Un engrenage à soupapes est un composant qui contrôle l’admission et l’échappement de vapeur dans un moteur. Le mécanisme est généralement connecté aux soupapes d’une machine à vapeur et était souvent utilisé dans les premières locomotives. Un tel moteur est généralement plus efficace lorsque l’admission est ouverte pendant une courte période, avant d’atteindre le point de coupure lorsqu’il n’y a plus de vapeur dans le cylindre du moteur. Il y a eu plusieurs modèles au fil des ans, chacun étant généralement limité en exigeant le même processus pour faire fonctionner les soupapes d’échappement et d’admission.
La nomenclature des locomotives à vapeur comprend généralement une gamme de pièces comprenant la chaudière, le foyer, les roues et une variété de pompes et de vannes. L’engrenage de soupape le plus efficace est généralement celui qui laisse entrer la vapeur pendant l’admission afin qu’il puisse se développer lors de la phase suivante du cycle. Divers types de mécanismes ont été construits pour contrôler le mouvement de la vanne. Cependant, pour déplacer une locomotive du repos, il faut généralement plus de puissance, de sorte que la vapeur peut également être introduite pendant la phase d’expansion. Un appareil appelé barre Johnson était souvent utilisé pour le contrôle de la vapeur; les ingénieurs du train pourraient tirer dessus pour arrêter le flux.
Un type d’engrenage à soupapes de locomotive, inventé dans les années 1840, permettait une commande de mouvement avec des mécanismes sur l’axe de roue du train. Cette conception s’appelait l’engrenage de soupape Stephenson. Un autre type créé à la même époque était généralement situé à l’écart des systèmes de roues et était monté à l’extérieur du wagon. Le mécanisme de distribution Walschaerts a été utilisé pour de nombreuses conceptions de locomotives avec cylindres extérieurs. Une conception similaire a des articulations à goupille, qui ne nécessitent généralement pas autant d’entretien, au lieu de mécanismes coulissants.
L’engrenage de soupape Southern présente une conception horizontale plutôt que verticale parmi de nombreuses autres variantes. Il était souvent utilisé aux États-Unis au début des années 1900 et comportait des éléments similaires à d’autres modèles populaires. L’engrenage à soupapes Joy, généralement utilisé en Angleterre, était souvent intégré dans les navires et les locomotives à la fin des années 1800. C’était plus petit que les autres conceptions, mais certains composants se sont souvent fracturés sous la contrainte.
Capable d’utiliser le mouvement de la tige de piston, le mécanisme de soupape Young pourrait contrôler les soupapes du côté opposé d’un train. L’efficacité énergétique était généralement meilleure car le moment de l’ouverture et de la fermeture des vannes était plus précis. Certains historiens pensent que des centaines de types d’engrenages de soupapes ont été créés, dans le but de rendre les moteurs à vapeur plus efficaces.