東風4B型內燃機車

東風4B型內燃機車是中國鐵路使用的一種幹線客、貨運用內燃機車，也是中國鐵路第二代電傳動內燃機車的代表車型。東風4B型內燃機車的發展歷程始於1965年開始設計、1974年投入批次生產的東風4型內燃機車和16V240ZJ型柴油機，但由於柴油機本身設計和製造工藝存在許多問題，導致早期出廠的東風4型內燃機車投入運用後故障頻生，在歷經大量設計改進和試驗研究之後發展出16V240ZJB型柴油機，使其可靠性和耐久性得到大幅提高。1982年，作為東風4型內燃機車升級產品的首臺東風4B型內燃機車問世，經過全面的效能試驗和運用考核後，證明其可靠性和經濟性比東風4型內燃機車有明顯提升。1984年，大連機車車輛廠開始批次生產東風4B型內燃機車，資陽內燃機車廠和大同機車廠也於1986年加入生產行列，至今已生產了超過4500臺東風4B型內燃機車，成為中國鐵路史上生產數量最多、運用最廣泛的內燃機車車型。東風4B型內燃機車可根據齒輪傳動比的不同而作為貨運機車使用，動力一臺裝車功率3,300馬力的16V240ZJB型四衝程柴油機，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.開發背景.東風4B型內燃機車的歷史可追溯至1960年代開始研發的東風4型內燃機車。1962年，中華人民共和國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。正當中國第一代幹線柴油機車——東風型柴油機車剛剛投入批次生產的同時，鑑於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，中國馬上開始組織自主開發第二代大功率柴油機車的試驗研究。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。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，批准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。1969年9月，為慶祝中華人民共和國二十週年國慶，大連機車車輛廠試製成首臺裝用16V240ZJ型柴油機車的東風4型2001號機車。經過兩萬餘公里的試執行，柴油機暴露出輸出功率不足、排氣冒黑煙、機油稀釋、齒輪傳動機構損壞等問題。1971年至1974年，大連機車車輛廠針對原型車試執行中出現的問題，對機車和柴油機的設計進行大量試驗和改進。1974年下半年起，隨著對柴油機的改進和試驗考核取得步成果，加上當時中國鐵路對大功率柴油機車的迫切需求，儘管還沒有完成長時間的耐久性試驗，東風4型柴油機車就忙於投入批次生產，但隨著機車走行里程的增加，柴油機的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。為了提高機車和柴油機的可靠性和使用壽命，大連機車車輛廠進行了大量的改進和試驗工作，並將研究成果陸續應用在新造機車上。1976年，工廠首先針對柴油機連桿螺栓和連桿蓋斷裂故障，採取使用滾壓螺栓和加厚連桿蓋、加設排氣穩壓箱等措施，並將經過上述改進的柴油機稱為16V240ZJA型柴油機，並於同年下半年開始批次生產。技術攻關.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，重新設計凸輪軸的供油和配氣凸輪型面，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。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。根據鑑定會議的建議，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。試驗結果表明，柴油機在標定轉速每分鐘1000轉的情況下，燃油消耗率、機油消耗率、最大煙度值等經濟指標已經達到國外工業發達國家同類機型的先進水平。與此同時，大連機車車輛廠還對機車主要部件進行一系列地面試驗，包括車體和轉向架的靜、動強度試驗、靜液壓泵和液壓馬達的耐久性試驗、牽引電動機通風機效能試驗等，務求進一步提高東風4型機車的可靠性。