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有相当多在1982年或以前生产的东风4型及东风4A型机车在后来返厂厂修时也逐步被改造成更可靠的东风4B型，包括更换柴油机、联调切控阀、增压器和联轴节等部件，构造速度不变。另外，东风4B型也会按照各铁路局、机务段的需要来更改齿轮比，进行客运型改货运型、或货运型改客运型的改造。
亦有一些铁路局为了节省成本，将部分东风4B货运型由2001年开始改造成东风4D货运型，其中将柴油机换成东风4D的16V240ZJD型，又修改了传动部分，使东风4B改D型的装备和性能完全和东风4D货运型相同。东风4B改D的车身外观与改造前一样，机车编号也没有更换，但涂装变成了DF4D货运型的蓝色和**。
编号为东风4 7701-7732 的东风4B型机车因编号重复，因此每个编号各有两台机车。其中32台是由大连机车厂制造。而另外32台是由四方机车车辆厂原来生产的16组32台东风4E重联型内燃机车拆解改造而成，全部配属上海铁路局。这两批机车外观完全相同，只能靠生产厂牌区分。东风4的俗称
西瓜：车身颜色为绿色配浅色带。武警：车身颜色为绿色配**带的东风4B货运型机车因与武警部队制服的颜色搭配类似。
橘子：车身颜色为橙色配浅色带。
为了适应中国西南地区山区铁路的货运需要，大连机车车辆厂于2000年在东风4D型货运机车的基础上，研制了东风4D型径向转向架干线货运机车。机车主要结构和性能都与货运型机车大致相同，最大运行速度为100公里/小时，但转向架换装了更为适合山区小半径曲线线路的两台三轴自导向径向转向架。
径向转向架增加了帮助轮对径向调整的蠕滑自导向、两端轴耦合转动机构，转向架两端第一轴和第三轴可以在车辆通过曲线的时候和轨道平行，每个轮对都可以根据线路实际情况做左右转向运动，当机车通过曲线时能自动减小轮轨冲角，适用于山区曲线多、半径小线路上的重载货运列车牵引。由于每台径向转向架比普通转向架重2.6吨，因此车体根据准高速客运型机车的结构进行了轻量化设计，以满足轴重23吨的要求。此外，又重新设计了牵引座、排障器、燃油箱等。 2000年，大连厂与德国西门子公司共同在东风4D型基础上研制的试验型交流电力传动内燃机车。只制造了两台，原本编号DF4AC 8001/8002，2001年两台机车变更编号为DF4DJ 0001/0002。
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