现存中国铁道博物馆的东风4型0001号机车
东风4型柴油机车（DF4），是中国铁路第二代电传动柴油机车的首型机车，也是中国首次设计研制的交—直流电传动柴油机车，该型机车从研制到成熟亦经历了一段坎坷的历程。1960年代中期，大连机车车辆厂、大连热力机车研究所、大同机车厂开始研制240/275系列中速柴油机，至1969年研制出首台东风4型柴油机车, 此后多年一直处于“一边生产、一边改进”的局面。1974年，东风4型柴油机车初步投入批量生产，但在运用中柴油机又相继出现大量问题，在历经大量设计改进和试验研究之后，柴油机的可靠性和耐久性得到大幅提高。随后，作为东风4型机车的升级产品、装用16V240ZJB型柴油机的东风4B型柴油机车于1982年面世，并于1985年投入批量生产，成为中国铁路史上生产数量最多、运用最广泛的柴油机车车型。
上世纪50年代，中国在大跃进形势的推动下踏上牵引动力内燃化的道路，并开始仿造试制多种形式的柴油机车。1956年，中华人民共和国铁道部制定了《铁路十二年科技发展规划》，提出牵引动力的改造是铁路技术改造的重点，要逐步由蒸汽机车转到电力机车和内燃机车。1958年，大连机车车辆厂参照苏联的TE3型柴油机车，成功试制了两台巨龙型柴油机车。这款中国第一代电传动柴油机车经过数年试验改进后，于1965年定型为ND型柴油机车（1966年8月改称为东风型柴油机车），并正式投入批量生产。与此同时，当时世界上的大功率柴油机车已经出现了采用中速柴油机、交—直流电传动的发展趋势。1964年，铁道部确定了“高速柴油机和中速柴油机并举”、“电传动和液力传动并举”的柴油机车发展方针，为了尽快缩小中国柴油机车与国际先进水平的差距，中华人民共和国铁道部向大连机车车辆厂下达了研制第二代大功率柴油机车的任务。
1965年初，大连机车车辆厂、大连热力机车研究所、大同机车厂、铁道科学研究院等机构联合组成新中速柴油机设计组，首先重点是研制柴油机车的动力来源—新型大功率中速柴油机。当时同类型柴油机的设计参考资料十分缺乏，设计组只能从国内外杂志文献中寻找相关资讯，将国外同类型柴油机及机车的数据、图片以及使用中情况等作为设计参考，例如苏联哈尔科夫运输机械制造厂的Д70系列（气缸直径250毫米，活塞行程270毫米）、法国阿尔萨斯机械制造公司的AGO 240系列（气缸直径240毫米，活塞行程220毫米）、瑞士苏尔寿公司的LVA24系列（气缸直径240毫米，活塞行程280毫米）等。
1965年7月，铁道部内燃机车会战指挥小组在青岛召开会议，批准下达新中速柴油机设计任务书，主要技术指标为缸径240毫米、行程275毫米、小时功率4000马力、额定功率3600马力、额定转速为每分钟1100转、四冲程、16缸、涡轮增压。1966年初，大连机车车辆厂试制成双缸机并调试成功，双缸机最大输出功率突破500马力，证明16缸机可达到4000马力的预期目标。1965年8月，完成试制首台16缸的16V240ZJ型柴油机样机，同年内完成新型机车的总体设计。
正当柴油机样机依试验程序进行调试和设计改进时，文化大革命在全国范围内爆发，受到“夺权”和“批斗”政治运动干扰，各地科研机构首当其冲的遭到巨大的冲击，研制工作只能在断断续续的情况下进行。1967年，湘潭电机厂（今湘潭电机股份有限公司）试制了首批为第二代大功率柴油机车配套的牵引电机组，包括3000千伏安三相交流同步牵引发电机、410千瓦牵引电动机、80千瓦起动发电机、45千伏安三相交流同步励磁发电机。
