產品，定型為東風 4B 型柴油機車。東風 4B 型與東風 4 型機車的差異除了柴油機型號外，前者還採用了由步進電機驅動的無級調速器，以及經過改良的強化散熱器、冷卻風扇和感溫元件，主發電機輸出功率由 2059 千瓦提高到 2125 千瓦，萬噸公里油耗降低 9.6%，廠修期延長 30%。1983 年 1 月至 5 月，0527 號機車在大連內燃機車研究所完成了各項效能試驗後，配屬濟南鐵路局濟南機務段投入運用考核。1984 年底，東風 4B 型柴油機車正式投入批次生產，同時大連機車車輛廠停產東風 4 型機車。從 1974 年投產開始到 1985 年停產為止，大連機車車輛廠累計生產了 801 臺東風 4 型柴油機車，其中包括客運型 31 臺（車號 2001～2031）、貨運型 770 臺（車號 0001～0770）。在東風 4B 型柴油機車投產之後，所有以前生產的東風 4 型機車在返廠大修時均按照東風 4B 型機車的標準進行了技術改造，包括更換成無級調速的 16V240ZJB 型柴油機、45GP802-1A 型增壓器、高效強化散熱器、加裝電阻制動裝置等。

1982 年 7 月，面對當時中國鐵路運能緊張及柴油機車產能不足的問題，鐵道部指示資陽內燃機車廠轉產東風 4 型柴油機車，同時停止東方紅 4 型液力傳動柴油機車和 16V200Z 型柴油機的試製試驗，結束了長期以來關於大功率柴油機車發展電力傳動或液力傳動的爭論。1983 年 3 月 26 日，國家計委下達了 《關於資陽廠轉產改造設計任務書的批覆》，批准工廠按生產綱領為年產東風 4 型柴油機車 100 臺、柴油機 250 臺、牽引齒輪 3600 對進行轉產改造。隨後，資陽內燃機車廠得到大連機車車輛廠提供的全套圖紙，又新建了 16V240ZJ 型柴油機試驗檯和東風 4 型機車水阻試驗檯。1983 年 9 月，資陽內燃機車廠製造的第一臺 16V240ZJ 型柴油機組裝完畢。同年 12 月 6 日，資陽內燃機車廠生產的第一臺東風 4 型 3001 號柴油機車落成並開始廠內除錯，並於 12 月 15 日在成渝鐵路完成首次正線執行試驗。1983 年 12 月 25 日，東風 4 型 3001 號機車在資陽工廠舉行出廠儀式，同年底交付廣州鐵路局廣州機務段使用。1986 年 6 月，資陽內燃機車廠全面完成轉產技術改造，並開始生產東風 4B 型柴油機車。1983 年至 1986 年，資陽內燃機車廠累計生產了 42 臺東風 4 型柴油機車（車號 3001～3042）。大連和資陽兩家工廠共生產了 843 臺東風 4 型機車。

1.8 重聯機車

1980 年代初，中國開始發展過載列車以提高鐵路運輸能力，大連機車車輛廠於 1982 年開始為東風 4 型柴油機車研製重聯裝置，並且根據電阻制動系統在過往試驗和運用過程中發現的問題，與西安訊號工廠和天津機車車輛機械工廠合作進行了改進設計。1984 年 2 月，大連機車車輛廠為東風 4 型 0642 號、0643 號機車安裝了重聯控制及電阻制動裝置，並在沈大鐵路大連至大石橋之間進行雙機重聯牽引試驗，隨後配屬北京鐵路局豐臺機務段投入運用。1984 年 7 月至 8 月，這兩臺機車配合專門為大秦鐵路研製的 C61 型運煤專用敞車，於晉煤外運北通道的豐沙大鐵路（豐沙鐵路豐臺西至沙城和京包鐵路沙城至大同段的合稱）和京秦鐵路為試點進行過載列車執行試驗，雙機最大牽引噸位達 5000 噸（計 60 節車輛），平直道上的最大平衡速度可達 85.1 公里 / 小時，在 9‰坡道上的平衡速度為 26 公里 / 小時，並在 7.6‰坡道上進行了雙機坡停起動試驗；而在 8.4～11‰下坡道上牽引 4400 噸列車時，可依靠電阻制動以 60~70 公里 / 小時快速下坡。

為配合開行組合式過載列車（由兩列或以上同方向執行的列車首尾相接）的研究試驗，鐵道部科學研究院還曾經在東風 4 型機車上進行了無線重聯遙控系統的試驗，主控機車透過無線電臺向輔助機車傳送控制命令，使兩臺機車能夠進行同步牽引和制動的操作。1986 年 5 月，鐵科院使用兩臺裝上無線遙控裝置的東風 4 型柴油機車，牽引由 230 輛 C61 型敞車組成的組合列車，在北京環形鐵道完成了靜態試驗和牽引試驗。

1.9 援助朝鮮

2006 年至 2008 年間，中國鐵道部先後多次將國內淘汰的東風 4 型和東風 4B 型機車無償援助朝鮮民主主義人民共和國。在朝鮮民主主義人民共和國鐵路系統中，這些機車被定型為朝鮮鐵道 200 型柴油機車，機車編號為내연2xx（“내연” 意為 “內燃”），大多數配屬咸興鐵道局咸興機車隊，擔當貨物列車和旅客列車的牽引任務。