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。鑑定試驗.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2,059千瓦提高到2,125千瓦，萬噸公里油耗降低9.6%，廠修期延長30%。1983年1月至5月期間，東風4B型0527號機車在大連內燃機車研究所的定置試驗檯進行了牽引熱工效能、電機溫升、輔助功率消耗等試驗。試驗結果顯示，東風4B型機車相比，機車輪周效率由32.17%提高至33.4%，標定工況的燃油消耗率降低約4%，空轉油耗約降低25%，主要零部件效能和可靠性均有所提高。完成定置效能試驗之後，這臺機車配屬濟南鐵路局濟南機務段投入20萬公里運用考核，至1985年3月完成運用考核後進行第一次架修，執行試驗結構顯示在相同應用條件下，東風4B型機車的萬噸公里油耗比東風4型機車降低約9.6%。1984年7月，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。1984年8月，鐵道部科技局開始對東風4B型機車進行歷時近兩年的部級鑑定試驗工作。1984年9月，首批25臺東風4B型機車配屬烏魯木齊鐵路局哈密機務段投入運用。1985年1月，鐵道部在哈密機務段隨機抽樣選取了兩臺機車。其中，東風4B型1006號機車負責進行牽引熱工效能試驗，而東風4B型1016號機車則用來做15萬公里執行考核。1985年7月和9月，東風4B型1006號機車在北京環形鐵道進行部級鑑定效能試驗，試驗專案包括機車牽引特性、電機溫升、冷卻效能、機車稱重、柴油機起動及空轉效能、牽引電動機電流及磁場削弱、制動效能等。由於試驗期間北京當地氣溫未達到要求規定的40°C，因此該機車於1986年7月在新疆吐魯番地區進行了第二次冷卻效能試驗。1986年10月15日至17日，鐵道部在大連機車車輛廠召開東風4B型機車鑑定會，專家組意見認為東風4B型機車的牽引、熱工、動力學和空氣制動等效能及技術經濟指標等，均已達到了設計任務書的有關規定，“其主要技術經濟指標具有國內先進水平，在經濟性、動力學效能等方面接近國外先進國家同類產品的水平”，正式批准東風4B型機車透過部級鑑定，但同時亦指出某些零部件在可靠性和質量上仍有改善空間，例如球墨鑄鐵活塞、排氣管波紋管、燃油噴射系統等，並應儘快加裝電阻制動裝置。1985年，東風4B型機車和16V240ZJB型柴油機車獲遼寧省優質產品稱號。1987年，東風4B型機車經國家產品質量評審委員會評定，獲得1987年度國家金牌優質產品獎，並被鐵道部正式指定為替代進口產品，結束中國大批進口乾線柴油機車的歷史。持續改進.東風4B型柴油機車投入生產以後，大連機車車輛廠持續對其進行各種設計改良。1985年，大連機車車輛廠完成加裝機車三項安全裝置的圖紙設計及上報鐵道部，並首先在東風4B型1245號和1246號機車上試用，翌年開始鐵道部要求所有東風4B型機車加裝三項裝置以保障行車安全。1986年，大連機車車輛廠、永濟電機廠、西安鐵路訊號工廠、西安微電機廠、天津機車車輛機械工廠聯合對無級調速系統作出改進，解決了操縱桿易折斷、步進電機扭矩不足等問題。1988年，為了解決柴油機B型連桿大頭孔變形、使用壽命短等問題，設計出G型連桿並透過中車公司技術鑑定。1992年，工廠為部分在中國東北使用的東風4B型機車加裝增壓器防喘閥，解決增壓器在嚴寒氣候下容易發生喘振的問題。1993年，大連機車車輛廠為10臺東風4B型柴油機車試裝由四方機車車輛廠生產的雙筒式風源淨化裝置，以提高空氣制動系統的可靠性。1995年，新造的東風4B型機車加裝了輪緣潤滑裝置，頭燈由汞氙燈改為光線較為柔和的滷鎢燈，並且改用ZN290型或VTC254-13型增壓器，部分機車試裝和的電器裝置。高原型機車.1985年12月，為了滿足中國西北高原地區鐵路運輸的發展需要，大連機車車輛工廠根據鐵道部工業總局的指示研製了兩臺東風4B高原型機車。高原型機車裝用了大連內燃機車研究所研製的45GP1301B型高壓比渦輪增壓器，以及美國伍德沃德公司的PGEV型調速器，使柴油機輸出功率可以隨海拔高度和氣溫變化自動修正。柴油機冷卻水系統由開放迴圈改為封閉迴圈，以避免高原地區因冷卻水的沸點降低而影響傳熱效率；空氣濾清器亦由鋼板網濾清器改為紙質濾清器，提高了機車的防風沙能力。