Un angrenaj cu supapă este o componentă care controlează admisia și evacuarea aburului într-un motor. Mecanismul este de obicei conectat la supapele unui motor cu abur și a fost adesea folosit la locomotivele timpurii. Un astfel de motor este de obicei cel mai eficient atunci când admisia este deschisă pentru o perioadă scurtă de timp, înainte de a ajunge la punctul de oprire când nu mai intră abur în cilindrul motorului. Au existat mai multe modele de-a lungul anilor, fiecare limitată în general prin necesitatea aceluiași proces pentru a funcționa supapele de evacuare și admisie.
Nomenclatura locomotivei cu abur include de obicei o gamă de piese care includ cazanul, focarul, roțile și o varietate de pompe și supape. Cel mai eficient angrenaj cu supapă este de obicei cel care lasă aburul să intre în timpul admisiei, astfel încât să se poată extinde în următoarea fază a ciclului. Au fost construite diferite tipuri de mecanisme pentru a controla mișcarea supapei. Pentru a muta o locomotivă din repaus, totuși, este necesară în general mai multă putere, astfel încât aburul poate fi lăsat să intre și în timpul fazei de expansiune. Un dispozitiv numit bar Johnson a fost adesea folosit pentru controlul aburului; inginerii de tren ar putea trage de el pentru a opri fluxul.
Un tip de angrenaj de supapă a locomotivei, inventat în anii 1840, a permis controlul mișcării cu mecanisme pe axa roții trenului. Acest design a fost numit angrenajul supapei Stephenson. Un alt tip creat în aceeași perioadă a fost de obicei situat departe de sistemele de roți și a fost montat în exterior pe vagon. Angrenajul cu supapă Walschaerts a fost folosit pentru multe modele de locomotive cu cilindri exteriori. Un design similar are îmbinări cu știfturi, care de obicei nu necesită atât de multă întreținere, în loc de mecanisme de alunecare.
Angrenajul supapei de sud are un design orizontal, mai degrabă decât unul vertical, din multe alte variante. A fost adesea folosit în Statele Unite la începutul anilor 1900 și avea elemente similare cu alte modele populare. Angrenajul cu supapă Joy, folosit în general în Anglia, a fost adesea construit în nave și locomotive la sfârșitul anilor 1800. Acesta a fost mai mic decât alte modele, dar unele componente s-au fracturat adesea sub stres.
Capabil să folosească mișcarea tijei pistonului, angrenajul supapei Young ar putea controla supapele de pe partea opusă a trenului. Eficiența energetică a fost de obicei mai bună, deoarece momentul deschiderii și închiderii supapelor era mai precis. Unii istorici cred că au fost create sute de tipuri de angrenaje cu supape, în eforturile de a face motoarele cu abur mai eficiente.