衍生車型

2.1 東風 5 型柴油機車

1974 年，大連機車車輛廠和唐山機車車輛廠按照鐵道部工業總局和機務局的指示，開始合作研製裝用 8V240ZJ 型柴油機的 2000 馬力功率等級調車機車 —— 東風 5 型柴油機車。該型機車是東風 4 型柴油機車的系列延伸產品，8V240ZJ 型柴油機（V 型氣缸）是在 16V240ZJ 型柴油機基礎上發展而成 8 缸機型，機車主電路和勵磁電路基本上套用了與東風 4 型機車相同的設計，電力傳動裝置同樣採用 TQFR-3000 型牽引發電機和 ZQDR-410 型牽引電動機。1975 年 12 月，唐山機車車輛廠試製出第一臺東風 5 型柴油機車，經過廠內初步試驗後於 1976 年 3 月出廠，但由於機車起動和低速效能未如理想、柴油機和增壓器配套效能不佳等原因，唐山工廠於 1980 年停止生產東風 5 型柴油機車。隨後，根據 “六五” 期間鐵道部對機車車輛工業的產品結構調整，決定由大連機車車輛廠和四方機車車輛廠對東風 5 型柴油機車重新設計。1984 年，大連機車車輛廠和四方機車車輛廠分別試製出新的東風 5 型柴油機車。第二代的東風 5 型柴油機車改用的 8240ZJ 型柴油機，柴油機轉速控制採用與東風 4B 型機車相同的無級調速器，並採用由大連內燃機車研究所研製的電子恆功率勵磁控制裝置。1987 年底，東風 5 型柴油機車透過鐵道部鑑定並投入批次生產。

2.2 TFN7030 型特種發電車

1978 年，大連機車車輛廠根據鐵道部的要求，開始研製 TFN7030 型特種內燃發電車。該型發電車主要作為鐵路樞紐及工廠戰備及受災時的應急供電，既可以構成獨立電網供電，也可以直接向電網輸電。發電車採用一臺 16V240ZJB 型柴油機和一臺 CTF-2500 型同步發電機組成柴油發電機組，供電制式為 10,500 伏特 50 赫茲三相交流電，額定容量為 2,000 千瓦，車體外形尺寸與東風 4 型柴油機車大致相同。1981 年 10 月，三輛發電車製成並交付使用。

技術特點

3.1 總體佈置

東風 4 型柴油機車是幹線客貨運用的六軸柴油機車，機車標稱功率為 2,580 馬力（1,920 千瓦），貨運型機車的構造速度為 100 公里 / 小時，客運型機車的構造速度為 120 公里 / 小時，運轉整備重量為 138 噸。東風 4 型機車採用雙司機室、內走廊式、全鋼焊接結構的框架式側牆承載車體，車體由左右側壁、底架、車頂、內部隔牆、兩端司機室等部分焊接在一起，車體主要骨架採用 16Mn 低合金鋼材，車體外部蒙皮為 2.5 毫米厚鋼板，車體內壁噴塗聚胺酯泡沫塑膠作為材料。車體長度為 20,490 毫米，車鉤中心線間距為 21,100 毫米，車體寬度為 3,308 毫米，車體高度為 4,725 毫米。車體兩端設有同等功能的，可雙向操縱機車。每節機車的車體底架下部兩臺轉向架之間，吊掛著一個容量為 9,000 升的燃油箱，燃油箱兩側設有鉛酸蓄電池組，燃油箱前後端各裝有一個總風缸。

機車從前到後分別為第一司機室、電氣室、動力室、冷卻室、第二司機室五個部分，其中電氣室 、動力室和冷卻室頂部均設計成活動頂蓋，以便拆裝車內部件。司機室內機車執行方向的左側設有包含一系列儀表和按鈕的司機操縱檯、空氣制動機的自動制動閥和單獨制動閥等，右側設有副司機座席及工具箱，司機室後壁設有裝置手輪。電氣室內設有電氣控制櫃、主矽整流櫃、勵磁整流櫃等電氣裝置，並已經預留了加裝電阻制動裝置的位置，由啟動變速箱驅動的、、測速發電機、前轉向架牽引電動機通風機、空氣制動系統的分配閥等輔助裝置佈置在電氣室後部地板上。位於機車中部的動力室內安裝了一套柴油發電機組，並設有空氣濾清器、、、、、預熱鍋爐等輔助裝置。動力室頂棚兩側設有車體通風機，將柴油機運轉時產生的燃氣和熱風抽出。為了方便對動力裝置的檢修，機車除了在司機室設有側門外，在動力室的兩側也設有一對側門。

