東風4B型柴油機車

開發背景

東風4B型柴油機車的歷史可追溯至1960年代開始研發的東風4型柴油機車。1963年，中華人民共和國鐵道部機車車輛工廠管理總局成立了「大功率牽引動力內燃化、電氣化領導小組」，在中國第一代幹線柴油機車——東風型柴油機車投入批量生產的同時，就開始組織自主開發第二代大功率柴油機車的試驗研究。1965年起，大連機車車輛廠、大連熱力機車研究所、大同機車廠、鐵道科學研究院等機構聯合組成新中速柴油機設計組，正式開始研製4000馬力的16V240ZJ型柴油機和東風4型柴油機車。1965年7月，鐵道部內燃機車會戰指揮小組在青島召開會議，批准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、四行程、16缸、渦輪增壓。
1969年9月，為慶祝中華人民共和國二十周年國慶，大連機車車輛廠試製成首台東風4型2001號機車。經過兩萬餘公里的試運行，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運行中出現的問題，對機車和柴油機的設計進行全面改進和大量試驗。從1974年下半年起，為了滿足中國鐵路對大功率柴油機車的急切需求，在柴油機技術改進取得初步成果的情況下，儘管還沒有完成長時間的耐久性試驗，東風4型柴油機車就開始投入批量生產。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。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杆螺栓和連杆蓋斷裂故障，採取使用滾壓螺栓和加厚連杆蓋、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，裝用A型柴油機的東風4A型柴油機車於同年下半年開始批量生產。

技術攻關

設計部門通過大量試驗研究查明，柴油機的各種故障特別是機體裂紋事故，其根源在於機體強度和剛度不足，以及柴油機軸系動力性能欠佳所致，因此對柴油機機體等二十多個零部件進行了修改設計，包括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，通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，還大膽採用了先進的薄壁球鐵活塞和簧片式彈性聯軸節。1977年11月，經過上述改良的0255號柴油機完成了500小時台架耐久試驗，結果顯示柴油機性能和部件狀態良好，作為A型柴油機的升級產品定型為16V240ZJB型。1978年3月，鐵道部在大連召開了16V240ZJB型柴油機鑑定會議，批准B型柴油機初步定型，可以投入小批量生產。
1978年9月，大連機車車輛廠將0255號柴油機樣機裝上北京鐵路局豐臺機務段的東風4型0282號機車。從1978年10月至1979年底，這台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運行21萬多公里，柴油機經拆檢觀察顯示性能和主要零部件磨耗情況良好。16V240ZJB型柴油機得到肯定後，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按照國際鐵路聯盟（UIC）的標準，對0503號柴油機進行了2000小時和360小時台架耐久試驗。隨後，設計部門先後在單缸機和三台16缸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。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性能試驗。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已開發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、牽引馬達通風機性能試驗等，務求進一步提高東風4型機車的可靠性。

定型試驗

1982年12月，裝用16V240ZJB型柴油機的東風4型0527號機車出廠，作為東風4型機車的升級換代產品，正式定型為東風4B型柴油機車。1983年1月至5月期間，這台機車在大連內燃機車研究所的固定試驗台進行了全面的性能試驗，試驗結果顯示，東風4B型機車（柴油機標定轉速每分鐘1000轉）與東風4型機車（柴油機標定轉速每分鐘1100轉）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%，主要零部件性能和可靠性均有所提高。完成定置性能試驗之後，這台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，運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%，空轉油耗約降低25%，輪周效率由32.73%提高到33.47%，機車大修周期延長30%。1984年7月，正式定型的16V240ZJB型柴油機和東風4B型柴油機車在大連機車車輛廠投入批量生產，同時停產東風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。1985年1月，鐵道部在烏魯木齊鐵路局哈密機務段隨機抽樣選取了兩台機車。其中，東風4B型1006號機車負責進行牽引熱工性能試驗，而東風4B型1016號機車則用來做15萬公里運行考核。1986年10月17日，鐵道部在大連機車車輛廠召開東風4B型機車鑑定會，正式批准東風4B型機車通過部級鑑定，專家組意見認為東風4B型機車的牽引、熱工、動力學和空氣制軔等性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、動力學性能等方面接近國外先進國家同類產品的水平，但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軔裝置。 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。此外，為保障行車安全，從1986年開始，鐵道部要求所有東風4B型機車加裝三項設備（俗稱「三大件」），即機車自動停車裝置、車載號誌裝置和列車無線調度電話裝置。

