DF4型内燃机车在设计阶段时使用的柴油机为16VZJ型柴油机，该型号柴油机由大连厂在年8月进行设计并在年制造出试验机投入台架试验，试验完成后在年下旬在DF机车上装车运行。但由于设计经验不足，该柴油机暴露出很多问题，设计人员不断持续改进，对柴油机上的部件进行技术升级，在后续生产的柴油机中应用了这些科技成果，为表示区别，技术升级型柴油机被命名为16VZJA型柴油机。

16VZJA型柴油机随着机车运行里程数的增加，其可靠性和耐久性问题越来越严重，于是大连厂在年着手设计新型内燃机车柴油机，将号柴油机命名为第一台16VZJB型柴油机并在年于DF机车上装车投入运用。

这两款柴油机存在着很多的差异，具体来说与A型柴油机相比,B型柴油机有重大改进:

1.在保持装车功率.5kW的基础上，柴油机标定转速由r/min降为r/min,最低工作转速由r/min降为r/min.

2.B型柴油机机体采用六面体形的新机体，采用平面镶嵌式主轴承盖代替锯齿定位式主轴承盖,增添横拉螺栓,增大机体横向和纵向刚度。

3.B型柴油机曲柄臂上的平衡重进一步增大，将平衡率提高到60%,同时由弹性联轴节代替半刚性联轴节。

4.采用整体薄壁球墨铸铁活塞，减少活塞环数。

5.安装由步进电机驱动的无级调速的联合调节器C。

6.采用单螺旋柱塞式喷油泵。

7.改用两台45GPA型涡轮增压器(年后,采用45GP82-4型增压器),采用九节组合式蠕虫状石墨铸铁排气总管。

8.采用新型气缸盖，进、排气门座全部镶配合金气门座圈，进气门锥面角改为30°。

9.改进凸轮型面的设计，采用高次方配气凸轮代替原切线圆弧凸轮，供油凸轮型面增大

圆角半径。挺柱滚轮轴承改用青铜滑动轴承,取代易出故障的滚针轴承。

10.由薄壁油底壳代替机座,4个锥形橡胶弹性支座紧固于机体等等。

为进一步提高柴油机的可靠性、经济性和输出功率，年又研制了16VZJC型柴油机，年安装于东风C型内燃机车上。年与英国里卡图咨询工程公司合作研制16VZJD型柴油机,年D型柴油机安装在东风。型内燃机车上。近几年来,该系列已具有6、8、12及16缸等多种变型规格的柴油机，已成为我国内燃机车动力装置用主型柴油机。