此外，機車還安裝了西安鐵路訊號工廠生產的一級電阻制動裝置，以適應高原地區鐵路長大坡度多的特點。1986年3月，首兩臺高原型機車配屬烏魯木齊鐵路局魚兒溝機務段，於橫跨天山南北的南疆鐵路魚兒溝至庫爾勒區段完成了高原牽引試驗，並獲得了令人滿意的結果。高原型機車不僅高原牽引能力比一般機車大幅提高，萬噸公里耗油量亦有所降低。在外溫不超過20℃、海拔高度不超過3000米時，柴油機功率自動修正為2,900馬力。1988年起，在中國西部高原地區運用的東風4B型機車陸續改裝高原增壓器和電阻制動裝置。東風4B型高原機車主要運用在青藏鐵路集團公司、蘭州鐵路局、烏魯木齊鐵路局及呼和浩特鐵路局。客運型機車.1980年代，為了適應中國鐵路旅客運輸量隨著經濟發展的迅速增長，鐵道部在主要幹線上組織擴大旅客列車編組輛數，要求“七五”期間將主要幹線700多對旅客列車編組輛數增加至17—20輛，功率較小的東風3型和ND2型柴油機車已不能滿足需要。1986年7月，鐵道部向大連機車車輛廠提出儘快生產東風4B型客運機車的要求。1986年12月21日，大連機車車輛工廠試製出第一臺東風4B客運型機車，機車最高速度由100公里/小時提升至120公里/小時，除此以外柴油機、牽引發電機、牽引電動機等裝置均與貨運型機車完全相同。當客運型機車牽引編組輛數為20節、總重1100噸的旅客列車時，在平直道的均衡速度可達117公里/小時，在9‰的坡道上的均衡速度可達55公里/小時。1987年起，大連機車車輛工廠開始批次生產東風4B型客運機車。在1997年中國鐵路第一次大提速之前，該型機車曾經是中國鐵路客運機車的主力車型之一。二級電阻制動.繼1985年兩臺高原型機車安裝一級電阻制動裝置取得成功之後，大連機車車輛工廠和西安訊號工廠於1985年又研製了二級電阻制動裝置。1986年6月，在新造的東風4B型1196號及1197號機車上試裝了二級電阻制動裝置，並在京廣鐵路信陽至廣水之間進行了鑑定試驗。當時，京廣鐵路信陽至廣水區間的長大下坡道，是長期制約提升京廣鐵路運輸能力的瓶頸區間。但由於電阻制動裝置在效能和可靠性方面未如理想，根據鐵道部的指示需要對其繼續作出改進。1989年2月，在新造的東風4B型1606號及1607號兩臺機車上安裝了經過改良的二級電阻制動裝置。二級電阻制動的目的是為提高機車在低速執行時的制動力，以適應自動閉塞區段的執行要求，即當機車速度降到約23公里/小時的時候，透過接觸器開關將制動電阻短路一部分，從而提高低速區域的制動功率和制動電流。1989年初，東風4B型1606號及1607號機車在鄭州鐵路局管內鄭州北至開封區間進行了電阻制動效能試驗，二級電阻制動的應用可省去長大下坡道上列車由於制動閘瓦發熱而停車涼閘瓦的時間，有效提高繁忙區段的自動閉塞區間的線路透過能力。1989年7月起，大連機車車輛工廠開始批次生產裝有二級電阻制動裝置的東風4B型機車。此後，兩級電阻制動系統還被應用到東風4C型、東風7型、東風8型機車上。生產情況.1983年，為了轉產東風4B型柴油機車及擴大工廠生產能力，大連機車車輛廠開始工廠的第四次技術改造，生產規劃為年產東風4B型機車150臺、16V240ZJB型柴油機180臺、C62A型敞車2000輛，工程總預算約7000萬元人民幣，至1986年基本完工。這次工廠擴建工程中從國外引進了不少大型精密加工裝置，例如日本的氣缸蓋及連桿加工中心，西德的曲軸連桿頸磨床、齒輪成形磨床、凸輪軸銑床、無損硬度試驗機，奧地利的柴油機效能檢測儀等等，為提高柴油機產品品質發揮了重要作用。1986年6月13日，大連機車車輛廠慶祝東風4型柴油機車總產量達到1000臺。1986年，大連機車車輛廠年產167臺東風4B型柴油機車、181臺16V240ZJB型柴油機。“七五”期間，由於當時中國鐵路運輸能力持續緊張，機車車輛工業的生產能力仍未能滿足需求，大連機車車輛廠從1987年起又開始第五次技術改造，生產規劃為年產東風4B型機車220臺、16V240ZJB型柴油機280臺，並投資逾4700萬元人民幣從國外引進各種先進儀器，包括西德的柴油機機體加工中心、瑞典的連桿及氣缸蓋加工中心等，這次擴建工程於1990年基本完工。至1994年，大連機車車輛廠已經年產238臺東風4B型機車。1985年，根據全國鐵路機車車輛工業系統的生產佈局調整，鐵道部要求資陽內燃機車廠、大同機車廠開始生產東風4B型柴油機車。