東風4型內燃機車

東風4型內燃機車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，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.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。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。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分匱乏，設計組只能從國內外雜誌尋找相關資訊，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，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。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。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。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《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。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。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。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。大連和資陽兩家工廠共生產了843臺東風4型機車。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，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。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。衍生車型.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。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.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，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。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。柴油機.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，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。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。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。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。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，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。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。閘流體勵磁調節裝置.早期生產的東風4型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。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。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。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，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，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。大眾文化.）。“西瓜”並將在《愛上火車》改編的短篇動畫《鐵路浪漫譚》中登場，該動畫預定將於2020年末開始播放。