選用大連工廠與英國裏卡多公司聯合研制的16V240ZJD柴油機。額定功率3240kW(4400 HP)，額定轉速l000r/min。加載功率2940kW(4000 HP)。機車牽引壹輛客車(1100t)時，直線道路上的平衡速度為132km/h，最高試驗速度為157.5km/h/h。
(2)機車運行部
為了滿足列車提速的要求，在東風4B型客運機車的基礎上，對走行部進行了顯著改進。首先，對牽引電機懸掛裝置進行了改進。牽引電機壹端采用滾動軸承代替滑動軸承(軸瓦)結構，選用進口高級軸承。在牽引電機的另壹端，由吊桿通過橡膠墊懸掛在框架梁上。這樣既保證了機車的運行安全，又保證了牽引齒輪的側隙，最大限度地吸收了來自輪對的振動。
(3)高溫冷卻系統
采用東風6型機車驗證的高溫冷卻系統和密閉壓力水箱。采用新型機油熱交換器，將冷卻水和機油的最高允許溫度提高到98度。
(4)牽引發電機和牽引電機東風4D機車采用永濟廠專門研制的TQFR-3000E交流同步受電弓1發電機。其額定功率為2911kW，額定電壓為425/770V，額定電流為3955/2183A，額定轉速為1000 or/min，采用H/H絕緣。該機車采用永濟廠研制的ZD109B DC牽引電機。其額定功率530kW，額定電壓670V，額定電流845A，額定轉速770r/min，最大轉速2385r/min。它采用氫氫絕緣。根據鐵道部的安排，第壹輛機車出廠後立即開往北京。在鐵道部科學研究院、北京鐵路局和大連機車車輛廠的合作下，先後在京承鐵路和京秦鐵路進行了機車動力學試驗。結果表明，東風4D機車具有良好的運行平穩性、曲線通過性能和制動性能，最高試驗速度達到157.7km/h，1997年2月，東風4D機車在鐵道部質檢中心內燃機車檢測站進行試驗。同月，為盡快滿足鐵路提速需要，東風4D客運機車未經運營考核迅速投入批量生產。
為了驗證東風4D提速客運機車的性能和質量，鐵道部質檢中心對該機車及其主要部件進行了部級鑒定試驗。1997年夏天，鐵道部對16V240ZJD柴油機進行了部級鑒定試驗，包括UIC100小時性能試驗和ORE360小時耐久性試驗。此外，鐵道部選擇1998 65438+2月投入使用、隸屬於濟南鐵路局濟南機務段的0336號機車作為運行考核的試驗車輛。到2000年3月，已完成30萬公裏的運用考核，期間未發生因機車質量問題引起的發動機故障或臨修，燃油經濟性優良。但由於柴油機解體檢查後，其中壹個活塞的鋁裙出現嚴重裂紋，鐵道部決定將哈爾濱鐵路局三棵樹機務段所屬的0365號機車作為運行考核機車，並於2000年8月完成了30萬公裏的運行考核。解體檢查表明，機車的主要部件狀況良好。為了滿足中國鐵路對高速客運內燃機車的需求，大連機車車輛廠在1998與西南交通大學等單位合作，在東風4D提速客運機車半懸掛轉向架的基礎上，開發了準高速全懸掛轉向架。1999年初，中國鐵道部正式向大連機車車輛廠下達研究任務，要求研制東風4D準高速客車全懸掛轉向架。同年5月，準高速客運機車定型。
設計方案通過鐵道部技術設計審查，隨後開始施工設計和試生產。1999 10 6月13日，首臺東風4D準高速客運機車(3001)制造完成。2000年5月，東風4D準高速客運機車開始批量生產，到2007年共生產340臺機車，數量為3001 ~ 3340，主要分配給南昌、上海、哈爾濱、沈陽、北京、呼和浩特、南寧、鄭州鐵路局，以及廣鐵集團、青藏鐵路公司、集通鐵路公司。其中，2003年下半年生產的3213號機車開始采用標準化駕駛室，配有標準化控制臺，外觀上的明顯區別包括:標誌燈沒有金屬框架，雨刮器放在下面，車門沒有玻璃窗；31XX之後編號的部分機車也采用16V240ZJF型鑄造車體柴油機；另外，2007年集通鐵路公司訂購的11準高速客運機車(3323 ~ 3333)改為最高運行速度為150 km/h的牽引齒輪傳動比，以適應集通鐵路部分區段的陡坡。這些機車全部分配到大型機務段，充當濟寧南大機車。
總的來說，準高速客運型和提速客運型的車身塗裝有明顯的區別。準高速客運型兩端有紅色和奶油色相間的條紋，提速型沒有。而青藏鐵路公司西寧機務段所屬的東風4D提速型和準高速型機車都采用了相同的塗裝，只能用數字來區分。中國鐵路愛好者通常稱東風4D準高速客運為徑向“虎式”或“DF4DK”，但“DF4DK”並沒有正式命名。