持續改進

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循環改為封閉循環，以提高冷卻水沸點的溫度；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號誌工廠生產的電阻制軔裝置，以適應高原地區鐵路長大坡度多的特點。1986年3月，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完成了高原鐵路牽引試驗，並獲得了令人滿意的結果。高原型機車不僅牽引功率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2900馬力（2133千瓦），機車輸出功率修正約為1845千瓦（2470馬力）。高原型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。
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12月，大連機車車輛工廠試製了第一台東風4B客運型機車（東風4B型2101號），首先配屬上海鐵路局上海機務段投入運用。客運型機車是在貨運型機車的基礎上對牽引齒輪傳動比加以改造而成，傳動比由貨運型的4.5（63：14）改為客運型的3.381（71：21），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、牽引馬達等設備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量生產東風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。
1989年2月，大連機車車輛工廠根據鐵道部的指示對電阻制軔裝置作出改進，在新造的東風4B型1606、1607號兩台機車上安裝了兩級電阻制軔裝置。兩級電阻制軔的目的是為提高機車在低速運行時的制軔力，以適應自動閉塞區段的運行要求，即當機車速度降到約23公里/小時的時候，通過接觸器開關將制軔電阻短路一部分，從而提高低速區域的制軔功率和制軔電流。當時，在京廣鐵路信陽至廣水區間的長大下坡道（上行線雞公山至李家寨，下行線武勝關至孝子店），是長期制約提升京廣鐵路運輸能力的瓶頸區間。1989年初，東風4B型1606、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軔性能試驗，兩級電阻制軔的應用可省去長大下坡道上列車由於制軔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路線通過能力。1989年7月起，大連機車車輛工廠開始批量生產裝有兩級電阻制軔裝置的東風4B型機車。此後，兩級電阻制軔系統還被應用到東風4C型、東風7型、東風8型機車上。

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。

總體布置

東風4B型柴油機車是幹線客貨運用的六軸柴油機車，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。兩端設有同等功能的司機室，可雙向操縱機車。車體由左右側壁、底架、車頂、司機室焊接在一起，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。車體底架長度為20,300毫米，車鉤中心線間距為21,000毫米，車體寬度為3,100毫米。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。司機室內機車運行方向的左側設有司機操縱台、JZ-7型空氣軔機的自動制軔閥和單獨制軔閥，右側設有副司機座席及工具箱；司機室後部設有手制軔裝置手柄。電氣室內設有電氣控制櫃、主矽整流櫃、勵磁整流櫃和電阻制軔櫃等電氣設備，由啟動變速箱驅動的啟動發電機、勵磁機、測速發電機、前轉向架牽引馬達通風機等輔助設備布置在電氣室後部地板上。
動力室位於車體中部，安裝了一套柴油發電機組，機組通過八個橡膠彈性支座固定在車體底架上；動力室內還裝有燃油輸送泵、燃油濾清器、啟動機油泵、機油濾清器、膨脹水箱、預熱鍋爐等輔助設備。動力室左右兩側側壁上均分別設有八個進氣口，上排進氣口裝有旋風式空氣濾清器和板網式空氣濾清器組成的兩級空氣濾清器組，下排進氣口設有內置板網式空氣濾清器的通風百葉窗，車體側面還裝有兩台通風機將車內熱風排出車外。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。
冷卻室設有油水系統冷卻裝置，冷卻室頂部裝有V型結構的肋片扁管式銅散熱器，以及兩個直徑相同的軸流式冷卻風扇。機車設有兩套獨立的循環冷卻水系統，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）。冷卻室下方設有靜液壓變速箱、後轉向架牽引馬達通風機、機油熱交換器、空氣壓縮機等，冷卻風扇和牽引馬達通風機均由靜液壓馬達傳動。冷卻室左右兩側側壁均設有八個通風百葉窗口。在車體下部兩台轉向架之間的空間，吊裝著一個容積為9000升的燃油箱，以及鉛酸蓄電池組和兩個總風缸。

