Jeg fandt årsagen til, at min søgning ikke brugte sharding-nøglen. Det hele handler om sorteringen.
Sharding-nøgle skal altid bruge collation : { locale : "simple" }
at lave en binær sammenligning, mens min samling og indeks i mit tilfælde er designet til at bruge "collation" : { "locale" : "en_US", "strength" : 2 }
.
Efter at have redesignet min samling uden nogen form for sortering, er alt i orden.