本发明公开了一种均质压燃预燃室结构、内燃机及运行方法，包括：主燃室、预燃气缸体、预燃活塞和预燃驱动机构，预燃气缸体设有底端与主燃室相连的预燃缸孔、封堵于预燃缸孔底端的压力单向阀结构，预燃缸孔的内周壁设有扫气排气口和扫气进气口；预燃活塞沿轴向滑动密封套设于预燃缸孔内，预燃活塞的底面、预燃缸孔的内周壁和压力单向阀结构所围空间为预燃室。可实现对预燃室内燃烧后混合气的快速扫出和外部新鲜燃料混合气的引入，即实现快速扫气，实现预燃室内可燃混合气压缩着火，使得预燃室内着火更加稳定，内燃机的循环变动降低，内燃机可采用更加稀薄的混合气，提高内燃机热效率和降低污染物排放，无需在预燃室上布置点火装置。