随着东风4型内燃机车在1970年代开始运用以来，相继发现一些问题。大连机车车辆厂针对这些问题进行大量试验和改进，至1982年1月研制出第一台东风4B型内燃机车（货运型）。相比起东风4型，东风4B型主要作出了以下改进
：由东风4型、东风4A型装用的16V240ZJ、16V240ZJA型柴油机换成东风4B的16V240ZJB型柴油机，柴油机装车功率不变（2430千瓦 /3300马力），但容许无级调速，转速范围由500~1100转/分钟调整到430~1000转/分钟。并改用不少新型增压器和零部件，如曲轴、连杆、活塞、油泵等。
主发电机输出功率由原来的2059kW提高到2125kW，采用了强化铜散热器。
东风4型的主发电机与柴油机是半刚性联轴节连接，而东风4B是弹性联轴节。
使用改进后的ZQDR-410型牵引电动机。
机车标称功率增加到1985千瓦。
在相同应用情况下，东风4B的燃油消耗率比东风4型约低4%，空转油耗约降低25%，
万吨公里的油耗量约降低9.6%，轮周效率由32.73%提高到33.47%。
东风4B货运型（坊间俗称西瓜）于1985年起批量生产，成为当时中国国内功率最大的电传动内燃机车，同时大连机车厂停产东风4型机车，全面转产东风4B型。1986年10月通过铁道部鉴定，同年被评为国家金牌奖产品，铁道部并正式指定东风4B型内燃机车为替代进口产品，令中国不再需要大批进口机车。1986年起，资阳机车厂和大同机车厂亦开始生产东风4B型机车。为保障行车安全，从1986年开始，东风4B型机车加装三项设备（俗称“三大件”），即机车自动停车装置、机车信号装置和列车无线调度电话装置。
1985年，大连机车厂在东风4B货运型机车基础上，研制了东风4B高原型（坊间俗称武警）机车，机车装用了高压比高效率的涡轮增压器，使机车牵引功率提高，目前主要运用在青藏铁路集团公司、南宁铁路局、兰州铁路局、乌鲁木齐铁路局及呼和浩特铁路局。
1986年，又研制了东风4B客运型（坊间俗称“桔子”）内燃机车，除牵引齿轮传动比由货运型的63：14，改为客运型的71：21外，机车的结构基本相同，齿轮比的改动实现了将货运机车“多拉慢走”转变为客运机车“少拉快跑”的目标。东风4B客运型最大运营速度为120 km/h，1987年起开始批量生产。
东风4B型客、货运内燃机车截至1998年，累计生产了4303台，这个数目相当于1999年全中国铁路内燃机车保有量的42.5%，在电气化动车组高铁等象征快速铁路的词语频现报端的今日，它仍然在承担着货运大列或绿皮车（22型车，25B型车），红皮车（25G型车）等客运列车的牵引工作，充当着不可替代的铁路运输使命。
DF4DD 型内燃机车（东风——DF。代号为“东风”二字的拼音声母缩写。），属于调车型机车，目前中国功率最大的调车机车。不用于正线上的运输行驶。因此机车采用了外（开放式）走廊设计。 DF4DD 带着浓浓的美国式机车的味道。轴式：Co-Co。
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