柴油機

東風4B型柴油機車裝用一台16氣缸、四行程、V型結構、直接噴射、開式燃燒室、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的16V240ZJB型中速柴油機。與16V240ZJA型柴油機相比，16V240ZJB型柴油機在保持裝車功率3300馬力（2426千瓦）不變的條件下，將標定轉速由每分鐘1100轉降為每分鐘1000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，將平衡塊由原來只占平衡迴轉質量的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。同時，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型柴油機採用無級調速裝置，通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和懸掛式軸承座，機體由鑄鋼軸承座與鋼板焊接成的六面體式機體所構成，左右兩列氣缸中心線間夾角為50°，V型角上方設有主機油道、進氣穩壓箱、進排氣支管、排氣總管等部分，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。柴油機採用合金鍛鋼並列連杆、合金鑄鐵濕式氣缸套、整體薄壁球墨鑄鐵內油冷活塞、耐熱合金鑄鐵整體氣缸蓋，而曲軸則分為鉬銅稀土合金球鐵鑄造曲軸（大連廠）和合金鋼擠壓曲軸（資陽廠和四方廠）兩種。氣缸直徑為240毫米，活塞行程為275毫米，額定轉速為每分鐘1000轉，最低空載轉速為每分鐘430轉，小時功率為4000馬力（2980千瓦），持續功率為3600馬力（2650千瓦），裝車功率為3300馬力（2426千瓦）。柴油機由啟動發電機起動，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馬達變為他勵發電機，輸出110伏特直流電，作為輔助發電機使用。
16V240ZJB型柴油機採用廢氣渦輪定壓增壓系統，利用氣缸排出的廢氣導入渦輪機中膨脹做功，再由渦輪機帶動壓氣機將新鮮空氣壓縮，另外並設有用來冷卻增壓空氣的中冷器，以進一步提高增壓系統的效率。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。後來，東風4B型機車又先後改用過45GP802-4（天津機車車輛機械廠）、ZN300-LSD1（天津機車車輛機械廠，基於45GP1301型增壓器）、ZN310-LSE（大連機車研究所）、VTC254-13（江津增壓器廠引進瑞士ABB技術）、ZN290（天津機車車輛機械廠，基於VTC254型增壓器）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。

傳動系統

東風4B型柴油機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機直接驅動一台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，輸送給六台並聯連接的直流牽引馬達，通過傳動齒輪驅動輪對。柴油機與主發電機之間採用彈性聯軸節連接，取代了東風4型機車的半剛性聯軸節連接。
牽引發電機採用TQFR-3000型三相交流同步發電機，額定容量為2985千伏安，額定電壓為438／613伏特，額定電流為3936／2805安倍，額定轉速為每分鐘1100轉，實際運用轉速為每分鐘1000轉，定子及轉子絕緣等級分別為B級和H級，冷卻方式為自通風式，主發電機淨重為4985公斤。牽引發電機由一個交流同步勵磁機勵磁，勵磁機由柴油機通過啟動變速箱驅動，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線圈勵磁。為了使牽引發電機能充分利用柴油機的功率，機車設有可控矽勵磁調節裝置以保持牽引發電機輸出功率的恆定，由柴油機的轉速－功率聯合調節器通過功率調整電阻器和勵磁測速發電機來自動調節勵磁電流。與東風4型機車相比，東風4B型機車為了改善主發電機的冷卻條件，主發電機冷卻空氣的來源由動力室內部供給改為由車體外部供給。
牽引發電機發出的三相交流電由GTF-4800/770型矽整流裝置轉換成直流電，供給牽引馬達使用。每台機車設有兩台矽整流櫃，矽整流裝置採用由矽二極體元件組成的三相橋式全波整流電路，整流電路每一橋臂有六個並聯的NDZ500/2400型風冷平板式矽二極體，每台整流櫃共有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。
東風4B型貨運機車使用ZQDR-410型四極直流串勵牽引馬達，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，可以在牽引馬達勵磁線圈接入並聯分流電阻，對牽引馬達使用二級磁場削弱，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型牽引馬達；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型牽引馬達，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型牽引馬達（國家標準型號為ZD109）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%。
東風4B型機車設有電阻制軔，在電阻制軔工況時牽引馬達變為他勵直流發電機工作，其激磁線圈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軔櫃，將電能通過電阻器轉化為熱能消耗掉；受制軔電阻通風冷卻條件的限制，最大制軔電流限制為650安培，制軔功率為2316千瓦。

轉向架

機車軸式為Co-Co，走行部為兩台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、拉杆座、外側彈簧座、牽引拐臂座、電機吊杆座、水平槓桿座、橫向止擋、制軔座、制軔缸座及砂箱座等。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杆式彈性定位結構，軸箱通過裝有橡膠關節元件的上、下軸箱拉杆與構架相連接，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，車體全部重量通過八個旁承由兩台轉向架支承，有利於抑制轉向架在直線運行時的蛇行運動。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。牽引力和制軔力通過低位平行四桿牽引杆機構傳遞，牽引點至軌面距離725毫米，有利於提高機車粘著利用率。
牽引馬達採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式（滑動抱軸承式半懸掛），即牽引馬達的一側通過抱軸瓦（滑動軸承）剛性地支承在車軸上，另一側通過彈性元件（橡膠墊）和吊杆懸掛在轉向架構架上。全部牽引馬達採用順置排列方式，即牽引馬達都放在車軸的同一側，使牽引馬達相對於轉向架構架產生的支反力作用方向相同，結合彈性旁承產生的支反力矩予以平衡，可以有效地減少軸重轉移的幅度。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性能滿足不同需要。客運型的齒輪傳動比為3.75（60：16），最高運行速度為120公里/小時。貨運型的齒輪傳動比為4.5（63：14），最高運行速度為100公里/小時。基礎制軔方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側踏面制軔，每個車輪各有一套制軔裝置，當機車施行制軔時，制軔缸從空氣軔機獲得壓縮空氣，並通過槓桿機構使閘瓦抱輪產生制軔作用。停車制軔為手制軔裝置。

