1938年、イリューシン設計局は生産性向上と性能向上を目的にイリューシンDB-3を再設計し、DB-3F（Forsirovanniye＝昇圧型）と呼ばれるようになった。 主翼を中心に内部構造が大幅に変更され、手仕上げが不要になったほか、従来の鋼材の大量使用からジュラルミン製に変更された。 燃料系も見直され、内部容量を増やすとともに燃料タンクの数を減らした。 また、胴体前部を長くし、空気抵抗を減らしながら航法士・爆撃手のスペースを確保した。 DB-3Mと同じ949馬力（708kW）のトゥマンスキーM-87Bエンジンを搭載した試作機DB-3Fは、1939年5月21日にウラジミール・コッキナキの操縦で初飛行に成功した。 1940年1月には、M-87に代わって1,100馬力（820kW）のトゥマンスキーM-88を搭載し、国家検定を無事通過して生産に移された。 DB-3Fは1942年3月にIL-4と改名された。 一部のシリーズでは、金属を節約するために木製の外翼と前胴が採用され、生産を通じてエンジンと燃料タンクの改良が行われ、同じ航続距離を維持しながら性能を向上させることができました。 しかし、最も顕著な変化は、砲塔に大型の防御砲が追加され、それまでの7.62mmに代わって12.7mm UBT機関砲が採用されたことであった。 また、砲手が最初に攻撃されることが判明したため、砲手位置の周囲に装甲ブロックを配置した

しかし、この重量増を新しいエンジンが補うことはできず、IL-4は初期のバージョンよりも404km/h（251mph）しか速度が出ないことが判明した。 そこで、大型のディーゼルエンジンを搭載し、武装を重くすることで性能向上を図ったのがIl-6である。 このエンジンは信頼性が低く、生産が開始されることはなかった。 イル-4は1945年まで生産され、5,200機余りが製造された

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