东风4D型内燃机车
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东风4D型货运机车从1998年11月起投入批量生产，截至2024大连机车车辆公司累计生产了403台，机车编号为0241、0242、0348、1893、4001～4033、4036～4056、4063～4073、4078～4079、4082～4090、4093～4166、4170~4418。其中，东风4D型4179号机车是大连机车车辆公司自生产内燃机车以来的第6000台机车，于2004年10月交付内蒙古集通铁路公司。从2003年下半年生产的4094号机车起，按铁道部规定改为采用标准化司机室。按工厂与铁道部商定的2003年第一批产品议标价格，当时东风4D型货运机车的价格为每台575.7万元人民币，如采用规范化司机室另加价9.84万元，如采用整体铸造机体的16V240ZJF型柴油机另加价3万元。中国国家铁路方面，东风4D型货运机车主要配属北京铁路局、南宁铁路局、上海铁路局、南昌铁路局、乌鲁木齐铁路局。
北京铁路局丰台机务段于1999年配属首批东风4D型货运机车，并从石家庄机务段调入最早生产的两台原型车（0241、0242）；同时，原来配属丰台机务段的ND5型柴油机车亦逐步调往上海、沈阳、济南机务段。丰台机务段的东风4D型货运机车主要担当京山铁路丰台西至南仓的5000吨重载货物列车，以及京原铁路丰台西至灵丘、京九铁路丰台西至聊城北的货物列车牵引任务。2010年代初，随着京九铁路北段完成电气化改造，丰台机务段大量配属HXD3B型电力机车，并开始将HXN5型柴油机车投入京原铁路运用，丰台机务段于2011年调出23台东风4D型货运机车，其中15台（4012～4017、4019、4021～4028、4030）转配南宁铁路局柳州机务段，其余则转配石家庄电力机务段，担当石家庄西至济南西的货物列车。2015年至2016年，中国铁路总公司多次下达机调命令，分批将南宁铁路局南宁机务段的37台东风4D型货运机车转配属北京铁路局，其中33台机车配属给怀柔北机务段（4120~4126、4135~4148、4157~4159、4204~4215），以淘汰该段部分车况欠佳的东风4型、东风4B型、东风4C型柴油机车，另外4台机车则配属给石家庄电力机务段（4006、4040、4050、4051）。怀柔北机务段的东风4D型货运机车分别配属双桥、承德运用车间，主要负责京通铁路、京承铁路、锦承铁路、承隆铁路的客货运列车牵引，以及北京地区铁路枢纽内的小运转及客车空车回送；为了便于牵引双管供风的旅客列车，该段配属的东风4D型货运机车还加装了总风管。截至2018年末，北京铁路局配属58台东风4D型货运机车，其中怀柔北机务段33台、石家庄电力机务段17台、丰台机务段8台。
柳州铁路局柳州机务段于2003年配属首批14台东风4D型货运机车，同时还配属了21台东风4D型径向转向架机车（下述），投入焦柳铁路柳州南至怀化南区段运用。至2006年末，柳州铁路局配属44台东风4D型货运机车（包括21台采用径向转向架的东风4D型7000系机车）。2011年，柳州机务段接收了15台从北京铁路局丰台机务段转配的东风4D型货运机车。2012年10月，根据铁道部召开的机车调配协调会议结果，乌鲁木齐铁路局库尔勒机务段的25台东风4D型货运机车（4001～4010、4038～4052）全部转配属柳州机务段。2012年，南宁铁路局（柳州铁路局已于2007年11月更名为南宁铁路局）配属75台东风4D型货运机车（包括21台采用径向转向架的东风4D型7000系机车），运用范围遍及焦柳铁路柳州南至怀化南、湘桂铁路永州至柳州南、柳州南至南宁南、黎湛铁路黎塘至湛江等区段。2013年，为配合湘桂铁路扩能改造工程完成，柳州机务段开始配属HXD3C型电力机车，并将原配属该段的东风4B型、东风4C型、东风4D型货运机车转配给南宁机务段。2015年7月，随着湘桂铁路柳州至南宁区段完成电气化改造，原配属南宁机务段的韶山7型电力机车被调拨到柳州机务段，担当湘桂铁路柳南段的货物列车牵引任务。2015年至2016年间，南宁铁路局南宁机务段根据中国铁路总公司的指示，将37台东风4D型货运机车转配属北京铁路局怀柔北机务段及石家庄电力机务段。2017年，南宁机务段余下的所有东风4D型货运机车集中转配柳州机务段。截至2018年末，南宁铁路局柳州机务段配属38台东风4D型货运机车，主要用于牵引湘桂铁路柳州南至桂林西间的货物列车。