1969年，为庆祝中华人民共和国二十周年国庆，大连机车车辆厂对原有的设计方案进行局部修改，将之前试制的柴油机和牵引电机组样机安装在机车上，同年9月26日试制出首台东风4型2001号机车，出厂后在沈大铁路大连至大石桥区间进行牵引试验。但由于这台机车为“国庆献礼”草率上马，其零部件未经必要的试验考核和改进，柴油机和电气部分以及机车其它一些装置未达到设计要求，导致整台机车的性能和质量都未能过关。此后，大连机车车辆厂针对原型车试运行中出现的问题，联合田心电力机车工厂（今中车株洲电力机车）、株洲电力机车研究所、永济电机厂、大连热力机车研究所等单位，进行了持续十几年的反复试验和全面改进。
从1971年到1974年间，除了于1966年试制的首台16缸样机之外，大连机车车辆厂又生产了另外四台柴油机进行试验考核，这五台柴油机进行总计2400小时的各种试验，基本解决了柴油机功率不足、燃烧不良、排气温度高、机油稀释和柴油机振动等几大关键问题。因应初期试制配套牵引电机组存在的一些问题，田心电力机车工厂、永济电机厂、株洲电力机车研究所、大连热力机车研究所等单位于1970年组成联合设计组，对牵引电机组的设计作出改良。1971年至1973年间，田心电力机车厂先后完成ZQDR-410型牵引电动机和TQFR-3000型牵引发电机的试制和投产。与此同时，面对东风4型机车迟迟未能定型、内燃机车产能不足的情况，铁道部决定从法国阿尔斯通公司进口一批技术较先进的内燃机车作为过渡，也就是代表着当时世界上电传动柴油机车先进水平的ND4型柴油机车。
从法国进口的ND4
1972年，东风4型2001号机车交付北京铁路局北京内燃机务段开始进行运用考核。1973年，大连机车车辆厂又试制了东风4型2002号机车，同年5月交付北京内燃机务段进行运用试验。两台原型车在京原铁路北京至灵丘间进行了牵引性能试验，并与同期从西德引进的NY6、NY7型柴油机车进行对比试验，然后又在京包铁路南口至康庄间进行了八达岭大坡道上停车再起动试验，以及在京广铁路完成旅客列车牵引试验。随后，两台原型车被安排在京山铁路牵引旅客列车。1974年6月，大连机车车辆厂试制了东风4型0001号货运机车，交付北京铁路局丰台机务段投入运用考核，在京山铁路丰台西至南仓间担当货物列车牵引任务。同年8月，这台机车赴湘黔铁路娄底至金竹山区间进行夏季高温冷却性能试验。1974年9月，这台机车又改装客运传动比的转向架，在京广铁路丰台至石家庄之间、京承铁路丰台至洞庙河间进行动力学性能试验，最高试验速度达130公里/小时。随后，东风4型0001号机车返厂安装货运传动比的转向架，然后继续在京山铁路进行运用考核。至同年底，2001号、2002号机车已分别完成了10万公里的运用考核，0001号机车亦已完成1.5万公里的磨合试验，005号柴油机也完成了500小时的耐久试验。
东风4型0127号机车牵引旅客列车（图片约摄于1984年）
1974年底，为了满足中国铁路对大功率柴油机车的急切需求，装用16V240ZJ型柴油机的东风4型柴油机车正式投入批量生产，大连机车车辆厂同时停产东风型柴油机车，张店电机厂（今淄博牵引电机集团）和永济电机厂亦分别于1974年和1975年开始，按照株洲电力机车厂提供的图纸生产牵引电机组。1975年1月，东风4型0001号机车在北京环形铁道由铁科院主持进行了牵引热工性能试验，试验结果显示机车主要性能都达到了设计任务书规定的指标。1975年2月，《中国新闻报》和香港《大公报》均以《4000马力内燃机车诞生记》为题对东风4型机车的研制作了长篇报道。
