1969年9月，为庆祝[[中华人民共和国]]二十周年国庆，大连机车车辆厂试制成首台东风4型2001号机车。经过两万余公里的试运行，柴油机暴露出输出功率不足、排气冒黑烟、机油稀释、齿轮传动机构损坏等问题。1971年至1974年，大连机车车辆厂针对原型车试运行中出现的问题，对机车和柴油机的设计进行全面改进和大量试验。从1974年下半年起，为了满足中国铁路对大功率柴油机车的急切需求，在柴油机技术改进取得初步成果的情况下，尽管还没有完成长[[时间]]的耐久性试验，东风4型柴油机车就开始投入批量生产。但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。为了提高机车和柴油机的可靠性和使用寿命，大连机车车辆厂进行了大量的改进和试验工作，并将研究成果陆续应用在新造机车上。1976年，工厂首先针对柴油机连杆螺栓和连杆盖断裂故障，采取使用滚压螺栓和加厚连杆盖、加设排气稳压箱等措施，并将经过上述改进的柴油机称为16V240ZJA型柴油机，装用A型柴油机的东风4A型柴油机车于同年下半年开始批量[[生产]]。