1986年6月21日，資陽內燃機車廠生產的首臺東風4B型3101號機車交驗出廠，至1990年資陽內燃機車廠已經能夠年產101臺東風4B型機車。1986年9月22日，大同機車廠製造的第一臺東風4B型6001號機車出廠，至1989年大同機車廠年產40臺東風4B型機車。由於受到工廠自身生產能力的限制，大同機車廠僅負責製造車體和轉向架以及最後組裝，所需的柴油機、起動變速箱、靜液壓變速箱由資陽和大連兩廠定點協作供應，電氣裝置由永濟電機廠和西安訊號工廠供應。1994年，廣梅汕鐵路向四方機車車輛廠訂購了東風4B型7364號及7365號機車，由於當時四方機車車輛廠正在生產的東風4E型柴油機車，因此這兩臺東風4B型機車也採用了與之相同的車體外形。截至1998年，大連廠、資陽廠、大同廠、四方廠累計生產了4303臺東風4B型機車，這個數目相當於1999年中國鐵路內燃機車保有量的42.5%。至1990年代末，雖然中國鐵道部已經停止採購東風4B型機車，但大連廠、資陽廠至今仍然會根據地方鐵路、工礦企業、海外鐵路公司等的需求生產東風4B型機車。資陽機車廠生產的最後一批的東風4B型貨運機車為9701、9702號，由中鐵二局集團於2013年購置，用於非洲衣索比亞和吉布提的亞吉鐵路建設工程。大連機車車輛廠生產的最後一批東風4B型貨運機車為7795、7796號，由承德鋼鐵集團張雙鐵路於2014年購置；而大連機車車輛廠生產的最後一批東風4B型客運機車為2684、2685號機車，由威海市地方鐵路管理局於2006年購置，配屬威海機務段並投入桃威鐵路運用。部分鐵路局和機務段也會根據實際運用需要，對東風4B型機車進行變換牽引齒輪傳動比的改造，將客運傳動比改成貨運傳動比，或者將貨運傳動比改為客運傳動比。而在1986年或以前生產的東風4型機車在後來返廠大修時，也都按照東風4B型機車的標準進行了改造，包括更換16V280ZJB型柴油機、聯合調節器、增壓器和聯軸節等部件。除此之外，四方機車車輛廠生產的16組雙節重聯的東風4E型柴油機車，於2002年由戚墅堰機車車輛廠改造32臺東風4B貨運型機車，改造後的機車編號為東風4B型7701～7732號，此號段與大連機車車輛廠製造的32臺東風4B型機車編號重複，因此該號段的每個編號各有兩臺機車，這兩批機車在外觀上基本完全相同，但仍可透過駕駛室空調佈置和製造廠銘牌作出區分。升級改造.從1999年起，部分鐵路局有鑑於東風4B型機車的牽引能力已不能滿足運輸的需要，但又缺乏資金購置新車型，為了節省成本而決定將部分東風4B貨運型機車按照東風4D貨運型的標準進行大規模翻新改造。按2000年代初的價格標準，一臺東風4B型機車返廠大修價格約為130萬元人民幣，而改造為東風4D貨運型只需260萬元人民幣。這類機車主要配屬於烏魯木齊鐵路局和北京鐵路局、太原鐵路局。完成改造後的機車俗稱東風4BD型或東風4B改D型，並保留原車的編號和銘牌，同時將原來的綠色塗裝更改為與東風4D貨運型機車相同的上半部奶黃色、下半部天藍色塗裝。東風4BD型機車是在東風4B型機車的基礎上翻新改造而成，主要改造內容包括柴油機、主發電機、牽引電動機、冷卻裝置等零部件，並對機車總體佈置、輔助系統及輔助傳動裝置等部分重新設計，車體鋼結構和轉向架等部分仍沿用東風4B型機車原來的部件。機車換裝16V240ZJD型柴油機、TQFR-3000ZG型主發電機和ZD109B型牽引電動機，空氣濾清器更換為東風11型柴油機車的二級空氣濾清系統，或者東風4D型機車的多旋流管式風動自動除塵二級空氣濾清器，高風沙地區用機車可加裝鋼板網濾清器或複合材料濾清器；對排氣煙筒、燃油粗濾清器、機油熱交換器、機油濾清器、冷卻水系統管線進行更新改造。冷卻室按照東風4D型機車進行改造，散熱器單節數量由原來的56組改成44組，騰出空間用來增設輔助室間隔。輔助室室內一側為不鏽鋼廁所，另一側改為工具箱和風源淨化裝置。機車總體佈局方面，為了降低Ⅱ端駕駛室噪音，增加一個輔助室和隔斷，使機車佈局從前到後變為Ⅰ端駕駛室、電氣傳動室、動力室、冷卻室、輔助室、Ⅱ端駕駛室。電氣傳動室保留原車電器櫃、電阻制動櫃、勵磁機、啟動變速箱、前轉向架牽引電機通風系統；對電氣櫃的主整流櫃進行二次絕緣和通風改造；改造勵磁機並加裝微機控制的恆功率勵磁調節裝置等。