冷卻室內設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻室頂部裝有 V 型結構的肋片扁管式銅散熱器，及以兩個直徑為 1,600 毫米的軸流式冷卻風扇，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動。機車設有兩套獨立的迴圈冷卻水系統，分別為冷卻柴油機的高溫冷卻水系統（24 個散熱器單節），以及冷卻增壓空氣、機油、靜液壓傳動油的低溫冷卻水系統（32 個散熱器單節）。散熱器下方設有靜液壓變速箱、後轉向架牽引電動機通風機、機油熱交換器、空氣壓縮機、起動機油泵等，柴油機自由端透過傳動軸與靜液壓變速箱相連，並透過尼龍繩傳動軸帶動後轉向架牽引電動機通風機。冷卻室左右兩側側壁各設有八個通風百葉窗口。空氣制動裝置方面，1976 年前出廠的機車裝用 EL-14 改型空氣制動機，1976 年後出廠的機車改為裝用具備階段緩解和自動保壓功能的 JZ-7 型空氣制動機；制動機採用兩臺 NPT5 型空氣壓縮機與之配合，制動機可以單獨制動機車或同時制動機車和列車。停車制動採用手制動裝置。

3.2 柴油機

3.2.1 16V240ZJ 型柴油機

早期生產的東風 4 型柴油機車裝用一臺 16V240ZJ 型柴油機，為 240/275 系列柴油機的第一款產品。該型柴油機為、四衝程、V 型結構、直接噴射、、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的中速柴油機，為 240 毫米，活塞行程為 275 毫米，額定轉速為每分鐘 1100 轉，最低空載轉速為每分鐘 450 轉，小時功率為 4,000 馬力（2,980 千瓦），持續功率為 3,600 馬力（2,650 千瓦），裝車功率為 3,300 馬力（2,430 千瓦），持續工況時的為 155 克 / 有效馬力・小時（211 克 / 有效千瓦・小時），平均有效壓力為每平方釐米 14.8 公斤，柴油機淨重為 19,600 公斤。左右兩列氣缸中心線間夾角為 50°，V 形夾角上方設有主機油道、、、和排氣總管，兩套渦輪增壓器及中冷器組對稱安裝在柴油機兩端的上方。柴油機由 ZQF-80 型起動發電機起動，其電源由蓄電池供給。柴油機完成起動後，啟動發電機由直流串勵電動機變為直流他勵發電機，並透過電壓調整器輸出 110 伏特直流電，作為輔助發電機使用，用來給蓄電池充電並和向輔助電路及控制電路供電。

16V240ZJ 型柴油機的機體採用由整體鑄鋼懸掛式和板件組焊成的鑄焊組合結構，並採用內外縱分隔的箱形結構和半隧道式的拱形。柴油機氣缸由氣缸套和冷卻水套組成，活塞採用鍛鋁組合式內油冷活塞，氣缸蓋由耐熱合金鑄鐵製成，並採用鉬銅稀土合金製成的曲軸。連桿採用左右氣缸相同的鍛鋼並列連桿，使左右氣缸前後錯開 74 毫米。柴油機採用定壓增壓系統，配備兩臺 45GP802 型渦輪增壓器，左右兩側氣缸排出的廢氣透過排氣支管和總管，分別進入兩臺渦輪增壓器推動渦輪後排出，而新鮮空氣由安裝在車體上的空氣濾清器吸入，經增壓器增壓後流經中冷器進行冷卻，然後透過進氣穩壓箱和進氣支管進入各個氣缸。柴油機採用具有 16 個檔位的轉速和功率聯合調節器，每個檔位上除了保持柴油機轉速恆定外，還能使柴油機輸出功率恆定。

3.2.2 16V240ZJA 型柴油機

自從東風 4 型機車於 1974 年投入批次生產以後，16V240ZJ 型柴油機在運用過程中出現大量可靠性問題，例如連桿螺栓斷裂、連桿蓋和主軸承蓋斷裂、機體主軸承座裂紋等故障。為此，大連機車車輛廠於 1976 年上半年從第 100 臺柴油機開始，以柴油機進排氣道和連桿組結構設計為主作出了幾項改良。首先針對較廣泛的連桿螺栓和連桿蓋斷裂故障，採用全纖維輾制滾壓螺紋和加厚對稱連桿蓋，代替原來的車制螺紋工藝，以提高連桿零部件的疲勞強度和剛度。此外，將原來左右兩列氣缸並聯工作的兩根排氣總管，分別接到兩端的增壓器上的結構，改成兩列氣缸共用一根排氣總管，總管兩端各設定一臺渦輪增壓器，並在柴油機 V 形夾角上加設上部進氣穩壓箱，加大了進氣穩壓箱的容積，增壓器型號亦由 45GP802 型改為 45GP802-1 型。同時，為了改善柴油機聯合調節器的穩定性，將最低空轉轉速提高到每分鐘 500 轉。為與前期生產的 16V240ZJ 型柴油機區別，經過上述改進的機型改稱為 16V240ZJA 型柴油機，並從 1976 年起投入批次生產。

