东风11Z型内燃机车是双节组合式准高速专运内燃机车。为满足铁专运及特殊客运列车牵引任务的需要，中国铁道部于2001年5月决定在具有较高运用可靠性的提速主型客运内燃机车——东风11型内燃机车的基础上研制东风11Z型专运内燃机车，以替代1970年代从联邦（西德）进口的NY6型液力传动内燃机车，车型代号为DF11Z，其中“Z”代表“专用”。
2001年8月下达机车设计任务书，戚墅堰机车车辆厂根据设计任务书要求，以可靠性为首要，尽量采用东风11型机车的成熟技术与部件，部分关键部件采用进口部件。2002年4月1日，首组东风11Z型机车在江苏常州戚墅堰机车车辆厂下线，当日时任铁道部副部长刘志军、江苏省副省长吴瑞林出席了下线月，首组机车交付铁局进行运用考核。由于初期东风11Z型机车某些部件可靠性尚无法超过NY6型机车，机车在早期仅执行一般客运任务，少数情况下执行专运任务。东风11Z型内燃机车在2002年共生产了4组，每组车分A/B两节重联，每组造价达3200万元人民币，全部配属铁道部专运处，平日由机务段。
截至2015年5月，DF11Z在不执行专运任务时主要担当Y509/510次列车和T5687/5688次列车（均来往-秦皇岛）的本务机车。同年，戚墅堰厂制造的第五组DF11Z下线，并前往环行铁道试车，回厂一段时间后交付，第六组DF11Z也已于2016年6月交付。
为确保机车运用的高可靠性，东风11Z型内燃机车是两节机车固定重联组合式机车。每组机车由两台结构相同的单节机车十二生肖排列顺序重联牵引。每节机车设单司机室，取消II端司机室改为辅助室，两节机车之间设通过台，连接处采用密闭风挡。司机室内饰参考了“新曙光”号内燃动车司机室设计。机车装用16V280ZJA型内燃机，最大运用功率3610 kW，最大运行速度为每小时160公里。为提高机车的可靠性，机车的内燃机、燃油系统、冷却水系统、空气滤清系统、车体、制动系统、电传系统、微机控制系统均在东风11型机车的基础上进行改进设计，关键元件均按军用产品设计、选型，也是中国最早采用LKJ-2000型记录装置的机车。机车采用许多进口零部件，如内燃机喷油泵及喷油器采用奥地利BOSCH公司产品，调速器采用了美国Woodward公司的PGEV调速器等，内燃机采用的涡轮增压器由ABB公司进口。
2016年，戚墅堰厂为肯尼亚蒙内铁制造5台DF11型干线客运内燃机车，这五台机车采用与东风11G型内燃机车相同的头型。
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