然而，从1975年开始随着机车走行里程的增加，柴油机的可靠性问题不断暴露出来，相继出现如连杆螺栓断裂、连杆瓦盖断裂、连杆结合齿断裂、锻铝组合式活塞裂纹、配气齿轮打牙、凸轮轴剥离、滑油泵断轴等故障，仅在1975年就有22台柴油机连杆螺栓折断，可以说柴油机上的主要零部件都出现了大大小小的质量问题，当时丰台机务段还曾经传唱着一句顺口溜：“东风4，东风4，从东单跑不到西四。京广线要瘫痪，东风4要完蛋”。为此，铁道部下令组织产品质量攻关，并且连续几年召开设计改进会议。大连机车车辆厂对零部件出现的问题进行了详细的分析研究后，制定了一系列结构改良方案并再进行疲劳试验验证，同时派出技术人员到各机务段现场进行维修。在改进过程中，工厂首先针对较广泛的连杆螺栓和连杆盖断裂故障，改为采用了全纤维辗制滚压螺栓和加厚对称连杆盖，以提高连杆零部件的疲劳强度和刚度；此外，将原来左、右两列气缸并联工作的两根排气总管，分别接到两端的增压器上的结构，改成两列气缸共用一根排气总管，从其两端接到柴油机两端的涡轮增压器上，并在柴油机顶部加设排气稳压箱，这样既可以改善增压系统的稳定性，又可以降低柴油机低工况时的燃油消耗率。为了区别原有的16V240ZJ型柴油机，经过上述两项改进的柴油机被定型为16V240ZJA型。第一台装用A型柴油机的东风4型0109号机车于1976年6月出厂，并于同年下半年开始批量生产。
东风4型机车从1974年下半年投入批量生产，到1977年底已生产了233台机车，配属全国9个铁路局、14个机务段运用。但从1976年开始，柴油机又发现了更严重的机体裂纹事故，到1978年末已有多达143台柴油机出现机体裂纹，占当时已出厂东风4型机车总数的41.6%，造成大量机车无法运用趴窝待修。设计部门通过大量试验研究查明，柴油机各种故障的根源在于机体强度和刚度不足，以及柴油机轴系动力性能欠佳所致，因此对柴油机机体等二十多个零部件进行了修改设计，包括加高主轴承座以增加机体的高度，主轴承盖加设了水平横拉螺钉，通过调整曲轴平衡块重量和加粗主轴颈来提高曲轴强度，又将锻铝活塞改为整体薄壁球铁活塞，还大胆采用了先进的薄壁球铁活塞和簧片式弹性联轴节。1977年11月，经过上述改良的0255号柴油机完成了500小时台架耐久试验，结果显示柴油机性能和部件状态良好，作为A型柴油机的升级产品定型为16V240ZJB型。
1978年3月，铁道部在大连召开了16V240ZJB型柴油机鉴定会议，批准B型柴油机初步定型，可以投入小批量生产。根据会议的建议，大连机车车辆厂将0255号柴油机样机装上东风4型0282号机车。从1978年10月至1979年底，这台机车在丰沙铁路丰台西至张家口间进行运用试验，期间牵引货物列车共运行21万多公里，柴油机经拆检观察显示性能和主要零部件磨耗情况良好。16V240ZJB型柴油机得到肯定后，为了使柴油机更加可靠，大连机车车辆厂决定参照国外柴油机的试验规范，对柴油机再进行2000小时高负荷耐久试验。1979年7月至1980年6月，大连内燃机车研究所对0503号柴油机进行了2000小时耐久试验。随后，设计部门先后在单缸机和三台16缸柴油机上进行了三种标定转速的对比试验，最终决定在保持装车功率3300马力不变的情况下，将标定转速由原来每分钟1100转降为每分钟1000转，空转转速由原来每分钟500转降到每分钟430转，以降低柴油机零部件的机械负荷。
1979年6月，为了东风4型柴油机车功率随大气条件的变化规律，以便确定柴油机随大气条件的功率修正方式，铁道部科学研究院选定了东风4型0108号机车，在多个不同海拔高度及气温的地点进行柴油机功率试验。1980年9月，大连内燃机车研究所选用东风4型0188号机车，进行了三种不同标定转速下的牵引热工性能试验。1980年至1981年间，大连机车车辆厂对已产生裂纹的A型柴油机机体更换为B型柴油机机体，共更换115台。1982年12月，第一台装用16V240ZJB型柴油机的0527号机车出厂，作为东风4型机车的升级换代产品，定型为东风4B型柴油机车。1983年1月至5月，0527号机车在大连内燃机车研究所完成了各项性能试验。1984年底，正式定型的16V240ZJB型柴油机和东风4B型柴油机车投入批量生产，同时大连机车车辆厂停产东风4型机车。从1974年投产开始到1984年停产为止，大连机车车辆厂累计生产了801台东风4型柴油机车，其中包括客运型31台（车号2001～2031）、货运型770台（车号0001～0770）。