經過改造後的東風4BD型機車，牽引效能與東風4D貨運型機車基本相同，柴油機裝車功率由2,426千瓦提升至2,940千瓦，機車最大輪周功率由1,985千瓦提升至2,425千瓦，比東風4B型貨運機車提高了超過20%。在相同運用條件下，改造後的機車在平直線路上牽引4000噸貨物列車執行的最高平衡速度為89公里/小時，比東風4B型貨運機車提高16公里/小時。東風4B改D型機車曾經配屬於北京鐵路局的豐臺機務段、懷柔北機務段和天津機務段，其中懷柔北機務段的東風4B改D型機車曾經活躍於北京周邊的鐵路線，例如擔當京包鐵路關溝段的旅客列車本務和補機，擔當北京東北環線、北京東南環線的貨物列車牽引任務等。2017年，懷柔北機務段增配從南寧鐵路局南寧機務段調撥的東風4D貨運型機車，代替部分老化嚴重的東風4B型、東風4C型、東風4B改D型機車。太原鐵路局侯馬北機務段和烏魯木齊鐵路局庫爾勒機務段亦曾配屬東風4B改D型機車，侯馬北機務段的機車主要負責北太焦鐵路的貨物列車牽引任務，而庫爾勒機務段的機車則用於牽引南疆鐵路的貨物列車。庫爾勒機務段的東風4B改D型機車已於2015年全部報廢，北京鐵路局懷柔北機務段南口運用車間的DF4B改D已於2017年全部報廢。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--”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。技術特點.總體佈置.東風4B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2,660馬力，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。車體底架兩端裝有車鉤和牽引緩衝裝置，初期生產的機車採用改進下開式3號車鉤，自1990年以後生產的機車則按照鐵道部頒佈的TB1595-85號標準改用13號下作用車鉤。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、制動電阻櫃等電氣裝置，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。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。空氣制動裝置採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。動力裝置.柴油機.東風4B型柴油機車裝用一臺屬於240/275系列的16V240ZJB型柴油機。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，小時功率為4,000馬力不變的條件下，將標定轉速由每分鐘1,100轉降為每分鐘1,000轉，將最低工作轉速由每分鐘500轉降為每分鐘430轉，以減輕柴油機運動部件的機械負荷，柴油機平均油耗率和空轉油耗率亦有明顯改善。同時，將柴油機機體橫截面形狀由八面體改為六面體，將原來機座高度減少250毫米，並在加高主軸承座以增加機體的高度，各主軸承蓋都加設了水平的兩個橫拉螺釘以及加厚側板等等，使機體縱向和橫向剛度分別提高了60%和77%。為了提高曲軸的強度，將平衡塊由原來只佔平衡迴轉質量的15%，增加到平衡迴轉質量的50%左右，並將主軸頸直徑由原來的220毫米增加到225毫米。此外，又用簧片式彈性聯軸節代替半剛性聯軸節，使柴油機由連續發火改為間斷髮火，並使曲軸可以按需要增加平衡重，達到降低機體和曲軸應力、減少軸承負荷的效果。16V240ZJB型柴油機並採用了無級調速裝置，透過控制聯合調節器配速機構上的步進電機，實現對柴油機的無級調速控制，以代替原來東風4型機車採用的16級手柄定位控制。除此之外，16V240ZJB型柴油機還採用了具有單螺旋槽柱塞的高壓噴油泵、球墨鑄鐵活塞、加硼鑄鐵氣缸套、九節式排氣總管等新型零部件。16V240ZJB型柴油機機體採用鑄焊組合結構的六面體式機體，由整體鑄鋼懸掛式和鋼板件組焊而成，並採用內外縱分隔的箱形結構和半隧道式的拱形。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。柴油機氣缸由氣缸套和冷卻水套組成，氣缸蓋由耐熱合金鑄鐵兩種，並帶有與曲軸鑄造在一起的平衡重。