3.2.3 空氣濾清系統

東風 4 型機車曾經使用過多種柴油機進氣空氣濾清系統，早期的東風 4 型機車採用乾式鋼板網結構的一級空氣濾清器，它安裝在動力室的左右車體側壁上，這種過濾器結構簡單、空氣阻力小、濾清效率高，但最大弱點是儲塵能力低、清洗週期短。鐵道部於 1977 年在 “三濾” 會議後決定在全路新造內燃機車推廣旋風筒空氣濾清器，大連機車車輛廠從 1978 年起在新造的東風 4 型機車上，以原來的鋼板網式空氣濾清器作為細濾器，在其前面加裝旋風筒式慣性空氣濾清器作為粗濾器，組成二級空氣濾清器從而提高濾清效率，在平原和沿海地區的一般清洗週期可達 1.5～2 萬公里。然而，旋風筒濾清器在風沙較大地區的過濾能力很差，加快柴油機活塞環及氣缸套等零部件的非正常磨損，因此，部分在中國西北地區運用的東風 4 型機車進行了改裝，吸收了在引進 ND5 型柴油機車時通用電氣轉讓的空氣濾清器製造技術，在保留原來的旋風筒 — 鋼板網濾清器之外增設了紙質濾芯濾清器，構成了旋風筒 — 鋼板網 — 紙質細濾器的三級空氣濾清器。

3.3 傳動系統

東風 4 型機車採用交 — 直流電傳動裝置，柴油機曲軸透過鋼片式半剛性聯軸節驅動一臺交流同步發電機發出三相交流電，經由矽二極體組成的三相橋式整流裝置整流為直流電後，再將電能輸送給兩臺轉向架上的六臺並聯連線的直流牽引電動機，透過傳動齒輪驅動。

牽引發電機採用 TQFR-3000 型三相交流同步發電機，額定容量為 2,985 千伏安，額定電壓為 438／613 伏特，額定電流為 3,936／2,805 安培，額定轉速為每分鐘 1,100 轉，定子及轉子分別為 B 級和 H 級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為 4850 公斤。牽引發電機的由一臺專門的勵磁機供給（下述），勵磁機由柴油機透過啟動變速箱驅動，其發出的交流電經勵磁整流器轉換為直流電後，給發電機的轉子勵磁繞組勵磁。牽引發電機發出的三相交流電由矽整流裝置轉換成直流電，機車設有一組 GTF-4800/770 型矽整流裝置，由矽二極體元件組成三相橋式全波整流電路。矽整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有六個並聯的 2CZ500/1200P 型風冷平板式整流二極體（正向額定電流為 500 安培，反向峰值電壓為 2,400 伏特），每臺整流櫃共有 36 個二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為 770 伏特，額定直流輸出電流為 4800 安培。

牽引電動機為 ZQDR-410 型四極串勵直流電動機，額定功率為 410 千瓦，額定電壓為 550 伏特，額定電流為 800 安培，額定轉速為每分鐘 647 轉，最高轉速為每分鐘 2365 轉，定子及電樞絕緣等級分別為 H 級和 F 級，冷卻方式為強迫通風。為擴大機車的恆功率速度範圍，可以在牽引電動機勵磁繞組接入並聯分流電阻，對牽引電動機使用二級磁場削弱，磁場削弱率分別為 60% 和 43%。根據電力傳動裝置的額定效能計算，東風 4 型貨運機車的持續速度為 21.9 公里 / 小時，相應的矽整流裝置輸出電流為 4800 安培；當牽引電動機在二級磁場削弱工況下，機車最高恆功率速度為 79.2 公里 / 小時；而東風 4 型客運機車的持續速度為 26.3 公里 / 小時，機車最高恆功率速度為 95 公里 / 小時。

東風 4 型機車可選擇加裝電阻制動，在電阻制動工況時牽引電動機變為他勵直流發電機工作，其激磁繞組全部串聯由牽引發電機經矽整流櫃供電，發出的電流輸入到車上兩個電阻制動櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉；受制動電阻通風冷卻條件的限制，最大制動電流限制為 600 安培，制動功率為 2,900 馬力（2,160 千瓦）。

3.4 控制系統

東風 4 型機車自 1974 年投入批次生產以後，其電力傳動裝置亦經歷不斷的改進，從 1974 年至 1981 年期間電路圖紙就已經經過八次更新，其中主電路部分包括牽引發電機、矽整流裝置、牽引電動機等部分的變化甚少，勵磁電路、電壓調整器、過渡繼電器等半導體電器的變化較多。東風 4 型機車的恆功率勵磁調節主要是依靠柴油機聯合調節器來完成。聯合調節器對應於每一檔柴油機轉速都有恆定的給油量，使柴油機的扭矩保持恆定，從而使柴油機保持恆功率。不論是早期採用電晶體功率調節的可控矽勵磁系統，或是後來採用聯合調節器功率伺服機構帶動可變電阻器的勵磁系統，都是以柴油機給油量作為訊號，自動調節牽引發電機勵磁來改變牽引發電機的功率，在機車輔助負載不變的條件下，使牽引發電機輸出的電壓 — 電流關係曲線（牽引發電機外特性）為一條等邊雙曲線，保證牽引發電機的恆功率運轉，並且達到充分利用柴油機功率的目的。

