Uma engrenagem de válvula é um componente que controla a entrada e a exaustão do vapor em um motor. O mecanismo geralmente é conectado a válvulas de uma máquina a vapor e era frequentemente usado nas primeiras locomotivas. Esse motor é normalmente mais eficiente quando a entrada é aberta por um curto período, antes de atingir o ponto de corte, quando não há mais vapor para entrar no cilindro do motor. Houve vários projetos ao longo dos anos, cada um geralmente limitado por exigir o mesmo processo para operar as válvulas de escape e de admissão.
A nomenclatura da locomotiva a vapor normalmente inclui uma variedade de peças que incluem a caldeira, a fornalha, as rodas e uma variedade de bombas e válvulas. A engrenagem da válvula mais eficiente é geralmente aquela que permite a entrada de vapor durante a entrada para que possa se expandir na próxima fase do ciclo. Vários tipos de mecanismos foram construídos para controlar o movimento da válvula. Para mover uma locomotiva do repouso, no entanto, geralmente é necessária mais energia, de modo que o vapor também pode ser deixado durante a fase de expansão. Um dispositivo chamado barra Johnson era freqüentemente usado para controlar o vapor; os engenheiros do trem poderiam puxá-lo para interromper o fluxo.
Um tipo de engrenagem de válvula de locomotiva, inventada na década de 1840, permitia o controle de movimento com mecanismos no eixo da roda do trem. Este projeto foi chamado de engrenagem da válvula Stephenson. Outro tipo criado na mesma época normalmente ficava longe dos sistemas de rodas e era montado externamente no vagão. A engrenagem da válvula Walschaerts foi usada para muitos projetos de locomotivas com cilindros externos. Um projeto semelhante tem juntas de pino, que normalmente não exigem muita manutenção, em vez de mecanismos deslizantes.
A engrenagem da válvula Southern apresenta um design horizontal em vez de vertical de muitas outras variantes. Era muito usado nos Estados Unidos no início de 1900 e tinha elementos semelhantes a outros designs populares. A engrenagem da válvula Joy, geralmente usada na Inglaterra, era frequentemente construída em navios e locomotivas no final do século XIX. Era menor do que outros projetos, mas alguns componentes freqüentemente fraturavam sob tensão.
Capaz de fazer uso do movimento da haste do pistão, a engrenagem da válvula de Young pode controlar válvulas no lado oposto de um trem. A eficiência energética era normalmente melhor porque o tempo de abertura e fechamento das válvulas era mais preciso. Alguns historiadores acreditam que centenas de tipos de engrenagens de válvula foram criadas, no esforço de tornar as máquinas a vapor mais eficientes.