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。增壓器.16V240ZJB型柴油機採用廢氣渦輪定壓增壓系統，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。東風4B型機車最初裝用天津機車車輛機械廠生產的45GP802-1A型增壓器，該型增壓器是在16V240ZJA型柴油機的45GP802-1型增壓器基礎上改良而成，採用單級離心式壓氣機和單級軸流式渦輪機，額定轉速為每分鐘23500轉，渦輪前最高溫度約為650°C。1993年2月起，新造的東風4B型機車改用天津機車車輛機械廠的45GP802-4型增壓器，與前者相比該增壓器改用了球墨鑄鐵擴壓器、精鑄整體噴嘴環、高溫合金渦輪葉片等。由於這兩種增壓器有喘振裕度偏小、綜合效率較低的缺點，後來東風4B型機車又先後使用過ZN300-LSD1等新型增壓器。此外，大連機車研究所還為昆明鐵路局研製了用於高原地區的ZN310-LSG型增壓器。空氣濾清器.柴油機進氣採用由旋風筒式慣性空氣濾清器和鋼板網式空氣濾清器組成的二級空氣濾清器，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，例如吸收了在引進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。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。柴油機與主發電機之間採用彈性聯軸節連線，取代了東風4型機車的半剛性聯軸節連線。牽引發電機.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4,985公斤。牽引發電機的由一臺專門的勵磁機供給，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。整流裝置.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ZP500-20型風冷平板式整流二極體，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.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2,365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%。為了提高客運機車的恆功率速度範圍，在1989年生產的東風4B型2228號至2231號機車上，改為使用與東風4C型柴油機車相同的ZQDR-410C型牽引電動機；從1991年生產的東風4B型2272號機車開始，以後生產的所有東風4B型客運機車全部採用ZQDR-410C型牽引電動機，使客運機車的最大恆功速度從95公里/小時提高到120公里/小時。ZQDR-410C型牽引電動機的額定功率提升至480千瓦，額定電壓為645伏特，額定轉速為每分鐘757轉，定子及電樞絕緣等級均為F級，二級磁場削弱率調整為58%和42%。電阻制動裝置.從1989年7月起，新造的東風4B型機車均加裝了二級電阻制動裝置。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，並由電阻制動控制箱透過控制勵磁機的勵磁，從而間接控制牽引發電機輸出給牽引電動機的勵磁電流；牽引電動機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。為了提高機車在低速行駛時的制動力，東風4B型機車的電阻制動分為兩級特性控制，當機車速度降至低於23公里/小時左右時，由控制箱自動短接一半的制動電阻，從而擴大了低速時的最大制動力範圍。受制動電阻通風冷卻條件的限制，最大制動電流限制為650安培，最大制動功率為3,100馬力。此外，為了使機車在靜止狀態測定各檔位的輸出功率和效能，機車還可以利用制動電阻作為自負荷試驗的負載。控制系統.早期的東風4B型機車均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。