Un engranaje de válvula es un componente que controla la entrada y el escape de vapor en un motor. El mecanismo generalmente está conectado a las válvulas de una máquina de vapor, y a menudo se usaba en las primeras locomotoras. Tal motor es típicamente más eficiente cuando la entrada está abierta por un corto tiempo, antes de alcanzar el punto de corte cuando ya no entra vapor en el cilindro del motor. Ha habido varios diseños a lo largo de los años, cada uno generalmente limitado al requerir el mismo proceso para trabajar las válvulas de escape y entrada.
La nomenclatura de la locomotora a vapor generalmente incluye una gama de piezas que incluyen la caldera, la cámara de combustión, las ruedas y una variedad de bombas y válvulas. El engranaje de la válvula más eficiente suele ser uno que permite la entrada de vapor durante la admisión para que pueda expandirse en la siguiente fase del ciclo. Se han construido varios tipos de mecanismos para controlar el movimiento de la válvula. Sin embargo, para mover una locomotora del reposo, generalmente se requiere más potencia, por lo que también se puede dejar entrar vapor durante la fase de expansión. Un dispositivo llamado barra Johnson a menudo se usaba para controlar el vapor; los ingenieros del tren podrían tirar de él para detener el flujo.
Un tipo de engranaje de válvula locomotor, inventado en la década de 1840, permitía el control de movimiento con mecanismos en el eje de la rueda del tren. Este diseño se llamó engranaje de válvula Stephenson. Otro tipo creado aproximadamente al mismo tiempo se ubicaba típicamente lejos de los sistemas de ruedas y se montaba externamente en el vagón del tren. El engranaje de la válvula Walschaerts se utilizó para muchos diseños de locomotoras con cilindros externos. Un diseño similar tiene juntas de pasador, que generalmente no requieren tanto mantenimiento, en lugar de mecanismos deslizantes.
El engranaje de la válvula Southern presenta un diseño horizontal en lugar de uno vertical de muchas otras variantes. A menudo se usaba en los Estados Unidos a principios de 1900 y tenía elementos similares a otros diseños populares. El engranaje de la válvula Joy, generalmente utilizado en Inglaterra, a menudo se construyó en barcos y locomotoras a fines del siglo XIX. Esto era más pequeño que otros diseños, pero algunos componentes a menudo se fracturaban bajo tensión.
Capaz de hacer uso del movimiento del vástago del pistón, el engranaje de la válvula Young podría controlar las válvulas en el lado opuesto de un tren. La eficiencia energética era típicamente mejor porque la sincronización de las válvulas de apertura y cierre era más precisa. Algunos historiadores creen que se crearon cientos de tipos de engranajes de válvula, en un esfuerzo por hacer que las máquinas de vapor sean más eficientes.