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(
                    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>
        <Detalhes>
          <Variacao modelo="Palio" ano="2006" motor="1.0 FIRE 8V (FLEX)"/>
        </Detalhes>
      </Detalhes>
    </Products>