這套勵磁控制系統沿用自東風4型機車，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。牽引發電機的勵磁電流是由一臺GQL-45型感應子牽引勵磁機發出的交流電經勵磁整流器整流後供給，而勵磁機的勵磁電流則是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。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4B型機車是以司機控制器手柄在第8檔、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，而當輪對發生空轉時亦無法提供有效抑制空轉的措施。雖然東風4B型機車在無級調速器中設有功率調整輪，當柴油機工作轉速升到每分鐘600轉時，功率調節伺服油壓馬達即由其減載極限位開始轉動，而當柴油機轉速降到每分鐘500轉時，油壓馬達又回覆至減載極限位，使其恆功率範圍有一定改善，但仍未能完全解決上述問題。因此，大連機車車輛廠、大連內燃機車研究所、資陽內燃機車廠等先後為東風4B型機車開發了各種方案的電子恆功率勵磁或微機勵磁控制系統。1985年12月，大連內燃機車研究所研製出使用Zilog Z80微處理器的微機勵磁控制裝置，並於1986年10月在瀋陽鐵路局錦州機務段的東風4B型1101號機車上試用。1987年，資陽內燃機車廠與株洲電力機車研究所合作，開始研製用於東風4B型機車的電子恆功率勵磁和防空轉控制裝置，該方案透過直流電流感測器的反饋訊號、場效應電晶體的脈寬調製來改變勵磁電流，並具有電阻制動控制、四級空轉校正等功能，該裝置於1989年8月裝上資陽內燃機車廠製造的東風4B型3334號機車，隨後配屬上海鐵路局南翔機務段並於1990年2月投入運用。從1990年代後期開始，部分東風4B型機車亦安裝了大連機車車輛廠的LTQ-II型微機控制勵磁調節器，或者由武漢正遠鐵路電氣公司開發的ZY2000型微機控制系統。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。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向心圓柱滾子軸承，軸箱定位裝置採用拉桿式彈性定位結構，軸箱透過裝有橡膠關節元件的上、下軸箱拉桿與構架相連線，實現軸箱相對於構架的橫向和縱向定位。轉向架採用四點支承彈性油浴摩擦旁承裝置，車體全部重量透過八個旁承由兩臺轉向架支承，有利於抑制轉向架在直線執行時的蛇行運動。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。一系懸掛採用獨立懸掛形式，包括軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧，用於衰減吸收來自軌道高頻振動的橡膠墊，以及在1、3、4、6軸裝有並列的液壓減震器；二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆。牽引力和制動力透過低位平行四杆牽引杆機構傳遞，牽引點至軌面距離725毫米，有利於提高機車粘著利用率。牽引電動機採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式，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，每個車輪各有一套制動裝置，當機車施行制動時，制動缸從空氣制動機獲得壓縮空氣，並透過槓桿機構使閘瓦抱輪產生制動作用。停車制動為手制動裝置。衍生車型.東風4C型.為了進一步提高東風4B型柴油機車的牽引效能、可靠性、耐久性和經濟性，大連機車車輛廠於1984年開始研製東風4C型柴油機車。1984年9月17日，大連機車車輛廠試製出第一臺16V240ZJC型柴油機，該機型是在16V240ZJB型柴油機的基礎上，對曲軸、連桿蓋、氣缸體、凸輪軸、配氣齒輪等零部件進行改良而成，並改裝江津增壓器廠根據瑞士ABB公司授權生產的VTC254-13型增壓器。1985年9月，大連機車車輛廠試製出第一臺東風4C型柴油機車。東風4C型柴油機車與東風4B型柴油機車相比，除了柴油機裝車功率提高到3600馬力，又改為使用ZQDR-410C型牽引電動機。