3.4.1 閘流體勵磁調節裝置

早期生產的東風 4 型機車（0001～0025 號貨運機車、2001～2031 號客運機車）採用可控矽勵磁調節裝置。牽引發電機的勵磁電流是由一臺 TQL-45 型同步勵磁機發出的交流電經勵磁整流器整流後供給，勵磁機是一臺他勵三相同步交流發電機，由柴油機經啟動變速箱帶動，其勵磁電流則是由輔助發電機發出的直流電經可控矽勵磁調節裝置供應。可控矽勵磁調節裝置實質上為由兩個可控矽組成的閘流體斬波器，其結構與輔助發電機的閘流體電壓調整器完全相同，只是其控制訊號與電壓調整的控制訊號與之不同。在柴油機聯合調節器聯合槓桿上設有功調開關，利用開關來控制閘流體斬波器，從而控制勵磁機的勵磁電流。當柴油機和牽引發電機之間功率不平衡時，透過聯合調節器改變供油量和調節柴油機功率，同時聯合調節器帶動功調開關產生電壓調整訊號，透過調節勵磁機的勵磁電流進而調節牽引發電機的勵磁和輸出功率，直到柴油機和主發電機之間功率重新平衡。

3.4.2 功調電阻勵磁調節裝置

由於上述的可控矽勵磁調節裝置可靠性未如理想，因此自 1975 年起生產的東風 4 型機車（從 0026 號貨運機車開始）改為採用由聯合調節器伺服油壓馬達帶動變阻器的自動調節勵磁系統。新的勵磁系統主要由測速發電機、勵磁機、勵磁整流櫃和聯合調節器的功率調節滑閥等環節組成。原來由輔助發電機供電的勵磁機勵磁電流，改為由柴油機經啟動變速箱驅動的測速發電機供電。測速發電機是一臺他勵直流發電機，測速發電機的勵磁電流是由 110 伏特直流電經一個功率調節電阻供給，功率調節電阻的滑動觸點由聯合調節器上的功率伺服油壓馬達帶動，它根據柴油機工作狀況（欠載或過載）自動地調節可變電阻器的阻值，從而改變測速發電機的勵磁電流，並經測速發電機和勵磁機二級放大後，間接地改變了牽引發電機的輸出功率。這個勵磁系統比較簡單可靠，早期採用可控矽勵磁系統的數十臺機車亦陸續改裝成這種方式，並沿用到後來的東風 4B 型機車。1976 年起，永濟電機廠透過仿製 ND4 型機車所使用的，試製出結構較簡單可靠的 GQL-45 型感應子牽引勵磁機，並在東風 4 型和東風 5 型柴油機車推廣使用，取代了原來使用的 TQL-45 型同步牽引勵磁機，大幅減少了在早期東風 4 型機車上常見的勵磁機故障。

3.4.3 電子恆功率勵磁調節試驗

利用聯合調節器之恆功率勵磁系統的主要缺點在於反應時間長、動態效能差，當牽引負載突變時往往未能及時調整牽引發電機的勵磁。而且，東風 4 型機車是以司機控制器手柄在第 8 檔（對應柴油機轉速每分鐘 780 轉）、功率調節電阻從短路到全部接入時，獲得完整的牽引發電機外特性作為基準來確定功率調節電阻的阻值，因而產生了低檔位時功調電阻調節量不足、牽引發電機處於最小勵磁電流狀況下轉運的問題，致使機車在柴油機低轉速時的功率太低，這亦是東風 4 型機車的起動加速效能遜色於 ND4 型機車的原因。1976 年至 1977 年間，為了利用電力電子技術改善東風 4 型機車的牽引效能，鐵道部科學研究院和大連機車車輛廠開展了電子恆功率勵磁控制系統的研究試驗。鐵科院的電子恆功率系統方案採用柴油機轉速作為牽引發電機的功率給定訊號，並採用霍爾感測器作為牽引發電機的電壓、電流和功率訊號檢測器，透過由運算放大器組成的比例積分調節器（PI）對給定訊號和檢測訊號進行比較，而電壓 — 頻率變換器（VFC）和定寬變頻式閘流體斬波器則作為執行元件，用來改變勵磁機的勵磁電流，繼而調節牽引發電機的輸出功率。1977 年 5 月及 10 月，分別在東風 4 型 0113 號和 0190 號機車上安裝了電子調節恆功率控制系統。1977 年 12 月，鐵道部科學技術委員會召開他勵電機座談會，根據會上關於進一步推廣電子恆功率裝置的決定，於 1978 年分別對北京內燃機務段的東風 4 型 0088 號機車和廣州機務段的東風 4 型 0229 號機車改裝電子恆功率控制系統，並獲得了良好的試驗結果，這套電子恆功率勵磁控制系統後來亦被應用到東風 7 型柴油機車。