上海铁路局于2004年至2005年间订购了20台东风4D型货运机车（4188～4197、4217～4226），配属芜湖机务段并投入华东第二通道运用，主要用于牵引宁铜铁路及淮南铁路的4000吨货物列车。2006年3月，上海铁路局调整管内运输生产力布局，芜湖机务段与合肥机务段合并为合肥机务段。2007年，随着合肥机务段和阜阳机务段开始配属大批ND5型柴油机车，这批东风4D型货运机车被调往上海机务段，用于牵引沪宁铁路及沪杭铁路的摘挂货物列车，以及上海铁路枢纽内铁路支线包括南何支线、北杨支线等的调车及小运转任务。2011年，上海机务段将20台东风4D型货运机车调入杭州机务段，而杭州机务段则以一批东风4B型货运机车与之交换。杭州机务段的东风4D型货运机车主要担当宣杭铁路、萧甬铁路及北仑支线的货运任务。
南昌铁路局赣州机务段于2004年配属首批12台东风4D型货运机车，担当京九铁路吉安至赣州东间，以及漳龙铁路、赣龙铁路的货物列车牵引任务。2006年3月，鹰潭、赣州机务段被撤销，两个机务段整体并入向塘机务段。截至2018年末，南昌铁路局向塘机务段配属36台东风4D型货运机车。
乌鲁木齐铁路局南疆铁路临管处鱼儿沟机务段于1998年开始配属东风4D型货运机车，担当南疆铁路货物列车的牵引及补机任务，第一批10台机车（4001～4010）于1998年交付，第二批15台机车（4038～4052）于1999年交付，至2000年底配属了25台该型机车。2004年11月，乌鲁木齐铁路局实施生产力布局调整，撤销鱼儿沟机务段并将其划归库尔勒机务段，设库尔勒机务段鱼儿沟机务分段。同时，库尔勒机务段并被指定为乌鲁木齐铁路局的东风4D型机车中修基地。2005年3月，铁道部宣布裁撤铁路分局建制，乌鲁木齐铁路局撤销所属的乌鲁木齐铁路分局、哈密铁路分局、南疆铁路临管处、北疆铁路公司，开始实行铁路局直接管理站段的管理体制；同年，库尔勒机务段鱼儿沟机务分段更名为库尔勒机务段鱼儿沟整备车间。2010年12月起，库尔勒机务段开始在南疆铁路使用HXN5型柴油机车。2012年10月，库尔勒机务段的东风4D型货运机车全部被调往南宁铁路局柳州机务段。
地方铁路及工矿企业方面，东风4D型货运机车的主要用户包括内蒙古集通铁路公司、浙江金温铁道开发公司、广西沿海铁路公司、西延铁路公司、泉州铁路公司、朔黄铁路公司、巴新铁路公司、宁夏宁东铁路公司、河北沙蔚铁路、平谷地方铁路、双鸭山矿业集团、淮南矿业集团、淮北矿业集团、云南天达化工实业、冀中能源峰峰集团、大屯煤电徐沛铁路、中铁十六局集团等。2006年，内蒙古集通铁路公司向大连机车车辆公司订购的8台东风4D型货运机车（4245～4252），根据集通铁路公司的要求采用了25吨轴重，通过在车体中部侧梁两侧加装压铁来提高粘着重量及牵引力。2013年起，大连机车车辆公司又先后为云南天达化工实业（4320、4348）、山东能源枣庄矿业（4350、4399）、巴新铁路公司（4351～4354）、南京扬子石化（4397）、中国石油华北石化（4409～4410）等用户制造了多台25吨轴重的东风4D型货运机车。2018年，秦皇岛旅游控股集团公司向中车大连机车车辆公司订购了一台东风4D型4408号机车，但按牵引齿轮传动比而言该机车实际上为客运型机车，最大运用速度为145公里/小时，该机车专门用于牵引秦皇岛“秦旅山海号”观光旅游列车，因整个车身采用堇紫色涂装而被昵称为“紫罗兰”。
2024年7月，配属于开滦中润的DF4D-4418号机车自中车大连机车车辆发出，标志着DF4D型内燃机车完全停产。