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O problema é estares a acrescentar mudares as chaves do array associativo para "item" mais um número:

$key = 'item'.$key;

Além disso, não tem forma de distinguir os atributos dos elementos descendentes.

Deixo outra implementação para o que pretendes:

<?php

function array_to_xml(array $data) {
    $document = new DOMDocument();
    array_to_xml_aux($data, $document);
    $document->formatOutput = true;
    return $document;
}

function array_to_xml_aux(array $data, DOMNode $parent, $name = null)
{
    foreach ($data as $key => $value) {
        if ($key[0] == '@') {
            $parent->setAttribute(
                substr($key, 1),
                $value
            );
            return;
        }
        
        if (is_numeric($key)) {
            $key = $name;
        }
        
        if (is_array($value)) {
            $subnode = new DOMElement($key);
            $parent->appendChild($subnode);
            array_to_xml_aux($value, $subnode, $key);
        } else {
            $xml_data->appendChild(new DOMElement($key, $value));
        }
    }
}

Atenção que para motivos de simplificação não coloquei validações e estou a assumir que as strings estão em formato ASCII. Usei a biblioteca DOM ao invés do SimpleXML (que estavas a usar).

Se fizer:

$document = array_to_xml(
array(
     'Products' => array(
            'Product' => array('@name' => 'TR-501'),
            'Descricao' => array('@text' => '55.180.198 / 46789771'),
            'Detalhes' => array(
                'Variacao' => array(
                    '@modelo' => 'Palio',
                    '@ano' => '2006',
                    '@motor' => '1.0 FIRE 8V (FLEX)',
                )
            ),
        )
    )
);
echo $document->saveXML();

a saída será:

<?xml version="1.0"?>
<Products>
  <Product name="TR-501"/>
  <Descricao text="55.180.198 / 46789771"/>
  <Detalhes>
    <Variacao modelo="Palio" ano="2006" motor="1.0 FIRE 8V (FLEX)"/>
  </Detalhes>
</Products>

Adicionado

Para acrescentar uma linha com o elemento "Variação":

$document = array_to_xml(
array(
     'Products' => array(
            'Product' => array('@name' => 'TR-501'),
            'Descricao' => array('@text' => '55.180.198 / 46789771'),
            'Detalhes' => array(
                'Variacao' => array(
                    array(
                        '@modelo' => 'Palio',
                        '@ano' => '2006',
                        '@motor' => '1.0 FIRE 8V (FLEX)',
                    ),
                    array(
                        '@modelo' => 'Palio2',
                        '@ano' => '2007',
                        '@motor' => '1.0 FIRE 9V (FLEX)',
                    ),
                )
            ),
        )
    )
);
echo $document->saveXML();

a saída é:

<?xml version="1.0"?>
<Products>
  <Product name="TR-501"/>
  <Descricao text="55.180.198 / 46789771"/>
  <Detalhes>
    <Variacao>
      <Variacao modelo="Palio"/>
      <Variacao modelo="Palio2"/>
    </Variacao>
  </Detalhes>
</Products>

O código pode ser visto e testado em: https://3v4l.org/78Pjl (se ninguém o alterar)

Volto a notar que estou a usar a biblioteca DOM:

http://php.net/manual/en/class.domdocument.php

Estavas a usar a biblioteca SimpleXML:

http://php.net/manual/en/book.simplexml.php

O DOM é um padrão que até os browsers e Javascript usam e é mais rápido do que o SimpleXML (que usa DOM internamente).