3.5 轉向架

機車軸式為 Co-Co，走行部為兩臺相同的無導框式三軸轉向架，固定軸距為 2×1,800 毫米。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的 “目” 字形構架，由箱形截面的兩根側梁、兩根橫樑、前後端梁組焊而成，並分別焊有旁承座、拉桿座、外側彈簧座、牽引拐臂座、電機吊杆座、水平槓桿座、橫向止擋、制動座、制動缸座及砂箱座等。輪對軸箱內裝有四列圓柱滾子軸承，軸箱定位裝置採用參考自東方紅 1 型機車的拉桿式彈性定位結構，依靠裝有橡膠關節元件的軸箱拉桿來實現軸箱的橫向和縱向定位。轉向架採用四點支承的摩擦式旁承裝置，車體全部重量透過八個旁承由兩臺轉向架支承，旁承橫向及縱向間距分別為 2,050 毫米和 1,800 毫米。此外，轉向架與車體間還設有彈性側擋裝置，使轉向架進出曲線時能夠相對與車體進行迴轉運動。彈簧懸掛裝置分為一系和二系懸掛兩部分，一系懸掛為軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧和橡膠墊，並在 1、3、4、6 軸裝有並列的垂向液壓減震器，靜撓度為 123 毫米；二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆，靜撓度為 16 毫米。牽引力和制動力透過低位平行四杆牽引杆機構傳遞，牽引點高度距離軌面 725 毫米，有利於提高機車粘著利用率。

牽引電動機採用軸懸式驅動方式（滑動抱軸承式半懸掛），即牽引電動機的一側透過抱軸瓦（滑動軸承）剛性地支承在車軸上，另一側透過彈性元件（橡膠墊）和吊杆懸掛在轉向架構架上；牽引電動機採用順置方式，即電動機都放在車軸的同一側，有利於減少。東風 4 型機車根據牽引齒輪傳動比分為客運型和貨運型，從而使機車的牽引特效能滿足不同需要。客運型的齒輪傳動比為 3.75（60：16），最高執行速度為 120 公里 / 小時。貨運型的齒輪傳動比為 4.5（63：14），最高執行速度為 100 公里 / 小時。基礎制動方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側踏面制動，每個車輪各配有一個 152 毫米直徑的制動缸，當機車施行制動時，制動缸從空氣制動機獲得壓縮空氣，並透過槓桿機構使抱輪產生制動作用。

機車命名

1977 年 1 月 21 日，配屬北京鐵路局豐臺機務段的東風 4 型 0002 號機車被命名為 “毛澤東號”，替換了上一代的解放 1 型 304 號蒸汽機車（ㄇㄎ 1-304），成為第二代 “毛澤東號” 機車。1978 年 1 月 9 日，鐵道部在北京舉行 “毛澤東號” 機車命名儀式，時任中共中央主席華國鋒題寫了 “毛澤東號” 四個大字。1978 年 3 月 10 日，新的 “毛澤東號” 車徽正式掛上東風 4 型 0002 號機車，車徽上半部為雕塑家陳淑光雕刻的毛澤東金色半身浮雕塑像，下半部的 “毛澤東號” 四個字採用華國鋒手書體，車身兩側亦有華國鋒手書的 “毛澤東號”。1981 年，華國鋒從中共中央權力核心失勢之後，車徽上 “毛澤東號” 字型改為普通仿宋體，車身兩側亦不再掛有 “毛澤東號” 四個大字。1986 年，該機車大修時按照東風 4B 型機車的標準進行了改造。

1991 年 8 月 12 日，東風 4B 型 1893 號機車接替了東風 4 型 0002 號機車，成為第三代 “毛澤東號” 機車。東風 4 型 0002 號機車摘牌後改為豐臺機務段的調車機車使用。2002 年 1 月 24 日，機車在北京郊區的周口店鐵路進行調車作業，前往長溝峪煤礦取車後，由於車站職工誤將折角塞門關閉且司機疏忽，列車執行至下坡道時制動失效，緊急制動只能將列車減速至約 20 公里 / 小時，周口店站決定將失控的列車溜進貨場，將停放的三節敞車撞毀後機車脫軌，沒有造成人員傷亡，機車經過修復後恢復執行。

2008 年 12 月 19 日，東風 4 型 0002 號機車根據鐵道部電報令報廢；報廢后封存於豐臺機務段儲備廠中。2012 年 9 月 7 日，豐臺機務段開始將該機車進行整修並恢復到可運用狀態，期間使用東風 4B 型 6223 號機車的主要零部件進行修復。機車經修復後存放於豐臺機務段內的毛澤東號機車展覽館作靜態展示。