東風4C型

為了進一步提高東風4B型柴油機車的牽引性能、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台16V240ZJC型柴油機，該機型是在16V240ZJB型柴油機的基礎上，對曲軸、連杆蓋、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台東風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（2647千瓦），又改為使用ZQDR-410C型牽引馬達。此外，東風4C型柴油機車的總體布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、電阻制軔、電子恆功勵磁等裝置。東風4C型柴油機車於1989年投入批量生產，並於1991年7月通過鐵道部部級鑑定。

東風6型

1982年起，大連機車車輛廠與英國里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（2940千瓦）的16V240ZJD型柴油機。1986年末，第一台16V240ZJD型柴油機在大連機車車輛廠完成組裝，並於1987年至1988年間完成多次嚴格試驗。1989年1月，首兩台裝用16V240ZJD型柴油機的東風6型柴油機車在大連機車車輛廠問世。東風6型柴油機車是以東風4B型柴油機車為基礎的升級換代產品，通過大連機車車輛廠與美國奇異公司的技術合作，對機車及其主要部件作出了重要改進，裝用奇異的電機、電器和微機控制設備，使機車性能達到同時期奇異「Dash-8」系列C39-8型柴油機車的標準。與東風4B型貨運機車相比，東風6型機車的持續牽引力從324千牛提升至360千牛，機車輪周效率從33.9%提升至35.44%，並且在機車運用速度（從持續速度22.2公里/小時到最大設計速度118公里/小時）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台機車。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量生產。

東風4E型

為了滿足中國《鐵路主要技術政策》（鐵科技〔1993〕166號文）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噸及以上的重載貨物列車，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，同年年底完成首台樣車試製。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，兩節單司機室機車通過微 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性能和可靠性。此外，東風4E型機車還採用了永濟電機廠引進美國奇異公司技術生產的ZD109A型牽引馬達，有效擴大了機車恆功率調速範圍，並使牽引馬達的可靠性得到提高。1994年至1997年，四方機車車輛廠共生產了16台東風4E型機車，全部配屬上海鐵路局南翔機務段運用。
20世紀末，隨著新一代大功率重載貨運柴油機車——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，擔當滬寧鐵路的重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台東風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、牽引馬達、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台東風4B型機車編號重複，因此該號段的每個編號各有兩台機車。

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型牽引馬達。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。

東風4BD型

1999年，北京鐵路局南口機務段為了提高京包鐵路的運輸能力，而且段內部分東風4B型機車的零件也日漸老化，同時為了節約購置新機車的資金，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，一台東風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。完成改造後的機車被稱為東風4BD型柴油機車，或者東風4B改D型柴油機車，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奶黃色、下天藍色塗裝。
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、牽引馬達、冷卻裝置等零部件，並對機車總體布置、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型牽引馬達，空氣濾清器更換為東風11型機車的二級空氣濾清系統（塑料慣性濾清器和鋁板網式濾清器），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。機車總體布局方面，為了降低Ⅱ端駕駛室噪音，增加一個輔助室和隔斷，使機車布局從前到後變為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、電阻制軔櫃、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，牽引性能與東風4D貨運型機車基本相同，柴油機裝車功率由2426千瓦提升至2940千瓦，機車最大輪周功率由1985千瓦提升至2425千瓦，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路線上牽引4000噸貨物列車運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（2005年鐵道部實施生產力布局調整，撤銷北京鐵路分局，南口機務段和承德機務段合併到懷柔北機務段，南口機務段改稱懷柔北機務段南口運用車間）、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（2005年鐵道部實施生產力布局調整，原北京鐵路局下轄的太原鐵路分局與大同鐵路分局合併成立新的太原鐵路局）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。

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（標定功率為2650千瓦，最大運用功率為2430千瓦）、TQFR-3000型同步主發電機及ZQDR-410型牽引馬達。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軔系統重聯控制風管，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軔裝置。截至2014年，資陽機車公司已為土庫曼斯坦、哈薩克斯坦、蒙古國的多家鐵路公司生產了超過50台CKD9C型機車。