大连机车车辆厂于1984年生产的东风4型0707号机车
1982年7月，面对当时中国铁路运能紧张及柴油机车产能不足的问题，铁道部指示资阳内燃机车厂转产东风4型柴油机车，同时停止东方红4型液力传动柴油机车和16V200Z型柴油机的试制试验，结束了长期以来关于大功率柴油机车发展电力传动或液力传动的争论。1983年3月26日，国家计委下达了 “关于资阳厂转产改造设计任务书的批复”。随后，资阳内燃机车厂得到大连机车车辆厂提供的全套图纸，又新建了16V240ZJ型柴油机试验台和东风4型机车水阻试验台 ，终于赶在1983年12月25日试制出第一台东风4型3001号机车，同年底交付广州铁路局广州机务段使用。1986年6月，资阳内燃机车厂完成转产东风4B型机车的技术改造，同时停产东风4型机车。1984年至1986年，资阳内燃机车厂累计生产了42台东风4型柴油机车（车号3001～3042）。大连和资阳两家工厂共生产了843台东风4型机车。
资阳内燃机车厂于1984年生产的东风4型3006号机车
1980年代初，中国开始发展重载列车以提高铁路运输能力，大连机车车辆工厂为东风4型柴油机车研制了重联装置，并且根据电阻制动系统在试验和运用过程中发现的问题及运用部门提出的意见，与西安信号工厂和天津机车车辆机械工厂合作进行了改进设计。1984年，东风4型0642号、0643号机车安装了重联控制及电阻制动设备，配合中国第一代运煤专用敞车C61型敞车，于同年7月至8月进行铁路重载列车运行试验并获得成功，选择了晋煤外运北通道的京包铁路、丰沙铁路（丰台—沙城—大同线）和京秦铁路（北京—秦皇岛线）为试点。双机最大牵引吨位达5000吨（计60节车辆），平直道上的最大平衡速度可达85公里/小时，在9‰坡道上的平衡速度为26公里/小时，并在7.6‰坡道上进行了双机坡停起动试验。此外，大多数早期生产的东风4型机车在后来返厂厂修时均按照东风4B型机车的标准进行了改造，包括更换成16V240ZJB型柴油机、联调切控阀、增压器和联轴节等部件。
2006年至2008年间，中国铁道部先后多次将国内淘汰的东风4型和东风4B型机车无偿援助朝鲜民主主义人民共和国【北京铁路局机调命令11059：根据铁道部运装机运电〔2008〕1973号电报，丰台机务段DF4型0092、0316、0337、0437、0452、0475、0543、0541、0650、0690、0710号；怀柔北机务段DF4型0041号，计12台赠送朝鲜。机车按运用状态移交。中国铁路使用的机车自动信号、列车无线调度通讯设备、LJK、空调、扬声警示装置等设备拆除，并将司机室恢复出厂状态。对机车内外进行重新喷漆，按最低一级修程范围和相应工艺标准做一次整修，机车配件及随车工具、备品要齐全完好。 以上事宜须于2008年7月30日前完成，具体回送由路局统一安排。交接完了后，发电报报路局机调取消机车配属】。在朝鲜民主主义人民共和国铁路系统中，这些机车被定型为朝鲜铁道200型柴油机车，机车编号为내연2xx（“내연”意为“内燃”），大多数配属咸兴铁道局咸兴机车队，担当货物列车和旅客列车的牵引任务。
东风4型柴油机车是干线客货运用的六轴柴油机车，采用双司机室、内走廊式、全钢焊接结构的框架式侧墙承载车体，车体主要骨架均采用16Mn低合金钢材，车体外部蒙皮为2.5毫米厚钢板。车体两端设有同等功能的司机室，可双向操纵机车。机车从前到后分别为第一司机室、电气室、动力室、冷却室、第二司机室五个部分，其中电气室 、动力室和冷却室顶部均设计成活动顶盖，以便拆装车内部件。