重大事故

1976 年 1 月 30 日凌晨 3 時 45 分，濟南鐵路局濟南機務段的東風 4 型 2015 號機車，在濟南站準備與從北京開往上海的 121 次旅客列車掛車，司機由第一司機室轉到第二司機室駕駛時忘記關閉切換閥，機車接近列車時司機嘗試使用小閘制動，發現制動失靈致使與停留列車相撞，事故造成機車小破 1 臺、客車大破 1 輛、小破 1 輛，旅客輕傷 3 人，列車晚點 1 時 50 分鐘。
1981 年 9 月 10 日，烏魯木齊鐵路局哈密機務段的東風 4 型 0277 號機車，牽引從尾亞開往煙墩的 4021 次貨物列車經由蘭新鐵路執行，在景峽站停車加掛 K13 型石碴車 5 輛。列車從景峽站開車後超速行車，列車帶閘透過思甜站和翠嶺站後製動失效，列車衝出安全線 65 米，機車及機後 4 輛脫軌。事故造成機車小破 1 臺，貨車報廢 1 輛，大破 3 輛。
1987 年 11 月 19 日凌晨 2 時 03 分，上海鐵路局萍鄉機務段的東風 4 型 0350 號機車，牽引 1310 次貨物列車經由浙贛鐵路執行。由於司機及副司機兩人擅自關閉了俗稱三大件的三項安全裝置（機車自動停車裝置、機車訊號裝置和列車無線排程電話裝置）後打瞌睡，當列車行駛至廣州鐵路局管內五里墩至羊石間的 K928 線路所時，列車冒進停車訊號機後衝出安全線土擋，構成列車顛覆行車重大事故。事故導致機車中破 1 臺、貨車報廢 7 輛、大破 1 輛、中斷行車 4 小時 52 分。事故責任者分別受到刑事和行政處分。
1987 年 12 月 25 日晚上 10 時 56 分，鄭州鐵路局江岸機務段的東風 4 型 0143 號機車牽引 1959 次貨物列車進入安衛鐵路林徐站停車後，副司機湯志勇用檢驗錘打傷添乘的運轉車間副主任李高眾、學員郭漢生，及車站助理值班員王建國，自行摘開機車與車輛聯掛的車鉤，駕駛機車闖過顯示紅燈的出站訊號機進入正線區間，高速行駛至安陸站外與停留在站外的 1969 次貨物列車尾部相撞後起火，構成列車衝突重大事故。事故造成湯志勇及 1969 次列車運轉車長當場死亡，機車報廢 1 臺，守車報廢 1 輛，貨車報廢 2 輛、大破 2 輛、中小破各 2 輛，中斷行車 18 小時 24 分，直接經濟損失 156 餘萬元人民幣。
1989 年 3 月 23 日晚上 10 時 29 分，廣州鐵路局懷化機務段的東風 4 型 0021 號機車牽引 814 次貨物列車經由湘黔鐵路執行，準備進酒店塘站停車會讓由上海開往重慶的 71 次特快旅客列車，由於列車機後第 8 位車輛的折角塞門被人關閉，致使列車制動失效，列車冒進酒店塘站 3 道出站訊號機，進入安全線後衝出土擋，機車及機後第 1～5 位車輛顛覆，機後第 6 位車輛前轉向架脫軌。晚上 10 時 29 分，正在進站的 71 次列車發現前方事故但停車不及，與侵線的 814 次列車機後第 4 位車輛發生側面衝突，構成旅客列車衝突重大事故。事故造成機車小破 1 臺、客車小破 2 輛、貨車報廢 2 輛、中破 3 輛、小破 1 輛，中斷湘黔線正線行車 10 小時。
1991 年 6 月 13 日清晨 4 時 27 分，濟南鐵路局濟南機務段的東風 4 型 0528 號機車，牽引由北京開往蘇州的 109 次直通旅客快車經由津浦鐵路執行。當列車執行至新馬橋至曹老集間 K817+300 處，由於司機和副司機兩人同時打盹睡覺，致使列車以 90 公里 / 小時的速度越過顯示紅燈的閉塞分割槽，與前方正在慢行等待訊號的 1329 次貨物列車追尾衝突。事故造成 109 次列車副司機當場死亡，司機 1 人、列車員 5 人、旅客 22 人受傷，本務機車中破、客車報廢 1 輛、小破 1 輛，貨車報廢 3 輛、中破 1 輛、小破 1 輛，中斷津浦線上行正線 2 小時 10 分，下行正線 15 小時 31 分。
1998 年 1 月 22 日晚上 8 時 53 分，廣州鐵路集團廣州機務段的東風 4 型 0023 號機車，開 5018 次單機由廣州東站開出往廣州站方向，當機車行駛至廣深上行線廣州東至廣州間 K5+375M 處，左側路塹突然發生大面積滑坡，導致鐵路路基拱起變形，司機發現後採取緊急制動但停車不及，導致機車脫軌顛覆並侵入下行線。與此同時，由廣州站開出 0625 次回送臨客列車行經事故地點（廣州鐵路集團廣州機務段的東風 4 型 0229 號機車牽引），列車停車不及與脫軌的東風 4 型 0023 號機車發生側面衝突。事故造成 1 人死亡、2 人重傷、2 人輕傷，機車報廢 1 臺、大破 1 臺，車輛小破 2 輛，中斷廣深上行線行車 158 小時 13 分鐘，上行線行車 12 小時 38 分鐘。
1998 年 5 月 18 日凌晨 1 時 13 分，鄭州鐵路局武昌南機務段的東風 4 型 0770 號機車牽引 8833 次貨物列車經由京廣鐵路執行，當列車以 37 公里 / 小時的速度行駛至云溪至岳陽北之間 K1413+600 處，由於該處鋼軌連線夾板和扣件被人為拆卸破壞，列車駛經該處後隨即脫軌，機後第 1～7 位車輛脫軌顛覆，機後第 8 位車輛前轉向架脫軌，事故造成機車小破 1 臺、貨車報廢 1 輛、大破 2 輛、小破 1 輛，中斷京廣線下行正線行車 12 小時 05 分鐘。
2001 年 4 月 7 日下午 2 時 27 分，烏魯木齊鐵路局烏魯木齊機務段的東風 4 型 0175 號機車，牽引 30181 次貨物列車經由蘭新鐵路執行。當列車行駛至鐵泉至珍珠泉間 K36+515M 處時，遭遇吐魯番地區颳起的強風，機後 21 節車廂被強風吹翻或脫軌，中斷行車 47 小時 55 分鐘，構成鐵路行車重大事故。
2006 年 11 月 19 日下午 5 時 50 分，鄭州鐵路局洛陽機務段的東風 4 型 0407 號機車，牽引 22020 次貨物列車經由焦柳鐵路執行。當列車行駛至南陽至蒲山店站之間，由於二號通風機電機環火放電，電弧從電機出風口竄出，引燃通風帆布罩導致火災。司機發現機械間冒煙後隨即停車，使用車上滅火器撲救不果。下午 6 時 20 分，南陽市消防支隊四輛消防車接報到場，於下午 7 時 16 分將火撲滅。事故造成機車司機室及機械間部分裝置燒燬，中斷焦柳線行車 1 小時 25 分鐘。