此外，東風4C型柴油機車的總體佈置和電氣控制方面也作了較大的改進，例如縮減了散熱器單節數量，加裝了雙機重聯、電阻制動、電子恆功勵磁等裝置。東風4C型柴油機車於1989年投入批次生產，並於1991年7月透過鐵道部部級鑑定。東風6型.1982年起，大連機車車輛廠與英國裡卡多公司開展技術合作，經過對16V240ZJB型柴油機進行全面評價，開始研製裝車功率為4000馬力範圍內能夠實現恆功牽引特性控制，在平道牽引4000噸列車的均衡速度可達86公里/小時。此後，大連機車車輛廠又分別於1991年和1995年生產了裝用國產化零部件的兩臺機車。東風6型柴油機車雖然按規定完成了鑑定試驗，但因各種原因未能投入批次生產。東風4E型.為了滿足中國《鐵路主要技術政策》的規定 ，提高貨物列車的最高行車速度，在繁忙幹線上開行5000噸及以上的過載貨物列車，並在平直道上使其最高速度達到90公里/小時，四方機車車輛廠於1994年初開始設計雙機重聯的東風4E型柴油機車，同年年底完成首臺樣車試製。東風4E型機車是在東風4B型機車的基礎上設計而成，實質上相當於兩節固定聯掛的東風4B型機車，兩節單司機室機車透過微 機控制重聯裝置實現同步控制。機車動力裝置採用由四方機車車輛廠自行製造的16V240ZJB型柴油機，與大連機車車輛廠製造的柴油機不同的地方，是其機體採用高強度球墨鑄鐵整體鑄造，曲軸採用優質合金鋼整體鍛造，改善了柴油機的整體效能和可靠性。此外，東風4E型機車還採用了永濟電機廠引進美國通用電氣公司技術生產的ZD109A型牽引電動機，有效擴大了機車恆功率調速範圍，並使牽引電動機的可靠性得到提高。1994年至1997年，四方機車車輛廠共生產了16臺東風4E型機車，全部配屬上海鐵路局南翔機務段運用。20世紀末，隨著新一代大功率過載貨運柴油機車——東風8B型柴油機車面世，逐漸取代了燃油消耗率較高及運用靈活性較差的東風4E型機車，擔當滬寧鐵路的過載貨物列車牽引任務。2002年，全部東風4E型機車由戚墅堰機車車輛廠改造為32臺東風4B型貨運機車，改造內容主要針對司機室和車體鋼結構，輔助傳動系統和冷卻水系統亦改用與東風4B型機車通用的配件，而柴油發電機組、牽引電動機、轉向架等主要部分則仍然沿用原車部件。經過改造後的機車採用東風4B型7701～7732號的車號，而此號段與大連機車車輛廠製造的32臺東風4B型機車編號重複，因此該號段的每個編號各有兩臺機車。東風12型.1997年，資陽內燃機車廠在東風4B型柴油機車的基礎上，開發研製了東風12型重型調車兼小運轉用柴油機車，適用於大型編組站和工礦企業5000噸級貨物列車的調車和小運轉作業，亦可擔當一般幹線的貨運任務。為了方便機務部門運用和維修東風12型機車，其主要零部件可以與東風4B型或東風4C型機車通用互換，機車動力裝置採用3300馬力的16V240ZJB型柴油機，傳動系統採用TQFR-3000型牽引發電機和ZQDR-410型牽引電動機。根據調車機車頻繁調速、換向和經常在部分負荷下工作的特點，東風12型機車還採用了微機控制系統，具有發電機恆功率勵磁和限制柴油機功率升降速度等功能。CKD9C.2005年，中國南車集團資陽機車有限公司在東風4B型貨運機車的基礎上，為中亞地區開發研製了雙機固定重聯的CKD9C型幹線貨運柴油機車。該型機車的動力裝置與電傳動系統和東風4B型機車完全相同，裝用16V240ZJB型柴油機、TQFR-3000型同步主發電機及ZQDR-410型牽引電動機。走行部為23噸軸重的三軸轉向架，機車車體採用單司機室內走廊結構，兩節機車之間設有電氣重聯控制電纜和空氣制動系統重聯控制風管，可在任何一節機車的司機室內對全車進行統一控制。機車還設有微機控制系統、行車安全速度監控系統和具有全功率自負荷功能的電阻制動裝置。截至2014年，資陽機車公司已為土庫曼、哈薩克、蒙古國的多家鐵路公司生產了超過50臺CKD9C型機車。GKD1.1990年，大連機車車輛廠為參與貴陽煤氣工程用機車國際招標，開發研製了專為工礦企業設計的GKD1型四軸調車機車。該型機車是東風4B型柴油機車的系列延伸產品，機車裝用一臺1,350馬力的6240ZJ型柴油機，這是在16V240ZJ型柴油機基礎上發展而成直列6缸機型，電力傳動裝置採用TQFR-1000型牽引發電機和ZQDR-410型牽引電動機。