司机室内机车运行方向的左侧设有司机操纵台，右侧设有副司机座席及工具箱；司机室后部设有手制动装置手柄。电气室内设有电气控制柜、主硅整流柜、励磁整流柜和电阻制动柜等电气设备，以及启动变速箱、启动发电机、前转向架牵引电动机通风机等辅助设备。机车采用EL-14型空气制动机，可以单独制动机车或同时制动机车和列车。
东风4型0001号机车的司机室
动力室位于车体中部，安装了一套柴油发电机组，以及空气滤清器、燃油输送泵、燃油滤清器、膨胀水箱、预热锅炉等辅助设备，并在动力室顶部设有车体通风机。为了方便对动力装置的检修，机车除了在司机室设有侧门外，在动力室的两侧也设有一对侧门。冷却室上方设有油水系统冷却装置，采用V型结构的肋片扁管式铜散热器，冷却室顶部装有两个直径相同的轴流式冷却风扇，该冷却风扇由静液压马达传动。机车设有两套独立的循环冷却水系统，分别为冷却柴油机的高温冷却水系统（24个散热器单节），以及冷却增压空气、机油、静液压传动油的低温冷却水系统（32个散热器单节）。冷却室下方设有静液压变速箱、后转向架牵引电动机通风机、机油热交换器、空气压缩机、起动机油泵等。在车体下部两台转向架之间的空间，吊装着一个容积为9000升的燃油箱，以及铅酸蓄电池组和两个总风缸。
东风4型0001号机车的转向架
东风4型柴油机车装用一台16气缸、四冲程、V型结构、直接喷射、废气涡轮增压的16V240ZJ型中速柴油机。柴油机机体采用铸焊组合结构和悬挂式轴承座。柴油机采用钼铜稀土合金球铁铸造曲轴、锻钢并列连杆、湿式气缸套、锻铝组合式内油冷活塞、耐热合金铸铁气缸盖。气缸直径为240毫米，活塞行程为275毫米，额定转速为每分钟1100转，最低空载转速为每分钟500转，小时功率为4000马力（2980千瓦），持续功率为3600马力（2650千瓦），装车功率为3300马力（2430千瓦），单位燃油消耗率为155克/有效马力·小时，柴油机净重为19600公斤。
早期生产的东风4型机车投入运用后，16V240ZJ型柴油机出现大量可靠性问题，相继出现连杆螺栓断裂、连杆盖和主轴承盖断裂、机体主轴承座裂纹等故障。为此，大连机车车辆厂首先针对较广泛的连杆螺栓和连杆盖断裂故障，改为采用了全纤维辗制滚压螺栓和加厚对称连杆盖，以提高连杆零部件的疲劳强度和刚度；此外，将原来左、右两列气缸并联工作的两根排气总管，分别接到两端的增压器上的结构，改成两列气缸共用一根排气总管，从其两端接到柴油机两端的涡轮增压器上，并在柴油机顶部加设排气稳压箱，增压器型号由45GP802型改为45GP802-1型。为与前期生产的16V240ZJ型柴油机区别，经过上述改进的机型被命名为16V240ZJA型，并从1976年起批量生产。
采用抱轴半悬挂的ZQDR-410型牵引电动机
东风4型机车采用交—直流电传动装置，柴油机通过钢片半刚性联轴节驱动一台交流同步发电机发出三相交流电。
技术参数
生产厂家 大连机车车辆厂、资阳内燃机车厂
生产型号DF4
序列编号 2001～2031（客运型），0001～0770，3001～3042（货运型）
生产年份1969年—1986年
产量31台（客运型）&812台（货运型）
轨距1435毫米
轮径1050毫米
轴重23吨
轴距2×1800毫米
通过最小曲线半径145米
机车长度21100毫米（车钩中心线间距）
机车宽度3309毫米
机车高度4755毫米
整备重量138吨
燃料储备量9000升
机油储备量1200公斤
水储备量1200公斤
砂储备量800公斤
传动方式交—直流电
发动机16V240ZJ、16V240ZJA
发动机功率3300马力（2430千瓦）
缸径240毫米
行程275 毫米
牵引发电机TQFR-3000
牵引电动机 ZQDR-410×6
最高速度120公里/小时（客运型）&100公里/小时（货运型）
牵引功率2580马力（1920千瓦）
起动牵引力327.5千牛（客运型）
413千牛（货运型）
（作者：淡漠顽强）