車輛儲存

東風 4 型 0001 號機車：由大連機車車輛工廠於 1973 年製造，曾先後配屬北京鐵路局豐臺機務段、古冶機務段、唐山機務段、臨汾機務段，至 2002 年在臨汾機務段退役，服役期間安全行駛 223 萬公里。2002 年 9 月 25 日，鐵道部發出《運裝機電（2002）609 號》電報，徵集東風 4 型 0001 號機車作為儲存文物，同年 10 月進入中國鐵道博物館永久收藏，經鑑定後被評定為國家一級文物。
東風 4 型 0002 號機車：由大連機車車輛工廠於 1975 年製造，曾配屬北京鐵路局豐臺機務段，為第二代毛澤東號機車（1977 年 —1991 年），於 2008 年退役後存放在豐臺機務段儲備廠，至 2012 年大修後存放在豐臺機務段內的毛澤東號機車展覽館作靜態展示。
東風 4 型 0044 號機車：由大連機車車輛工廠於 1975 年製造，曾配屬北京鐵路局懷柔北機務段，退役後存放在機務段內作為救援演練用機車。
東風 4 型 0084 號機車：由大連機車車輛工廠於 1976 年製造，曾配屬鄭州鐵路局新鄉機務段，於 2003 年 3 月退役後移交給位於陝西省寶雞市的寶雞鐵路司機學校，作為教學用車。
東風 4 型 0137 號機車：由大連機車車輛工廠於 1976 年製造，曾配屬廣州鐵路集團廣州機務段和三茂鐵路三水機務段，於 2017 年退役後存放在韶關機務段，至 2019 年 9 月進入位於韶關機務段內的廣鐵集團職工培訓基地，作為教學和展示用車。
東風 4 型 0187 號機車：由大連機車車輛工廠於 1977 年製造，曾配屬濟南鐵路局濟南機務段，於 2015 年 12 月 30 日退役後移交給位於山東省濟南市的山東職業學院（原濟南鐵道職業技術學院），作為教學用車。
東風 4 型 0212 號機車：由大連機車車輛工廠於 1978 年製造，曾配屬北京鐵路局石家莊機務段，退役後移交給位於河北省石家莊市的石家莊鐵路運輸學校，作為教學用車。
東風 4 型 0395 號機車：由大連機車車輛工廠於 1980 年製造，曾配屬瀋陽鐵路局吉林機務段，退役後移交給位於吉林省吉林市的吉林鐵道職業技術學院，作為教學用車。
東風 4 型 0423 號機車：由大連機車車輛工廠製造，退役後移交給位於新疆維吾爾自治區烏魯木齊市的新疆鐵路技術學校，作為教學用車。
東風 4 型 2002 號機車：由大連機車車輛工廠製造，退役後移交給位於浙江省金華市的浙江師範大學婺東校區（原金華鐵路司機學校），作為教學機車。
東風 4 型 2012 號機車：由大連機車車輛工廠於 1975 年製造，退役後移交給位於山東省濟南市的濟南鐵路高階技工學校，作為教學用車。
東風 4 型 3030 號機車：由資陽內燃機車工廠製造，曾配屬南寧鐵路局柳州機務段，退役後存放於柳州機車車輛廠老廠區院內，2024 年翻新後靜態展示（展示地點同時改造為海枯石爛婚俗文化產業園）。

大眾文化

由日本遊戲開發商 Lose 於 2020 年 7 月開始發售的十八禁戀愛冒險遊戲《愛上火車 Last Run

》，以東風 4 型柴油機車作為遊戲中 “仲國國鐵東富 4 2000” 機車的原型，而其擬人化的專用鐵路人偶角色名為 “西瓜”（すいか）。“西瓜” 並將在《愛上火車》改編的短篇動畫《鐵路浪漫譚》（レヱル・ロマネスク）中登場，該動畫預定將於 2020 年末開始播放。

由中國大陸同人社團北方鐵道萌化部創作的同人畫集《天朝鐵道少女：角色追加 3》中，以東風 4 型柴油機車為原型的擬人化鐵道娘角色稱為 “東玉風”。