Jag hittade grundorsaken till att min sökning inte använde sharding-nyckeln. Allt handlar om sammanställningen.
Delningsnyckeln använder alltid collation : { locale : "simple" } för att göra en binär jämförelse, medan i mitt fall min samling och index är utformade för att använda "collation" : { "locale" : "en_US", "strength" : 2 } .
Efter att ha gjort om min samling utan någon sortering är allt bra nu.